Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa kapal besar yang terbuat dari besi tidak tenggelam di laut? Atau kenapa mengangkat beban yang berat di dalam air terasa lebih ringan? Yap, itu semua karena adanya Gaya Archimedes atau gaya angkat pada benda di dalam fluida.
Lalu, apa sebenarnya Hukum Archimedes itu? Seperti apa penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari? Untuk mengetahuinya, simak artikel ini sampai habis!
Apa Itu Archimedes?
Hukum Archimedes adalah prinsip dasar dalam fisika yang menjelaskan fenomena gaya angkat yang bekerja pada benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida (zat cair atau gas). Gaya Archimedes bekerja berdasarkan prinsip bahwa benda yang dimasukkan ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas yang sebanding dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Akibat dari gaya angkat ini, benda yang berada di dalam fluida akan terasa lebih ringan dibandingkan ketika berada di darat.
Yang pertama kali mencetuskan hukum ini adalah Archimedes yang merupakan seorang ilmuwan terkemuka dari Syracuse, Yunani, yang hidup kira-kira pada tahun 287–212 SM. Ia menemukannya saat sedang nyemplung ke bak mandi dan melihat sebagian air di dalam bak mandi tersebut naik dan tumpah. Dia kemudian menemukan cara untuk mengetahui apakah mahkota raja terbuat dari emas murni atau campuran dengan mencelupkannya ke dalam air dan menghitung berapa volume air yang naik lalu membandingkannya dengan volume emas murni. Berkat prinsip Archimedes ini, raja mengetahui bahwa mahkotanya ternyata terbuat dari emas campuran, bukan emas murni.
Penemuan teori archimedes ini memiliki pengaruh besar pada dunia fisika dan telah membantu menjelaskan berbagai fenomena alam.
Hukum Archimedes berbunyi:
"Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut."
Dengan kata lain, benda yang tenggelam atau terapung dalam suatu fluida akan mengalami perbedaan gaya yang bekerja padanya, yang dapat memengaruhi posisi dan keadaan benda tersebut dalam fluida.
Rumus Hukum Archimedes
Nah, setelah mengetahui apa itu Hukum Archimedes, bagaimana Anda bisa menghitung gaya tekan ke atas (Fa)? Hal tersebut dipengaruhi oleh 3 jenis benda dalam air, yaitu benda tenggelam, terapung, dan melayang. Pertama-tama, mari ketahui rumus gaya apung terlebih dahulu:
F = ρ . g . V
Fa = gaya tekan ke atas satuan Newton (N)
ρ = massa jenis satuan Kg/L
g = gravitasi satuan N/Kg
V= volume satuan m³
Benda Tenggelam
Benda disebut tenggelam jika posisi benda selalu terletak pada dasar zat cair. Pada posisi ini, gaya angkat air lebih kecil daripada gaya berat benda tersebut.
Dalam keadaan seimbang maka W = N + Fa sehingga:
W > Fa
m . g > ρ . g . V
ρb . g . V > ρf . g . V
ρb > ρf
Benda Melayang
Benda disebut melayang dalam air bila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada. Dalam keadaan ini, gaya angkat air dan gaya berat benda sama. Dalam keadaan seimbang maka:
W = Fa
m . g = ρ . g . V
ρb . g . V = ρf . g . V
ρb = ρf
Benda Terapung
Pada benda terapung, posisi benda sebagian muncul di permukaan zat cair, dan sebagian terbenam dalam zat cair. Dalam hal ini, gaya angkat air lebih besar daripada gaya berat benda. Dalam keadaan seimbang maka:
W < Fa
m . g < ρ . g . V
ρb . g . V₁ < ρf . g . V₂
V₁ < V₂
ρb < ρf
Keterangan:
ρb = Massa jenis benda (kg/m³)
ρf = Massa jenis cairan (kg/m³)
V₁ = Volume benda diatas permukaan air (m³)
V2 = Volume benda di dalam air (m³)
Fa = Gaya angkat benda (N)
W = Berat benda (N)
Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-Hari
Penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari sangat luas dan sering kita temui dalam berbagai benda dan teknologi yang kita gunakan. Hukum ini membantu menjelaskan mengapa beberapa benda bisa terapung, tenggelam, atau melayang dalam berbagai jenis fluida. Berikut adalah beberapa contoh prinsip archimedes yang dapat ditemukan di sekitar kita:
1. Kapal Selam
Salah satu contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari adalah kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang dapat bergerak di bawah permukaan air, menyelam, melayang, atau mengapung sesuai dengan kebutuhan. Kapal selam memiliki kemampuan untuk mengatur massa jenisnya di dalam air. Dengan cara mengeluarkan atau memasukkan air dari ballast tank, kapal selam dapat menambah atau mengurangi massa jenisnya.
Saat kapal selam ingin menyelam, air dimasukkan ke dalam ballast tank untuk meningkatkan massa jenis kapal sehingga lebih besar daripada massa jenis air, dan kapal selam pun tenggelam. Sebaliknya, ketika kapal selam ingin naik ke permukaan atau melayang, air dikeluarkan dari ballast tank untuk mengurangi massa jenis kapal, sehingga gaya angkat akan lebih besar daripada gaya berat kapal, dan kapal selam akan mengapung atau melayang di permukaan.
2. Kapal Laut
Penerapan Hukum Archimedes juga terlihat pada kapal laut. Meskipun kapal laut sering terbuat dari material berat seperti baja atau besi, kapal ini tetap dapat mengapung di atas permukaan laut. Hal ini terjadi karena gaya angkat pada kapal laut sebanding dengan berat kapal, yang dipengaruhi oleh volume air yang dipindahkan oleh kapal.
Kapal laut memiliki bentuk berongga yang memungkinkan kapal memindahkan volume air yang lebih besar. Gaya angkat yang dihasilkan pun menjadi lebih besar, sehingga kapal mampu mengapung. Tanpa penerapan Hukum Archimedes, kapal dengan material berat seperti baja atau besi kemungkinan besar akan tenggelam, namun berkat prinsip ini, kapal dapat mengapung.
3. Balon Udara
Balon udara adalah contoh benda melayang ke udara yang menggunakan Hukum Archimedes, namun kali ini pada zat gas. Hukum Archimedes bekerja tidak hanya pada zat cair, tetapi juga pada gas. Pada balon udara, udara yang berada di dalam balon dipanaskan untuk mengurangi massa jenisnya. Saat udara dalam balon menjadi lebih ringan dibandingkan udara yang ada di atmosfer, balon udara akan melayang naik ke atas.
Fenomena ini mirip dengan prinsip Hukum Archimedes pada benda yang terapung di dalam air. Dengan kata lain, gaya angkat yang bekerja pada balon udara sebanding dengan berat udara yang dipindahkan oleh balon. Prinsip ini menjelaskan mengapa balon udara dapat terbang di udara dengan menggunakan gaya angkat yang dihasilkan oleh perbedaan massa jenis udara di dalam balon dan di sekitar balon.
Contoh Soal Benda Terapung Melayang Dan Tenggelam
Untuk lebih memahami penerapan prinsip hukum Archimedes, berikut adalah contoh soal benda melayang dan terapung:
1. Sebuah benda dengan volume 0,5 m³ terapung di air. Massa jenis air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s². Hitunglah gaya angkat yang dialami benda tersebut!
Pembahasan:
Gaya angkat (Fa) dapat dihitung menggunakan rumus Hukum Archimedes:
Dengan:
= massa jenis air = 1000 kg/m³- g = gravitasi = 10 m/s²
- V = volume benda yang terendam = 0,5 m³
Maka, gaya angkatnya adalah:
Jadi, gaya angkat yang dialami benda tersebut adalah 5000 N.
2. Sebuah benda melayang di air dengan volume 0,2 m³. Massa jenis benda adalah 1200 kg/m³, dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Tentukan gaya angkat dan berat benda tersebut!
Penyelesaian:
Karena benda melayang, gaya angkat sama dengan berat benda. Berat benda dapat dihitung menggunakan rumus:
Dengan:
- = massa jenis benda = 1200 kg/m³
- g = gravitasi = 10 m/s²
- V = volume benda yang terendam = 0,2 m³
Berat benda:
Jadi, berat benda yang melayang adalah 2400 N dan gaya angkat yang dialami benda tersebut juga 2400 N.
Hukum Archimedes adalah prinsip dasar yang sangat penting dalam fisika, yang menjelaskan fenomena gaya angkat yang bekerja pada benda yang tercelup dalam fluida. Dengan memahami hukum ini, kita dapat menjelaskan berbagai kejadian dalam kehidupan sehari-hari, seperti kapal laut yang mengapung, kapal selam yang menyelam, dan balon udara yang melayang.
Jika Anda kesusahan memahami materi diatas, Superprof siap membantu Anda. Tak hanya hukum Archimedes, Anda juga dapat memperdalam pemahaman tentang fisika dasar dengan mempelajari materi lainnya seperti perpindahan kalor, momen inersia, dan kalor dan contoh soal. Mulailah belajar dengan Superprof sekarang!
Selain hukum archimedes, terdapat beberapa materi yang akan membantu Anda mengenal lebih dalam tentang fisika dasar seperti perpindahan kalor, konsep momen inersia, serta kalor dan contoh soal yang akan sangat bermanfaat untuk Anda. Silakan dibaca!
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
