HermanAnis.com – Teman-teman semua, pada Seri Fisika Dasar kali ini, kita akan membahas tentang bunyi Hukum Archimedes, rumus, dan contoh Penerapannya.
Baca Juga: Contoh Apersepsi dalam Pembelajaran Hukum Archimedes
A. Bunyi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes – Pada beberapa literatur standar, rumusan bunyi hukum Archimedes adalah,
Any object, totally or partially immersed in a fluid or liquid, is buoyed up by a force equal to the weight of the fluid displaced by the object.
yang kira-kira maknanya seperti ini,
“Setiap benda yang tercelup seluruhnya atau sebagian ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Jalas kan. Selanjutnya kita bahan bagaimana cara menentukannya besar gaya ke atas atau gaya apung itu, apa rumusnya? berikut uraiannya!
Baca Juga: LKPD Hukum Archimedes
B. Rumus Hukum Archimedes
Hukum Archimedes – Lebih lanjut, jika kita cermati, maka hukum archimedes sebenarnya ingin menjelaskan bahwa, ketika sebuah benda masuk ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat/menerima gaya dari zat cair.
Gaya tersebut di sebut gaya ke atas atau gaya apung atau gaya Archimedes yang arahnya ke atas (melawan gaya berat benda).
Lalu, besar gaya ke atas (Fa) yang di terima oleh benda besarnya sama dengan berat zat cair yang di pindahkan, atau
Gaya ke atas (Fa) = Berat zat cair yang di pindahkan benda (W)
Ketika benda tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, maka volume atau bagian benda yang tercelup tersebut akan memindahkan zat cair sebesar volume benda yang tercelup.
Jika kita dapat mengukur berat (W) volume zat cair yang di pindahkan, maka besar gaya berat zat cair yang pindah tersebut adalah gaya ke atasnya (Fa).
Karena adanya gaya ke atas (gaya apung) dari zat cair ke benda, berat benda di dalam zat cair (Wa) selalu lebih kecil di bandingkan dengan berat benda di udara (Wu).
Olehnya itu, ketika kita mengukur berat benda di udara (Wu) dan kemudian benda tersebut di masukkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair dan di ukur beratnya (Wa) , maka besar gaya ke atasnya (Fa) adalah selisih berat benda di udara dan di dalam zat cair,
gaya ke atas (Fa)= berat benda di udara (Wu) – berat benda di dalam zat cair (Wa)
Fa= Wu- Wa
Tapi, teman-teman perlu catat bahwa, berat benda tidak sama dengan massa benda!
Selain cara yang tadi, kita juga bisa memperoleh persamaan gaya ke atas (Fa) dari rumusan hukum Archimedes,
Karena,
Gaya Ke atas = Berat Zat cair yang di pindahkan
Fa = Berat Zat cair yang di pindahkan
m . g = ρ . g . V
Fa = ρ . g . V
Di mana;
Fa = gaya ke atas satuan Newton (N)
ρ = massa jenis zat cait satuan Kg/m3, g/cm3
g = percepatan gravitasi bumi m/s2
V= volume zat cair yang di pindahkan satuan m³
Dari persamaan ini, besar gaya ke atas (Fa) di pengaruhi oleh 3 hal yakni, massa jenis, volume benda yang tercelup, dan percepatan gravitasi bumi.
1. Massa jenis fluida (ρ)
Semakin besar massa jenis fluidanya maka semakin besar gaya ke atas yang di alami oleh benda, dan sebaliknya semakin besar kecil jenis fluidanya maka semakin kecil gaya ke atas yang di alami.
2. Percepatan gravitasi benda (g)
Percepatan gravitasi (g) di permukaan bumi dapat di anggap tetap, (meskipun sebenarnya, nilai g di pengaruhi oleh jarak dari benda ke pusat bumi (r2). Semakin besar percepatan gravitasi g, maka semakin besar gaya keatas yang di alami benda yang masuk ke dalam zat cair.
Baca Juga: Contoh Soal Tekanan Hidrostatis
3. Volume zat cair yang di pindahkan (V) atau volume benda yang tercelup
Karena volume (V) zat cair yang di pindahkan sama dengan volume benda yang tercelup, maka untuk menentukan volume (V) ini, kita dapat mengukur/menghitung volume benda yang tercelup ataukah, mengukur volume zat cair yang di pindahkan benda.
Semakin besar volume benda (V) yang tercelup maka semakin besar gaya ke atas (Fa) yang bekerja pada benda, sebaliknya semakin kecil volume benda (V) yang tercelup maka semakin kecil gaya ke atas yang di hasilkan.
Dalam aplikasinya, sebuah benda yang di masukkan ke adalam zat cair dapat mengalami peristiwa terapung, melayang dan tenggelam.
Baca Juga: Materi Fisika Dasar
Nah bagaimana, konsep gaya ke atas (gaya Apung) membahas peristiwa ini? Untuk menjawab itu, berikut penjelasannya:
C. Penerapan Hukum Archimedes untuk menjelaskan tentang benda terapung, melayang dan tenggelam
Hukum Archimedes – Bagaiman penerapan Hukum Archimedes untuk menjelaskan tentang benda terapung, melayang dan tenggelam akan di jelaskan sebagai berikut:
1. Hukum Archimedes dalam menjelaskan Benda Terapung
Baca Juga: Efek Fotolistrik: Pengertian, Proses terjadinya, dan Karakteristiknya
Terapung adalah peristiwa di mana terdapat sebagian benda di dalam zat cair dan sebagian lagi berada di udara ketika benda di masukkan ke dalam zat cair.
Jika di analisis secara analitik, maka pada benda yang terapung memenuhi keadaan,
gaya berat benda = gaya ke atas dari zat cair
Wbenda = Fa
mb . g = Fa
ρb . Vb . g = ρa . g . Va
sehingga akan di peroleh,
ρb . (Vba + Vbu ) g = ρa . g . Va
Di mana;
Karena volume benda di dalam zat cair Vba sama dengan Volume zat cair yang di pindahkan Va maka, dapat di tuliskan menjadi,
sehingga akan di peroleh,
Persamaan terkhir di atas mengkonfirmasi bahwa ketika benda dalam kondisi terapung, maka haruslah massa jenis zat cair ρa lebih besar dari massa jenis benda ρb. Untuk memahaminya perhatikan variabel pada ruas kiri dan kanan!
Persamaan ini dapat di gunakan untuk mencari seberapa besar bagian benda yang berada di dalam zat cair ataupun di udara pada peristiwa benda terapung.
sehingga,
ρb . Vbu = (ρa – ρb ) Vba
atau,
Vbu / Vba= {ρa – ρb}/ρb
Di mana;
Contoh-contohnya benda terapung sudah sangat jelas.
2. Hukum Archimedes dalam menjelaskan benda Melayang
Melayang adalah peristiwa di mana sebuah benda yang di masukkan kedalam zat zair semua bagian benda masuk ke dalam zat cair namun tidak tenggelam (tidak menyentuh dasar wadah), atau keadaan di mana benda yang melayang berada di antara dasar bejana dan permukaan cairan.
Jika di analisis secara analitik, maka berdasarkan konsep gaya ke atas, pada benda yang melayang berlaku keadaan,
gaya berat benda = gaya ke atas dari zat cair
Wbenda = Fa
mb . g = Fa
ρb . Vb . g = ρa . g . Va
Karena semua bagian benda masuk ke dalam zat cair, maka volume benda Vb sama dengan Volume zat cair yang di pindahkan Va sehingga dapat di tuliskan menjadi,
Persamaan terkhir di atas mengkonfirmasi bahwa ketika benda dalam kondisi melayang, maka haruslah massa jenis zat cair ρa sama besar dengan massa jenis benda ρb.
3. Hukum Archimedes dalam menjelaskan Benda Tenggelam
Ketika sebuah bola besi di jatuhkan ke dalam air, bola itu akan tenggelam dan diam di dasar wadah.
Pada keaadaan ini, tentulah gaya berat bola pasti lebih besar dari gaya ke atas dari zat cair, untuk memahami mengapa seperti ini, silahkan teman-teman mengingat-ingat konsep gaya dalam hukum Newton.
Secara matematis, hubungan dua gaya yang terlibat ini dapat di tuliskan:
Karena semua bagian benda masuk ke dalam zat cair, maka volume benda Vb sama dengan Volume zat cair yang di pindahkan Va sehingga dapat di tuliskan menjadi,
Persamaan terkhir di atas mengkonfirmasi bahwa ketika benda dalam kondisi tenggelam, maka haruslah massa jenis zat cair ρb lebih besar dengan massa jenis benda ρa.
Tetapi perlu di ingat bahwa dalam kasus tertentu, bukan hanya gaya ke atas yang bekerja pada benda yang jatuh dalam air, tetapi ada gaya gesekan atau gaya Stokes antara benda dengan zat cair.
Baca Juga: Rubrik Penilaian Keterampilan Proses Sains
C. Contoh Penerapan Hukum Archimedes
Kapal selam
Kapal selam merupakan contoh penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari. Kapel selam dapat menyesuaikan kerapatan atau massa jenis di bawah air, dengan demikan maka kapal selam ini dapat tenggelam, melayang dan mengapung di permukaan.
Caranya adalah dengan membuang atau menambahkan air untuk menambah atau mengurangi kerapatan atau massa jenis kapal.
Baca Juga: Contoh Penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari
Balon udara
Penerapan metode Archimedes juga berlaku untuk balon udara panas. Udara di dalam balon dipanaskan sehingga massa jenisnya lebih rendah dari pada massa jenis udara di sekitarnya (atmosfer).
Olehnya itu balon udara dapat mengapung di udara.
Kapal
Kapal biasanya terbuat dari kayu, baja atau besi. Tapi mengapa kapal tersebut dapat mengapung di atas air. Jawabannya sederhana, karena gaya apung (gaya archimedes) yang di terima kapal lebih besar sama besar dengan berat kapal.
Untuk memperbesar gaya apung maka kapal di buat berongga di tengahnya. Bentuk perkukaan badan kapal dibuat sedemikian rupa agar dapat memindahkan banyak air sehingga dapat menghasilkan gaya apung yang besar.
Untuk lebih memahami Hukum ini lebih lanjut, teman-teman bisa membaca artikel:
Semoga ada manfaat!