Mengapa Kapal Laut Bisa Mengapung?

Pernahkah kamu berfikir, mengapa kapal laut yang besar dan terbuat dari besi bisa mengapung di atas laut? Padahal beratnya bisa berton-ton, apalagi ditambah muatan yang isinya manusia, motor, mobil, truk, bahkan ada juga loh yang bermuatan pesawat tempur. Mengapa hal tersebut bisa terjadi? Yuk kita simak penjelasan berikut ini.


Sebuah benda akan terapung, melayang, tenggelam di dalam sebuah cairan, disebabkan oleh massa jenis benda itu dibandingkan dengan massa jenis cairan tempat benda itu dicelupkan. Benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan. Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan. Oh iya, semua benda memiliki massa jenis (berat jenis) loh.

Kamu pasti bertanya-tanya apa itu massa jenis? Massa jenis adalah perbandingan antara massa dengan volume benda. Sebagai contoh massa jenis air adalah 1 gr/cm3, artinya air yang memiliki ukuran kubus dengan sisi masing-masing 1 cm, akan memiliki berat 1 gram. Jadi, semakin kecil massa benda (semakin ringan), dan semakin besar volume benda tersebut, maka akan semakin kecil massa jenisnya.

Nah, kapal laut memang berat tetapi kapal laut berbentuk cekungan dan memiliki ruangan-ruangan yang demikian luas beserta rongga berisi udara, yang menjadikan volume kapal laut menjadi sedemikian besar. Hal ini menyebabkan massa jenis kapal laut menjadi lebih kecil dari massa jenis air. Oleh sebab itu kapal laut bisa mengapung di laut. Tahukah kamu apa yang akan terjadi jika kapal laut dibuat tanpa ruangan/rongga sama sekali? Yup, kamu benar, kapal tersebut akan tenggelam.

Ada yang masih belum paham? Oke, kita coba jelaskan berdasarkan Hukum Archimedes (kamu pasti sudah tahu dong, siapa itu Archimedes?). Ketika kapal laut berada di atas air maka kapal laut memberi tekanan kepada air. Berat dari kapal laut menekan air ke bawah, lalu dengan gaya yang sama besar, air tersebut memberikan tekanan kepada kapal laut dengan arah yang berlawanan (ke atas).

Untuk lebih mudahnya coba kamu ikuti langkah-langkah berikut ini, ambillah sebuah mangkuk kosong lalu taruh mangkuk tersebut di atas air. Apa yang terjadi? mangkuk tersebut akan mengapung mirip kapal laut. Setelah itu, coba deh kamu tekan mangkuknya perlahan-lahan ke dalam air. Apa yang terjadi? Semakin kamu menekan mangkuk ke bawah, seolah-olah air memberikan dorongan dengan memberikan reaksi yaitu menekan mangkuk ke arah atas sehingga mangkuk tersebut tetap mengapung.

Coba deh kamu tekan lagi lebih kuat, maka semakin kamu tekan semakin berat reaksi dari air. Apa yang akan terjadi ketika tekanan yang kamu berikan terlalu besar? Yup, mangkuk akan tenggelam. Nah, itulah salah satu penyebab kenapa kapal laut tenggelam yang sering terjadi di negeri kita. Karena terlalu banyak muatannya melebihi daya tampung dari kapal laut tersebut.

Soal dan Pembahasan Momentum, Impuls, dan Tumbuka

1.   Sebuah bola dengan massa 0,1 kg dijatuhkan dari ketinggian 1,8 meter dan mengenai lantai. Kemudian dipantulkan kembali sampai ketinggian 1,2 m. Jika g = 10 m/s². Tentukan impuls karena berat bola ketika jatuh...

a.    0,6 Ns

b.   6 Ns

c.    0 Ns

d.   1 Ns

e.    0,1 Ns

2.   Pada soal nomor 1, tentukan koefisien restitusinya...

a.    1,2

b.   0,6

c.    0,8

d.   1,1

e.    1,5

3.   Sebuah bola 0,2 kg dipukul pada saat sedang bergerak dengan kecepatan 30 m/s. Setelah meninggalkan pemukul, bola bergerak dengan kecepatan 40 m/s berlawanan arah semula. Hitunglah impuls pada tumbukan tersebut...

a.    14 Ns

b.   -14 Ns

c.    16 Ns

d.   8 Ns

e.    -10 Ns

4.   Sebuah balok bermassa 950 gram diam diatas bidang datar dengan koefisien gesekan kinetik 0,1. Sebutir peluru yang bermassa 50 gram menumbuk balok tersebut. Kelajuan peluru saat itu adalah 50 m/s. Jika peluru bersarang di balok, tentukan laju balok setelah tumbukan...

a.    25 m/s

b.   0,25 m/s

c.    -2,5 m/s

d.   2 m/s

e.    2,5 m/s

5.   Seperti pada soal nomor 4, kapan dan dimana balok akan berhenti?

a.    3 s dan 31,25 m

b.   2,5 s dan 31,45 m

c.    3 s dan 31,25 m

d.   2,5 s dan 3,125 m

e.    2,5 s dan 12,5 m

6.   Sebuah benda bermassa 0,2 kg dalam keadaan diam dipukul sehingga bergerak dengan kecepatan 14 m/s. Jika gaya bekerja selama 0,01 sekon, tentukan besar gaya yang diberikan pada benda tersebut...

a.    180 N

b.   100 N

c.    280 N

d.   240 N

e.    210 N

7.   Sebuah gerbong kereta dengan massa 10.000kg bergerak dengan laju 24 m/s. Gerbong tersebut menabrak gerbong lain yang serupa dan dalam keadaan diam. Akibat tabrakan tersebut, gerbong tersambung menjadi satu. Berapakah kecepatan bersama dari gerbong tersebut?

a.     10 m/s

b.     12 m/s

c.      0,2 x 10³ m/s

d.     1,2 x 10³ m/s

e.      8 m/s

8.   Hitung kecepatan balik senapan yang memiliki massa 5 kg dan menembakkan peluru 25 gram dengan laju 120 m/s.

a.     0,6 m/s

b.     0,1 m/s

c.      -0,6 m/s

d.     6 m/s

e.      1 m/s

9.   Proton dengan massa 1,01u (u = satuan massa atom yang disatukan) yang bergerak dengan laju 3,6 x 10⁴ m/s bertumbukan dari depan dengan inti helium (He), m_He = 4u yang diam. Berapa kecepatan inti helium setelah tumbukan?

a.     1,45 x 10³ m/s

b.     1,35 x 10⁴ m/s

c.      1,45 x 10² m/s

d.     1,45 x 10⁴ m/s

e.      1,35 x 10² m/s

10.                Sebuah batu 100 gram dilontarkan dengan sebuah alat sehingga melesat dengan kelajuan 20 m/s di udara. Batu tersebut mengenai sasaran benda lain yang diam dengan massa 10 gram. Kedua benda tersebut menjadi satu dan bergerak bersama-sama. Berapakah kecepatan kedua benda setelah tumbukan?

a.     1,82 m/s

b.     18,2 m/s

c.      182 m/s

d.     0,18 m/s

e.      1,8 m/s

Pembahasan

1.   Diketahui :

m = 0,1 kg

h = 1,8 m

h’ = 1,2 m

g = 10 m/s²

Selama bola jatuh ke tanah terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik, sehingga

E_p      = E_k

mgh   = ½ mv²

v        = √2gh

Impuls bola karena berat ketika jatuh adalah...

I   = F ∆t

= m∆v

= m√2gh

= (0,1) √2(10) (1,8)

= (0,1) (6)

= 0,6 Ns

2.   Diketahui :

m = 0,1 kg

h = 1,8 m

h’ = 1,2 m

g = 10 m/s²

Koefisien restitusi

e    = √h’ : h

= √1,2 : 1,8

= √2 : 3

= 0,8

3.   Diketahui :

m = 0,2 kg

v₁ = 30 m/s

v₂ = -40 m/s

Impuls yang terjadi pada saat tumbukan adalah

I     = F . ∆t

= m (v₂ – v₁)

= 0,2 (-40 – 30)

= -14 Ns

Tanda minus berarti arah pemukul berlawanan dengan arah datangnya bola.

4.   Diketahui :

m_b = 950 gram = 0,95 kg

µ_k = 0,1

m_p = 50 gram = 0,05 kg

v_p = 50 m/s

m_b v_b + m_p v_p                               = (m_p +  v_p) v’

(0,95) (0) + (0,05)(50)      = (0,95+0,05) v’

0 + 2,5                            = v’

V’        = 2,5 m/s

5.   ΣF = 0

F + f_k = 0

F = - f_k

ma     = -µ_k N

ma      = -µ_k mg

a        = -µ_k g

a         = -(0,1) (10)

a         = -1 m/s^s (tanda minus menunjukkan gerak diperlambat)

balok berhenti berarti v₁ = 0. Berdasarkan gerak lurus berubah beraturan maka v₁ = v₀ + at

v₀ adalah kecepatan awal balok setelah tumbukan, yaitu v’ = 2,5 m/s, sehingga

0 = 2,5 – 1t

t = 2,5 s

jarak yang ditempuh

x  = v₀t + ½ at²

= (2,5) (2,5) + ½ (-1) (2,5)²

= 6,25 – 3,125

= 3,125 m

6.   Diketahui :

m = 0,2 kg

v₁ = 0

v₂ = 14 m/s

∆t = 0,01 s

F ∆t             = m(v₂ – v₁)

F (0,01)       = 0,2 (14 – 0)  

F        = 280 N

7.   Diketahui :

m = 10.000 kg

v₁ = 24 m/s

v₀ = 0

Momentum total awal dari kejadian tersebut adalah...

P_tot     = m₁ v₁ + m₂ v₂

= (10.000)(24) + (10.000)(0)

= 240.000 kgm/s

Setelah tumbukan, momentum total akan sama dan dimiliki bersama oleh kedua gerbong. Karena kedua gerbong menjadi satu maka laju mereka adalah v’

P_tot              = (m₁ + m₂) v’

2,4 x 10⁵     = (10.000 + 10.000)v’

V’       = (2,4 x 10⁵) : (2 x 10⁴)

= 12 m/s

8.   Diketahui :

m_s = 5 kg

m_p = 25 gr = 0,025 kg

v_p’ = 120 m/s

Momentum total sistem tetap kekal. Kekekalan momentum pada arah x menghasilkan

m_s v_s + m_p v_p   = m_s v_s’ + m_p v_p’

0 + 0               = (5) v_s’+ (0,025)(120)

0                     = 5 V_s’ + 3

V_s’               = -3 : 5

V_s’               = - 0,6 m/s

9.   M_pv_p    = m_pv_He’ - m_pv_p + m_Hev_He’

V_He’    = (2 m_pv_p) : (m_p + m_He)

 = [2 (1,01u) (3,6 x 10⁴)] : [1,01u +4u]

 =[(2,02u)(3,6 x 10⁴)] : 5,01u

 =1,45 x 10⁴ m/s

10. Diketahui :

m₁ = 100 gram = 0,1 kg

v₁ = 20 m/s

m₂ = 10 gram = 0,01 kg

v₂ = 0

kekekalan  momentum

m₁v₁ + m₂v₂           = (m₁ + m₂) v’

v’                          = [m₁v₁ + m₂v₂] : [m₁ + m₂]

= [(0,1)(20) + (0,01)(0)] : [0,1+0,01]

= 2 : 0,11

= 18,2 m/s

Klas 2 Bab 5 Impuls dan Momentum

Soal 1

Sebuah benda yang mula-mula diam, meledak menjadi 1 bagian dengan perbandingan 3 : 2. Bagian l yang bermassa lebih besar terlempar dengan kecepatari 20 m/s. Tentukan kecepatan lempar bagian yang lebih kecil !.

Penyelesaian :

m₁V₁ + m₂V₂ = m₁V₁' + m₂V₂' ---->  0 + 0 = 3 . 20 + 2 . V₂' -----> V₂' = - 60 / 2 = - 30 m/s

---

Soal 3

Benda bermassa 1 kg bergerak dengan energi kinetik 4 joule. Tentukan besar momentum benda tersebut!.

Penyelesaian :

Ek = ½mV² --> V = √ (2.Ek/m) = √(2.8/1) = 4 m/s ---> Besar momentumnya = mV = 1.4 = 4 kg m

---

Soal 4

Sebuah atom gas bermassa m bergerak dengan kelajuan tetap v bertumbukan lenting sempurna dengan dinding wadahnya, seperti ditunjukkan dalam gambar. Tentukan besar perubahan momentum atom gas tersebut!

Penyelesaian :

Momentum diuraikan menjadi 2 arah, yaitu arah horisontal dan vertikal yaitu p_x = mV_x dan p_y = mV_y

Sebelum Tumbukan ----> py = m Vcos Θ dan px = m VsinΘ

Sesudah Tumbukan ----> py = m Vcos Θ dan px =  - m VsinΘ tanda - (minus) menunjukkan bahwa arahnya berubah dari arah sebelumnya

p sebelum tumbukan = px + py =  m Vcos Θ + m VsinΘ

p sesudah tumbukan = px + py =  m Vcos Θ  -  m VsinΘ

Jadi besar perubahan momentumnya adalah  p sesudah tumbukan - p sebelum tumbukan = - 2 m VsinΘ (tanda minus menunjukkan arah momentum berubah, sedangkan besarnya perubahan momentum = 2 m VsinΘ )

---

Soal 5

Sebuah gerobak memiliki momentum 10 kg m/s ke timur sebelum tumbukan dan momentum 5,0 kg m/s ke barat sesudah tumbukan. Tentukan perubaban momentum gerobak tersebut!

Penyelesaian :

p = 10 kg m/s dan p' = - 5 kg m/s

Perubahan p gerobak adalah  : p' - p = 10 - (-5) = 15 kg m/s

---

Soal 6

Sebuah bola dipukul dengan gaya 100 N, sehingga melambung dengan kecepatan 200 m/s. Pemukul menyentuh bola dalam waktu 0,2 sekon. Tentukan massa bola tersebut !.

Penyelesaian :

F dt = m dV ---> 100 . 0,2 = m (200 - 0)  ---> m = 0,1 kg

---

Soal 7

Sebuah bola bermassa 2 kg gram bergerak dengan kelajuan 6 m/s menuju dinding dengan arah tegak larus. Bola tersebut menumbuk dinding selarna 0,2 s dan dipantuikan tegak lurus dinding dengan 4 m/s. Tentukan besar gaya yang diberikan dinding pada bola !.

Penyelesaian :

F dt = m dV ----> F  0,2 = 2 (6 - (-4))  ---> F = 2 . 10 / 0,2 = 100 N

---

Soal 8

Sebuah benda bermassa 2,5 kg digerakkan rnendatar di meja licin dari keadaan diam oleh sebuah gaya mendatar F yang berubah terhadap waktu menurut F = 80 + 5t, dengan t dalam s dan F daLam N. Pada saat t = 2, tentukan energi kinetik benda tersebut !.

Penyelesaian :

F.dt = m dV ---> Impuls yang diterima dari gaya yang bekerja terhadap benda menyebabkan perubahan momentum benda ---> artinya terjadi perubahan kecepatan. Bila gaya yang bekerja tidak tergantung waktu, maka akan mudah mencarinya yaitu dengan mengalikan F dan dt, tetapi karena besar F bergantung waktu, maka untuk menghitung total impuls yang diterima benda dengan cara mengintegralkan (definit integral fungsi kontinyu)

I = ∫ F dt = ∫ 80 + 5t dt (untuk t dari 0 s/d t=2) = 80t + 5t²_/2 =( 80.2 + 5.2²/2) - ( 80.0 + 5.0²/2)  = 170 kg.m ; pada saat ini benda mempunyai kecepatan  V = 170/2,5 = 68 m/s----> Energi kinetik benda tersebut = ½ m v² = ½ 2,5 . (68)² = 5780 joule

---

Soal 9

Sebuah peluru bermassa 20 g ditembakkan dari sepucak senapan bermassa 3 kg. Senapan tersentak ke belakang dengan kelajuan 0,2 m/s. Besar momentum peluru saat ditembakkan adalah (dalam kg/m).

Penyelesaian :

m₁V₁ + m₂V₂ = m₁V₁' + m₂V₂'

0        +    0    = 0,02 V₁' + 3 . 0,2 ------> V₁' = 3 . 0,2 /0,02 = 30 m/s ---> momentum peluru m₁V₁' = 0,02 . 30 = 0,6 kg.m

---

Soal 10

Sebuah kereta bermassa 3 kg bergerak 10 m/s sepanjang suatu lintasan horizontal. Kereta ini bertumbukan dengan kareta lain bermassa 2 kg yang diam. Sesudah tumbukan, kedua kereta bergandengan dan bergerak bersama.  Tentukan kelajuan kereta sesaat sesudah tumbukan !.

Penyelesaian :

m₁V₁ + m₂V₂ = m₁V₁' + m₂V₂' ------> 3 . 10 + 2 . 0 = (3+2) V₂'  -----> V₂' = 30 / 5 = 6 m/s