Penjelasan Hukum Archimedes dan Contoh Penerapannya
Hukum Archimedes merupakan salah satu hukum ilmu fisika yang ditemukan oleh ilmuwan Yunani Kuno, yaitu Archimedes. Dia banyak bergelut di bidang ilmu matematika, fisika dan astronomi.
Archimedes menemukan cara dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak mempunyai bentuk baku.
Hal tersebut ditemukannya saat memperhatikan bak saat mandi. Air tumpah akibat karena adanya gaya apung dari zat cair dan setelah diukur ternyata sebanding dengan besar tubuhnya.
Gaya apung tersebut terjadi akibat tekanan pada tiap-tiap bagian permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida. Tekanan lebih besar pada bagian benda yang tercelup lebih dalam.
Bunyi dan Pengertian Hukum Archimedes
Hukum Archimedes berbunyi, "suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya".
Halliday dan Resnick melalui buku Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga (1987) menjelaskan bahwa ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, maka zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, dimana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.
Hampir serupa, Halliday dan Resnick menerangkan bahwa bunyi hukum Archimedes adalah suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Serway dan Jewett di dalam bukunya yang berjudul Fisika untuk Sains dan Teknik (2009) juga menjelaskan bahwa prinsip Archimedes membuktikan bahwa sebuah benda akan mengapung di dalam fluida jika massa jenis suatu benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.
Hukum Archimedes sebuah benda akan mengapung jika kerapatan benda lebih kecil daripada kerapatan fluida maka gaya apung lebih besar daripada berat benda dan benda akan dipercepat ke atas permukaan fluida kecuali ditahan.
Jika suatu benda berada dalam fluida maka ada volume zat cair yang dipindahkan sebesar volume bagian benda yang berada dalam zat cair. Jika volume fluida yang dipindahkan besarnya volume dan kerapatan fluida (massa per satuan volume) adalah ρ1 maka besarnya massa fluida yang dipindahkan adalah:
m = ρ.V .................................................................................(2.3)
Dan besarnya berat fluida yang dipindahkan adalah wf = m.g = ρ.V.g ...................................................................(2.4)
Menurut prinsip Archimedes, besarnya gaya tekan keatas adalah : Fa = wf = ρ.V.g ......................................................................(2.5)
Syarat Keadaan
1. Tenggelam
Melansir dari Gramedia.com, keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair lebih kecil dari massa jenis benda. Misalnya seperti besi atau baja akan tenggelam jika dimasukkan ke dalam air karena massa jenis besi lebih besar dari massa jenis air. Pada keadaan tenggelam, berat benda di dalam cairan lebih besar dibandingkan gaya ke atas oleh cairan.
“ Gaya tekan air < berat benda “
2. Melayang
Keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda. Benda yang melayang berada di antara dasar bejana dan permukaan cairan. Contohnya telur yang dimasukkan ke dalam air yang ditambahkan sedikit garam akan melayang karena massa jenis keduanya sama.
“ Gaya tekan air = berat benda “
3. Terapung
Keadaan ini terjadi saat massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda. Contohnya styrofoam atau plastik akan terapung jika dimasukkan ke dalam air.
" Gaya tekan air > berat benda “
Hal yang Mempengaruhi Gaya Tekan ke Atas
1. Massa Jenis Fluida
Semakin besar massa jenis fluida maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan sebaliknya semakin kecil jenis fluidanya maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan.
2. Volume Benda
Semakin besar volume benda maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan. Sebaliknya, semakin kecil volume benda yang diangkat maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan.
3. Gravitasi Benda
Semakin besar gravitasi benda maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan. Sebaliknya semakin kecil gravitasi benda yang diangkat maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan.
Rumus Hukum Archimedes
Fa = ρ.g.V
Keterangan
Fa = gaya tekan ke atas satuan Newton (N)
Ρ = massa jenis satuan Kg/L
g = gravitasi satuan N/Kg
V = volume satuan m³
Contoh Penerapan Hukum Archimedes
1. Kapal selam
Dilansir dari situs Ruang Guru, kapal selam merupakan salah satu contoh penerapan hukum Archimedes. Kapal selam bisa mengatur massa jenisnya di dalam air agar bisa menyelam, melayang, dan mengapung di permukaan air. Adapun cara yang diterapkan adalah dengan mengeluarkan atau memasukkan air untuk mengurangi atau menambah massa jenisnya.
2. Balon udara
Penerapan contoh hukum Archimedes di kehidupan sehari-hari adalah balon udara. Udara di dalam balon udara dipanaskan agar massa jenisnya menjadi lebih kecil kecil daripada massa jenis udara di sekitar atmosfer. Dengan begitu, balon udara bisa melayang di udara.
3. Kapal laut
Kapal laut biasanya terbuat dari baja atau besi. Meski massanya berat, kapal masih bisa mengapung di atas laut. Hal tersebut diakibatkan gaya angkat kapal yang sebanding dengan great kapal. Diketahui bahwa kapal laut memiliki bentuk berongga sehingga volume air yang dipindahkan akan lebih besar dan gaya angkat ke atas pun juga menjadi lebih besar.
