Hukum Archimedes

Pernahkah kamu berjalan di dalam air kolam atau air laut yang dangkal? Apa yang kamu rasakan? Apakah kakimu terasa lebih ringan atau justru lebih berat? Nah, jika kamu berjalan di air yang cukup dalam yang misalnya sampai ke dagu mu dalamnya, lalu kamu menghentakkan kaki maka tubuhmu akan mengambang ke atas. Hal ini terjadi dikarenakan air yang memberikan gaya angkat pada tubuhmu. Benarkah zat cair bisa memberikan gaya angkat? Coba saja! Suatu benda yang di celupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya angkat yang sebanding dengan volume zat cair yang di pindahkan oleh benda itu. Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya akan mendapat gaya angkat oleh zat cair tersebut. Besarnya gaya angkat zat cair sama dengan berat zat cair yang dipindahkan benda. Pernyataan inilah yang disebut dengan bunyi Hukum Archimedes.Oleh karena itulah, gaya angkat oleh zat cair disebut juga gaya Archimedes.

 

Archimedes

Gaya Archimedes ini dikemukakan oleh Archimedes (287-212 SM). Dia memperhatikan bahwa ketika ia masuk ke bak mandi, air dalam bak mandi terdesak hingga tumpah. Peristiwa inilah yang akhirnya ia pelajari dengan sungguh-sungguh hingga akhirnya dia menemukan sebuah pernyataan bahwa berat air yang di pindahkan sama dengan gaya angkat pada benda yang dicelupkan ke dalam air.

Teori mengenai Tenggelam, Melayang dan Terapung

Jika sebuah benda dilempar ke dalam air, ada tiga kemungkinan yang akan terjadi. Benda mungkin saja tenggelam di dasar kolam, melayang di antara dasar dan permukaan air, atau terapung di permukaan air. Apa yang mempengaruhi ketiga kejadian tersebut? Simplenya, pada benda yang berada didalam air bekerja dua gaya segaris yang berlawanan arah yaitu gaya berat w yang arahnya ke bawah dan gaya Archimedes F_A yang arahnya ke atas. Besar gaya w dan F_A inilah yang menentukan suatu benda itu apakah akan tenggelam, melayang ataupun terapung.

a. Tenggelam

Jika kamu melepaskan batu di atas permukaan air, batu tersebut akan bergerak turun sampai ke dasar air. Berarti gaya berat batu w lebih besar daripada gaya angkat F_A. jadi, benda dikatakan tenggelam jika berat benda lebih besar daripada gaya angkat zat cair.

W > F_A

b. Melayang

Pada benda yang melayang, resultan gaya w dan F_A sama dengan nol. Hal ini terjadi kalau w = F_A.dengan begitu, maka pada benda tersebut seolah-olah tidak ada gaya yang bekerja. Akibatnya, benda tidak tertarik ke bawah ataupun terangkat ke atas. Benda hanya melayang-layang di antara dasar dan permukaan air. Jadi, benda dikatakan melayang jika berat benda sama dengan gaya angkat oleh zat cair.

W = F_A

c. Terapung

Mudah saja memahami prinsip benda terapung. Karena benda akan terapung jika w lebih kecil dariF_A. jadi, benda akan dikatakan terapung jika berat benda lebih kecil daripada gaya angkat zat cair.

W < F_A

Pengaruh Massa Jenis pada Peristiwa Tenggelam, melayang dan Terapung

Perhatikan benda yang terapung. Jika benda tidak mengandung ruang kosong di dalamnya maka berat benda sama dengan berat zat cair yang di pindahkan ( w_b = w_a ). Berat benda tergantung pada massa benda dan percepatan gravitasi (w_b = w_b  g). karna 9 sama, maka massa benda sama dengan massa zat cair yang di pindahkan (m_b = m_a ). Di lain pihak, karena benda terapung maka volume benda lebih besar daripada volume zat cair yang di pindahkan. Untuk dua zat yang bermassa sama tetapi volumenya berbeda, zat yang volumenya lebih besar memiliki massa jenis yang lebih kecil. Dengan demikian, massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair. Dapat kita simpulkan bahwa benda akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

Pada benda yang melayang, berat benda sama dengan berat zat cair yang di pindahkan. Dengan kata lain, massa benda sama dengan massa zat cair yang di pindahkan. Karena benda tercelup seluruhnya, maka volume benda sama dengan volume air yang dipindahkan. Karena memiliki massa dan volume yang sama, maka massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair. Kesimpulannya adalah benda akan melayang jika massa jenisnya sama dengan massa jenis zat cair.

Sedangkan pada benda yang tenggelam berat benda jelas lebih besar daripada berat zat cair yang dipindahkan, atau massa benda lebih besar daripada massa zat cair yang dipindahkan. Karena benda tercelup seluruhnya, maka volume benda sama dengan volume zat cair yang di pindahkan. Dengan volume yang sama dan massa yang lebih besar, maka massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair. Dapat kita simpulkan bahwa benda akan tenggelam ketika massa jenisnya lebih besar dari massa jenis zat cair. Jika benda mengandung ruang kosong, maka ada kemungkinan benda yang memiliki massa jenis lebih besar daripada massa jenis zat cair yang akan terapung. Contohnya misalnya pada besi, massa jenis besi lebih besar daripada massa jenis air, tetapi kaleng kosong tertutup yang terbuat dari besi akan terapung di atas air. Ini penyebabnya dikarenakan gaya angkat air lebih besar daripada berat kaleng.

Bunyi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes berbunyi “suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang di pindahkan oleh benda tersebut”.

Secara matematis dapat dirumuskan seperti berikut:

Rumus

Keterangan:

                        F_A = gaya angkat ke atas yang di alami benda (N)

                        ρ_a = massa jenis zat cair (kg/m³ )

                        V_a = volume air yang terdesak (m³ )

                        g   = percepatan gravitasi (m/det² )

Penerapan Hukum Archimedes

Penerapan hukum Archimedes ini banyak di manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain dalam pembuatan kapal laut, gelangan kapal, kapal selam dan balon udara. Mari kita lihat satu persatu bagaimana kerja dari pemanfaatan hukum Archimedes ini.

Pembuatan Kapal laut

Kapal Laut

Perut kapal laut harus selalu memindahkan air laut yang banyak agar gaya angkat air lebih besar daripada berat kapal dan penumpang. Walaupun kapal terbuat dari kayu atau besi yang memiliki massa jenis lebih besar daripada air, kapal tetap dapat terapung. Penyebabnya adalah kapal dibuat berongga. Adanya rongga menyebabkan kapal menjadi lebih ringan, sementara jumlah air laut yang didesak oleh perut kapal sangat besar. Akibatnya, kapal bisa terapung meskipun membawa muatan yang sangat berat. Ketika kapal laut berbalik, ruang koson akan terisi air sehingga kapal tenggelam.

Galangan Kapal

Prinsip kerja galangan kapal serupa dengan kapal. Tetapi dapat di tenggelamkan dan dan di munculkan. Galangan kapal dapat diisi penuh dengan air laut atau di kosongkan. Kapal yang akan di perbaiki di masukkan ke dalam galangan. Kemudian, air di dalam galangan di sedot keluar. Bersamaan dengan berkurangnya air, galangan akan terangkat. Akhirnya, air di sekeliling kapal habis dan kapal bisa di perbaiki. Setelah kapal diperbaiki, galangan kembali tenggelam dan disekeliling kapal dipenuhi oleh air. Kapal pun siap kembali ke laut.

Kapal selam

Kapal Selam

Kapal selam dapat muncul di permukaan laut dan dapat juga tenggelam. Di dalam kapal selam tedapat tangki pemberat yang dapat diisi air laut atau di kosongkan.

Jika tangki pemberat diisi penuh dengan air laut, berat kapal selam bertambah besar hingga melebihi gaya angkat air laut. Akibatnya kapal selam bergerak turun ke arah dasar laut.

Jika tangki pemberat diisi air sebagian, berat kapal selam menyamai gaya angkat air laut. Akibatnya kapal selam melayang (tidak bergerak naik maupun turun).

Jika tangki pemberat dikosongkan, berat kapal selam lebih kecil daripada gaya angkat air laut, akibatnya kapal selam bergerak ke atas dan muncul di permukaan laut.

Balon udara

Balon udara

Konsep tenggelam, melayang dan terapung ini tidak hanya berlaku di dalam zat cair. Tetapi juga berlaku di udara. Artinya udara juga memiliki gaya angkat. Benda-benda yang massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis udara akan terangkat ke udara. Benda-benda yang massa jenisnya sama dengan massa jenis udara maka akan melayang. Sedangkan benda-benda yang massa jenisnya lebih besar dari udara maka akan menetap di permukaan bumu. Inilah yang menjadi konsep dasar mengapa balon udara bisa berada di udara alias melayang.

sumber:http://www.trendilmu.com/2016/06/pengertian-hukum-archimedes-dan-penerapannya.html#