Modul IV: Kestabilan Benda Terapung – Prinsip dan Praktikum Menggunakan Ponton

(1)

27

MODUL IV

KESTABILAN BENDA TERAPUNG

4.1 Pendahuluan 4.1.1 Latar Belakang

Pengetahuan mengenai stabilitas benda terapung merupakan hal yang sangat penting. Layaknya kapal yang mengambang di permukaan air, kondisi kestabilan, netral, dan ketidakstabilan kapal tersebut dapat dinyatakan berdasarkan tinggi titik berat benda tersebut. Pada uji coba dalam laboratorium, ponton yang merupakan bentuk pemodelan dari kapal. Ponton sendiri merupakan kotak besi yang mengapung di air dan terdapat pemberat horizontal pada bagian badan yang sejajar dengan permukaan ponton tersebut, untuk beban vertikal ditempatkan pada suatu tiang yang berada di tengah kotak. Pada ujung tiang terdapat bandul yang disebut plumb-bob yang berfungsi sebagai penentu besar sudut kemiringan pada plat skala. Dalam percobaan ini, stabilitas ponton dapat diketahui berdasarkan titik beratnya pada ketinggian yang bervariasi.

Gambar 4.1 Alat Benda Terapung (Ponton)

4.1.2 Tujuan

Tujuan percobaan ini adalah :

1. Mengetahui prinsip-prinsip stabilitas benda terapung 2. Menentukan stabilitas suatu benda terapung

3. Membandingkan hasil analitis stabilitas benda terapung dengan hasil percobaan

(2)

28

4.2 Alat-Alat Praktikum

1. Ponton 2. Bejana air 3. Mistar 4. Busur derajat

Gambar 4.2 Sketsa Ponton

4.3 Landasan Teori

Pada ponton diterapkan hukum Archimedes dan prinsip kestabilan benda terapung. Pada ponton terdapat dua gaya yang bekerja yaitu gaya berat ponton dan gaya apung fluida yang bekerja pada ponton.

Sebuah ponton berbentuk kotak terapung dalam keadaan seimbang seperti pada gambar 4.2. Berat benda terapung bekerja vertikal ke bawah melalui titik berat dan diimbangi oleh suatu gaya apung yang memiliki besar yang sama dan bekerja berlawanan arah.

Untuk memeriksa sistem kestabilan benda ini dimisalkan terjadi sebuah perpindahan sudut yang kecil sebesar dθ terhadap kesetimbangan awal seperti pada gambar 4.3. Titik berat zat cair berubah dari kedudukan B menjadi B1. Garis vertikal gaya apung ditunjukkan pada gambar dan memotong perpanjangan garis BG di titik M (Metasentris).

Gambar 4.3 juga menunjukkan bagaimana ketinggian metasentris GM dapat ditentukan secara eksperimental dengan menggunakan beban horizontal (jockey weight) untuk memindahkan titik berat dari G ke arah samping.

Plumb Bob Adjustable

Weight

Jockey Weight Scale Marked

in Degree

(3)

29

Gambar 4.3 Skema Benda Terapung

Bila perpindahan ini menghasilkan suatu posisi keseimbangan baru pada suatu sudut guling sebesar dθ, maka pada gambar 4.3 G1 adalah posisi titik berat total yang baru.

(4.1)

Ketinggian metasentris GM dapat ditentukan dengan mengukur (dx1/dθ) untuk harga ω dan W yang diketahui. BM dapat dihitung dari pengukuran dimensi ponton dan volume zat cair yang dipindahkan. Berdasarkan gambar 4.3, dapat diketahui bahwa momen terhadap B akibat pergeseran pusat apung ke B1 dihasilkan oleh penambahan gaya apung (digambarkan olehsegitiga AA1C) pada salah satu sisi garis sumbu dan pengurangan gaya apung (digambarkan oleh FF1C) pada sisi yang lain.

Elemen yang berarsir pada gambar 4.3 memiliki luas sebesar ds pada tampak atasnya dan tinggi sebesar x.dθ pada poto ga ertikal a sehi gga olu e ele e adalah .dθ.ds. adalah berat jenis zat cair), ini adalah penambahan gaya apung akibat elemen.

Momen dari elemen gaya apung terhadap B adalah w.x².ds.dθ sehi gga o e pe ge bali restori g o e total terhadap B adalah .dθ ∫ ².ds dimana integral meliputi seluruh luasan s dari ponton yang terdapat pada permukaan air.

Tampak Depan A

F A1

F1

B M

G

B1

ds

G1

dθ

dx C

Tampak Atas x

L

D ds

Tampak Depan G

B

(4)

30

∫ (4.2) Yaitu momen kedua dari luas s terhadap sumbu X-X. (Cari I terhadap Y-Y!)

Restoring momen total terhadap B dapat juga dicari sehingga diperoleh persamaan :

∫

^(4.3)

⁄

^(4.4)

Untuk ponton berbentuk persegi panjang, B terletak pada suatu kedalaman di bawah permukaan air, yaitu sama dengan setengah kedalaman total tercelupnya ponton dalam zat cair tersebut, sementara I dinyatakan dalam hubungan dimensi ponton sebagai berikut :

∫ ∫

(4.5)

4.4 Prosedur Kerja

1. Mencatat berat masing-masing komponen yang ada pada ponton.

2. Mengukur dimensi ponton dengan mistar baja.

3. Menentukan tinggi titik berat total ponton dengan tinggi adjustable weight dengan cara sebagai berikut :

a. Mengikat tali bandul pada plat skala sehingga plum bob tetap berada pada posisi normalnya.

b. Membalikkan ponton dan menahannya pada tiang dengan menggunakan penggaris baja sambil menggeser adjustable weight sepanjang tiang ke posisi yang sesuai sampai ponton stabil seperti pada gambar 4.3 dibawah ini. Catat jarak dasar ponton ke penggaris baja dan jarak ke adjustable weight.

c. Mengukur tinggi titik berat dan adjustable weight pada prosedur b dari dasar ponton dengan menggunakan mistar baja.

4. Meletakkan ponton di dalam air.

5. Menggeser jockey weight ke arah kiri dan kanan dan catat simpangannya untuk masing-masing jarak.

6. Menggeser jockey weight ke arah kanan dan catat simpangannya untuk masing-masing jarak.

7. Percobaan no 1-6 diulang untuk ketinggian adjustable weight yang berbeda.

(5)

31

Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:

Gambar 4.4 Diagram Alir Prosedur Kerja Praktikum Kestabilan Benda Terapung

4.5 Pengambilan Data

Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel dibawah ini.

Mulai

Catat berat total ponton, jockey weight, dan adjustable weight

Atur ketinggian adjustable weight dan tentukan titik berat vertikal ponton diukur dari dasar ponton

Selesai Sudah didapat data untuk

8 kali pergeseran adjustable weight?

Baca dan catat skala kemiringan yang ditunjukkan oleh plumb bob terhadap skala derajat yang tertera pada setiap

pergeseran jockey weight

Geser kembali adjustable weight Tidak

Ya Ukur dimensi ponton (panjang, lebar, tinggi)

Geser jockey weight sebanyak 4 ruas ke kiri dan 4 ruas ke kanan

(6)

32

Tabel 4.1 Spesifikasi Data yang diambil selama percobaan

No. Lembar Data

Data

yang Diambil Simbol Sat. Jumlah Data Total Keterangan

1

Pergeseran adjustable

weight

Jarak adjustable weight dari dasar ponton

y1 mm

8 (sesuai jumlah

percobaan)

Diukur sesuai hasil pengukuran

mistar

2

Penentuan titik berat

ponton

Jarak titik berat dari dasar

ponton

G Mm

8 (sesuai jumlah pergeseran adjustable weight)

mistar

3

Pergeseran jockey weight

Jarak pergeseran jockey weight

dari tengah ponton

x1 mm

8 x 8 = 64 kali (8 kali pergeseran untuk 1

kali pergeseran adjustable weight)

mistar

4

Pengukuran besar simpangan

Sudut simpangan yang terjadi

akibat pergeseran jockey weight

Θ °

8 x 8 = 64 (8 data simpangan untuk 1

kali pergeseran adjustable weight)

Diukur berdasarkan

skala pengamatan

pada alat

4.6 Pengolahan Data

Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini :

Tabel 4.2 Langkah-langkah Pengolahan Data

No .

Langkah Formulir Pengamatan Acuan

Keterangan Nama Gambar/Grafik 1 Menghitung

momen inersia (I)

Gunakan rumus (4.2) atau (4.5) 2 Menghitung Vol.

tercelup (V)

Hubungan massa

dan massa jenis

(7)

33 No

.

Langkah Formulir Pengamatan Acuan

Keterangan Nama Gambar/Grafik

3 Menghitung BM Gunakan rumus

(4.4) 4 Menghitung

kedalaman tenggelamnya ponton

Gunakan rumus

5 Menghitung titik pusat apung CB

Gunakan hubungan dengan Draught 6 Mencari koefisien

A

Pergeseran adjustable weight (y

₁

)

Gunakan persamaan

̅

_∑^∑

7 Menghitung nilai

y untuk setiap posisi y

₁

)

8 Menghitung tinggi G diatas permukaan air (CG)

1

)

9 Menggambarkan sketsa letak y, y

₁

, C, G, M, dan B

Gambar ini menjadi

Gambar 4.5 10 Membuat grafik

CG vs dx/d θ

Grafik ini menjadi grafik 4.1

11 Menghitung GM,

CM, dan CM rata-

rata

(8)

34

4.7 Analisis Data

Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut :

Tabel 4.3 Grafik dan Analisis

No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis

1 Grafik 4.1 CG vs dx/d θ  Tujuan pembuatan grafik tersebut.

 Menghitung dx/d θ dari grafik

4.8 Kesimpulan

Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.

4.9 Daftar Pustaka

Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

(9)

35

FORMULIR PENGAMATAN

Modul IV : KESTABILAN BENDA TERAPUNG

Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Kelautan – ITB

No. Kelompok : ………. Lembar – 1/1

No Nama NIM Paraf TANGGAL PRAKTIKUM

1

2 Asisten :

(………) 3

4 5

TANGGAL TERAKHIR PEMASUKAN LAPORAN :

Data alat

 Berat total benda terapung (W) = 2.6kg

 Berat jockey weight = 0.2 kg

 Berat adjustable weight = 0.5 kg

 Tinggi ponton = 360 mm

Pengamatan : Besar sudut kemiringan θ (°)

No.

Posisi beban vertikal

(mm)

Titik berat (mm)

Posisi beban horizontal x

₁

(mm)

Simpangan Arah Negatif Netral Simpangan Arah Positif 0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0