Hukum Archimedes dan Hukum Utama Hidrostatis

·      Hukum Archimedes

Hukum Archimedes mengatakan bahwa apabila sebuah benda sebagian atau seluruhnya terbenam kedalam air, maka benda tersebut akan mendapat gaya tekan yang mengarah keatas yang besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang terbenam tersebut. Telah sama-sama kita ketahui bahwa berat jenis air tawar adalah 1.000 kg/m³, apabila ada sebuah benda yang terbenam kedalam air tawar; maka berat benda tersebut seolah-olah akan berkurang sebesar 1.000 kg untuk setiap 1 m³ air yang dipindahkan. Konsep ini akan lebih jelas bila diterangkan dengan gambar dibawah ini.

a. Berat benda pada saat diudara dan setelah terbenam dalam air tawar

Pada saat ditimbang diudara benda mempunyai berat 4.000 kg pada skala pengukur berat, sedang setelah dimasukan kedalam air berat benda menjadi 3.000 kg. Padahal masa benda tidak berubah, berkurangnya berat benda tersebut diakibatkan adanya gaya tekan keatas dari air yang dipindahkan oleh bagian benda yang ada didalam air (force of buoyancy), dengan arah kerja gayanya mengarah keatas; sedang garis kerja gayanya segaris dengan garis kerja dari gaya berat benda. Titik tangkap garis kerja gaya buoyancy biasa disebut dengan titik buoyancy atau titik B. Didalam sistem bangunan terapung titik B ini disebut juga dengan titik berat dari volume benda yang ada dibawah garis air (gambar dibawah ini)

b. Ilustrasi letak titik G dan titik B dari bangunan apung

Selanjutnya perhatikan gambar c dibawah ini; dimana pada gambar tersebut mengilustrasikan sebuah benda dengan masa sebesar 4.000 kg namun volume bendanya 8 m³. Pada awalnya benda tersebut dibenamkan kedalam air, kemudian dilepaskan. Apabila keseimbangan telah terjadi, maka benda tersebut akan mengapung seperti ditunjukan pada gambar a. Keseimbangan akan tercapai apabila besarnya gaya buoyancy sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang ada didalam air atau apabila benda tersebut mengapung dengan separuh dari volumenya.

Berat benda     = berat dari volume air yang dipindahkan

4000          = S x V

4000          = 1000 kg/m³ x V

Atau V = 4 m³

c. Benda terapung pada posisi seimbang

·      Hukum Utama Hidrostatika

Apabila suatu wadah dilubangi di dua sisi yang berbeda dengan ketinggian yang sama dari dasar wadah, maka air akan memancar dari ke kedua lubang tersebut dengan jarak yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa pada kedalaman yang sama tekanan air sama besar.

Disamping itu kita juga sudah mengetaahui bahwa tekanan hidrostatis di dalam suatu zat cair pada ke dalaman yang sama memiliki nilai yang sama.

Berkaitan dengan hal tersebut, dalam fluida statik terdapat sebuah hukum yang menyatakan tekanan hidrostatis pada titik – titik di dalam zat cair yang disebut dengan

Hukum Utama Hidrostatis.

Hukum Utama hidrostatis menyatakan bahwa :

Tekanan hidrostatis suatu zat cair hanya bergatung pada tinggi kolom zat cair (h), massa jenis zat cair (r) dan percepatan grafitasi (g), tidak bergantung pada bentuk dan ukuran bejana, perhatikan gambar berikut :

Gambar : tiga buah bejana berbeda bentuk berisi zat cair yang sama dengan ketinggian yang sama memiliki tekanan hidrostatis yang sama besar pada tiap bejana.

Kelima bejana di atas di isi dengan air yang sama dengan ketinggian yang sama. Tekanan hidrostatis pada tiap dasar bejana sama besar, sedangkan berat zat cair pada tiap bejana berbeda.

Sebuah tabung berbentuk U berisi minyak dan dan air seperti tampak pada gambar di bawah.

Titik A dan titik B berada pada satu bidang datar dan dalam satu jenis zat cair. Berdasarkan hukum utama hidrostatis maka kedua titik tersebut memiliki tekanan yang sama, sehingga

·      Tekanan HIdrostatis

Suatu fluida dapat dianggap tersusun atas lapisan-lapisan air dan setiap lapisan memberi tekanan pada lapisan bawahnya. Besar tekanan itu bergantung pada kedalaman, makin dalam letak suatu bagian fluida semakin besar tekanan pada bagian itu (lihat analogi tumpukan manusia, tentunya orang yang di posisi terbawah akan merasakan tekanan paling besar).. Setiap bagian di dalam fluida statis akan mendapat tekanan zar cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis  disebut Tekanan Hidrostatis “P_h”. Contoh nyatanya ketika sebuah bola yang di masukkan ke dalam air, ketika kita lepaskan akan mendapat gaya ke atas.

Besarnya tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada massa jenis zat cair, percepatan gravitasi bumi dan kedalamannya. Secara matematis tekanan hidrostatis disuatu titik (misal didasar balok) diturunkan dari konsep tekanan.

w = m.g = ρ V g = ρA h g

maka 

Keterangan :

P_h = Tekanan Hidrostatis (N/m²)

h =kedalaman/tinggi diukur dari permukaan fluida (m)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

Jika  tekanan udara luar (P_atm) mempengaruhi tekanan hidrostatis maka tekanan total pada suatu titik adalah

berdasarkan rumus diatas tekanan hidrostatis di suatu titik dalam fluida diam tergantung pada kedalaman titik tersebut, bukan pada bentuk wadahnya oleh karena itu semua titik akan memiliki  tekanan hidrostatis yang sama. Fenomena ini disebut sebagai Hukum Utama Hidrostatis.

·      Statistika Fluida

Pengertian Fluida.

Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau sering disebut Zat Alir. Jadi perkataan fluida dapat mencakup zat cair atau gas. Antara zat cair dan gas dapat dibedakan :

Zat cair adalah Fluida yang non kompresibel (tidak dapat ditekan) artinya tidak berubah volumenya jika mendapat tekanan sedangkan gas adalah fluida yang kompresibel, artinya dapat ditekan.

Bagian dalam fisika yang mempelajari tekanan-tekanan dan gaya-gaya dalam zat cair disebut : HIDROLIKA atau MEKANIKA FLUIDA yang dapat dibedakan dalam :

Hidrostatika : Mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam.

Hidrodinamika : Mempelajari gaya-gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang  bergerak (Juga disebut mekanika fluida bergerak)

Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai Hidrostatika saja.

·      Rapat Massa dan Berat Jenis.

Rapat massa benda-benda homogen biasa didefinisikan sebagai : massa persatuan volume yang disimbolkan dengan r.

            Satuan.

Berat jenis didefinisikan sebagai Berat persatuan Volume.

            Yang biasa disimbolkan dengan : D

            Satuan.

·      Rapat Massa Relatif.

Rapat massa relatif suatu zat adalah perbandingan dari rapat massa zat tersebut terhadap rapat massa dari zat tertentu sebagai zat pembanding.(I,₂)

Zat pembanding biasa diambil air, pada suhu 4⁰ C.

Rapat massa relatif biasa disimbolkan dengan : rr.

Daftar Pustaka:

Alonso, Marcello & Edward J. Finn. 1980. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta

Hilliday, David & Robert Resnick. 1985. Fisika. Erlangga. Jakarta

Tiper, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta

Berat Atom Magnesium (Mg)

Magnesium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Mg dan nomor atom 12 serta berat atom 24,31. Magnesium adalah elemen terbanyak kedelapan yang membentuk 2% berat kulit bumi, serta merupakan unsur terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Logam alkali tanah ini terutama digunakan sebagai zat campuran (alloy) untuk membuat campuran alumunium-magnesium yang sering disebut "magnalium" atau "magnelium".

sifat fisis Magnesium (Mg):

Nomor atom : 12

Konfigurasi e^- : [Ne] 3s²

Massa Atom relatif : 24,305

Jari-jari atom : 1,72 Å

Titik Didih : 1107 °C

Titik Lebur : 651 °C

Elektronegatifitas : 1,25

Energi Ionisasi : 738 kJ/mol

Tingkat Oks. Max : 2+

Struktur Atom : Kristal

Kegunaan:

·      Dipakai pada proses produksi logam, kaca, dan semen

·      Untuk membuat konstruksi pesawat. Logamnya disebut magnalum

·      Pemisah sulfur dari besi dan baja

·      Dipakai pada lempeng yang digunakan di industri percetakan

·      Untuk membuat lampu kilat

·      Sebagai katalis reaksi organik

              Magnesium diperoleh dengan beberapa cara. Salah satunya adalah dari batuan dolomite dan air laut, yang mengandung 0,13% Mg. pertama-tama dolomite dikalsinasi menjadi campuran CaO/MgO dari mana kalsium akan dihilangkan dengan penukar ion menggunakan air laut. Kesetimbangannya disukai karena kelarutan Mg(OH)2 lebih rendah daripada Ca(OH)2.

              Proses yang paling penting untuk mendapatkan logam adalah pertama, elektrolisis leburan campuran halida (misalnya MgCl2 + CaCl2 + NaCl) dari logam yang paling kurang elektropositif, Mg, ditampung, kemudian reduksi MgO atau dolomite yang dikalsinasi (MgO.CaO). yang terakhir dipanaskan dengan ferosiliko.

              Atom adalah partikel yang sangat kecil sehingga massa atom juga terlalu kecil bila dinyatakan dengan satuan gram. Karena itu, para ahli kimia menciptakan cara untuk mengukur massa suatu atom, yaitu dengan massa atom relatif. Massa atom relatif (A_r) adalah perbandingan massa rata-rata suatu atom dengan satu per dua belas kali massa satu atom karbon-12.

              Unit terkecil suatu zat dapat juga berupa molekul. Molekul disusun oleh dua atau lebih atom-atom yang disatukan oleh ikatan kimia. Massa molekul relatif (M_r) adalah perbandingan massa rata-rata suatu molekul dengan satu per dua belas kali massa satu atom karbon-12.

Ar Y = massa rata-rata 1 molekul Y / (1/12 x massa 1 atom C-12)

Dalam rumus di atas digunakan massa atom dan massa molekul rata-rata. Kenapa menggunakan massa atom rata-rata karena unsur di alam mempunyai beberapa isotop. Sebagai contoh, karbon di alam mempunyai 2 buah isotop yang stabil yaitu C-12 (98,93%) dan C-13 (1,07%). Jika kelimpahan dan massa masing-masing isotop diketahui, massa atom relatif suatu unsur dapat dihitung dengan rumus:

Ar X = {(% isotop 1 x massa isotop 1) + (% isotop 2 x massa isotop 2) + …}/100

Jika diketahui massa atom relatif masing-masing unsur penyusun suatu molekul, massa molekul relatifnya sama dengan jumlah massa atom relatif dari seluruh atom penyusun molekul tersebut. Molekul yang mempunyai rumus A_mB_n berarti dalam 1 molekul tersbut terdapat m atom A dan n atom B. Dengan demikian massa molekul relatif A_mB_n dapat dihitung seperti berikut.

Mr Am Bn = m x Ar A + n x Ar B

              Berdasarkan teori atom Dalton, kita dapat mendefinisikan atom sebagai unit terkecil dari suatu unsur yang dapat melakukan penggabungan kimia. Perbandingan massa atom dengan satu macam atom standar disebut massa atom relatif. Pada mulanya digunakan hidrogen, dipilih sebagai standar karena merupakan atom yang ringan . Kemudian diganti dengan oksigen , karena dapat bersenyawa hampir dengan semua unsur . Salah satu syarat massa standar adalah stabil dan murni, tetapi karena oksigen terdapat dalam 3 isotop 0-16, 0-17, 0-18, akhirnya pada tahun 1960 ditetapkan C-12 sebagai standar dan C-12 ditetapkan mempunyai massa 12 sma , dengan 1 sma=1,66 x 10^-24 gram dan massa atom relatif tidak memiliki satuan . Massa atom relatif sangat penting dalam ilmu kimia untuk mengetahui sifat unsur dan senyawa. Ada 3 cara penentuan massa atom relatif , yaitu dengan hukum Dulong dan Petit , analisis Cannizzaro, dan Spektroskopi massa (Syukri: 1999).

              Bobot atom dihitung dari pengukuran nilai massa atom relatif (tiap-tiap nuklida) dan komposisi isotop. Nilai massa atom relatif yang sangat akurat dapat ditemukan dengan bebas untuk hampir semua nuklida non-radioaktif, namun komposisi isotop sulit untuk dihitung secara tepat dan tergantung pada variasi antar sampel.

              Massa atom untuk tiap atom tidak khas, dalam arti atom suatu unsur yang sama, mungkin memiliki massa yang berbeda Isotop adalah unsur yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi nomor massa yang berbeda.

              Perbedaan jumlah neutron yang terdapat dalam inti atom yang menyebabkan atom-atom dari unsur yang sama, bisa mempunyai nomor massa yang berbeda, karena massa atom lebih ditentukan dari jumlah massa proton + jumlah massa neutronnya, sementara jumlah massa elektronnya diabaikan. Massa dari isotop dapat ditentukan dengan alat yang diberi nama Spektograf Massa.

Selain isotop, dikenal juga beberapa istilah yang lain, yaitu sebagai berikut :

1. Isobar, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai nomor massa sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda. Contoh :  dan
2. Isoton, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah neutron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.
3. Isoelektron, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah elektron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.

              Massa proton sekitar 1,67 x 10^–27 kg dan memiliki muatan positif, 1,60 x 10^–19 C (Coulomb). Muatan ini adalah satuan muatan listrik terkecil dan disebut muatan listrik elementer. Inti memiliki muatan listrik positif yang jumlahnya bergantung pada jumlah proton yang dikandungnya. Massa neutron hampir sama dengan massa proton, tetapi neutron tidak memiliki muatan listrik. Elektron adalah partikel dengan satuan muatan negatif, dan suatu atom tertentu mengandung sejumlah elektron yang sama dengan jumlah proton yang ada di inti atomnya. Jadi atom secara listrik bermuatan netral. Sifat partikel-partikel yang menyusun atom dirangkumkan.

Sifat partikel penyusun atom.

massa (kg)		Massa relatif	Muatan listrik (C)
Proton	1,672623×10-27	1836	1,602189×10-19
Neutron	1,674929×10-27	1839	0
Elektron	9,109390×10-31	1	-1,602189×10-19

Jumlah proton dalam inti disebut nomor atom dan jumah proton dan neutron disebut nomor massa. Karena massa proton dan neutron hampir sama dan massa elektron dapat diabaikan dibandingkan massa neutron dan proton, massa suatu atom hampir sama dengan nomor massanya.

Bila nomor atom dan nomor massa suatu atom tertentu dinyatakan, nomor atom ditambahkan di kiri bawah symbol atom sebagai subscript, dan nomor massa di kiri atas sebagai superscript. Misalnya untuk atom karbon dinyatakan sebagai ¹²₆ C karena nomor atom adalah 6 dan nomor massanya adalah 12. Kadang hanya nomor massanya yang dituliskan, jadi sebagai ¹²C.

Jumlah proton dan elektron yang dimiliki oleh unsure menentukan sifat Kimia unsure. Jumlah neutron mungkin bervariasi. Suatu unsure tertentu akan selalu memiliki nomor atom yang sama tetapi mungkin memiliki jumlah neutron yang berbeda-beda. Varian-varian ini disebut isotop.

              Atom yang mempunyai jumlah proton yang sama tetapi jumlah neutron yang berbeda disebut isotop atom yang lain . Jumlah neutron tidak terlalu berpengaruh pada sifat-sifat kimianya , sehingga semua isotop dari sebuah unsur mempuyai sifat-sifat kimia yang sama. Meskipun demikian , masing-masing isotop yang berbeda mempunyai massa dan sifat nuklir tersendiri.

Daftar Pustaka:

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar 1. Bandung: ITB

http://esdikimia.wordpress.com

http://www.chem-is-try.org