Hukum Archimedes

Hukum Archimedes

           

            Mungkin anda pernah mengamati bahwa sebuah benda yang diletakkan di dalam air yang terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnya ketika di udara. Jika benda tersebut di celupkan ke dalam  zat cair, sesungguhnya benda tersebut tidak berkurang. Gaya tarik bumi yang bekerja pada benda tersebut adalah tetap. Akan tetapi zat cair mengadakan gaya yang arahnya  ke atas kepada setiap benda yang tercelup di dalamnya. Ini menyebabkan seakan-akan berkurang.

Suatu benda tercelup sebagian atau seluruhnya dalam zat cair, maka volume zat cair yang di pndahkan oleh benda, “ bukan volum benda” akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang di pindahkan. Kenyataan ini pertama kali di temukan oleh seoarang ilmuan yunani yang Archimedes sehinggga di kenal sebagai hukum Archimedes.

                                                            F_a = r g V

           

            Ada tiga keadaan benda yang tercelup kedalam fluida, berikut ini akan di jelaskan dengan seksama ;

1. Terapung

      Perhatikan gambar disamping yang menunjukkan sebuah gabus yang terapung pada suatu fluida. Pada saat terapung, besarnya gaya apung F_a sama dengan berat benda w = m.g. Perlu di ketahui bahwa pada peristiwa ini, hanya sebagian volome benda  yang tercelup di dalam fluida sehingga volume fluida yang di pindahkan lebih kecil dari volume total benda yang mengapung.

                      

 F_y    = 0

    F_a   = m_b .g

r_f g V_t = r_b g V_b

       V_t =

Karena V_t ( volume benda tercelup) lebih kecil dari pada V_b (volume benda total), maka syarat benda mengapung adalah

r_{b <} r_f

Artinya, massa jenis benda harus lebih kecil dari pada massa jenis fluida.

2. Tenggelam

      Perhatikan gambar disamping yang menunjukkan sebuah balok besi yang tenggelam pada suatu fluida. Pada saat tenggelam, besarnya gaya apung F_a lebih kecil dari pada berat benda w = m.g. perlu diketahui bahwa pada peristiwa ini, volume benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volume total benda yang mengapung, namun benda bertumpu pada dasar bejana sehinnga ada gaya nomal dasar bejana pada benda sebesar N.

 

 F_y    = 0

 F_a  + N = m_b .g

r_f g V_t + N = r_b g V_b

               N = r_b g V_b - r_f g V_t

Karena V_t (volume benda yang tercelup) sama dengan V_b(volume benda total), maka syarat benda tenggelam adalah

r_{b >} r_f

Artinya, massa jenis benda harus lebih besar dari pada massa jenis fluida.

3. Melayang     

      Perhatikan gambar disamping yang menunjukkan sebuah balok kayu yang melayang pada suatu fluida. Pada saat melayang, besarnya gaya apung F_a sama dengan dari pada berat benda w = m.g. perlu diketahui bahwa pada peristiwa ini, volume benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volume total benda yang melayang.

                              F_y    = 0

          F_a   = m_b .g

r_f g V_t = r_b g V_b

Karena V_t (volume benda yang tercelup) sama dengan V_b(volume benda total), maka syarat benda tenggelam adalah

r_{b =} r_f

Artinya, massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida.

Aplikasi hukum archimedes

a.                   Kapal Selam

         Kapal Laut Dan Kapal Selam  yang terbuat dari besi dibuat berongga, sehingga volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volume air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung mampu mengatasi berat total kapal, sehingga kapal laut mengapung.

Gambar : kapal laut

Sedangkan, proses pada kapal selam dapat di jelaskan berdasarkan gambar di bawai ini.

Gambar : proses terapung, tenggelam dan melayang pada kapal selam

b.                  Balon Udara

               Mula-mula balon udara diisi dengan gas panas, sehingga balon menggelembung dan volumenya bertambah. Bertambahnya volume balon berarti bertambah pula volume udara yang dipindahkan oleh balon. Ini berarti gaya apung sudah bertambah besar. Suatu saat gaya apung sudah lebih besar dari pada besar total balon (buat balon dan muatan), sehingga balon pun bergerak.

Contoh Soal :

Kubus kayu yang mempunyai rusuk 10 cm dan massa jenis 0.6g/cm³ ditahan seutas tali yang diikat pada dasar bejana. Bejana kemudian di isi air dengan massa jenis 1 g/cm³ sehingga kubus seluruhnya tercelup dalam air. Jika g 10m/s², tentukan tegangan tali.

Penyelesaian

Diketahui        : s         = 10 cm , maka v = s³ = 10³ = 1000 cm³ = 10^-3 m³

                          r_k       = 0.6 g/cm³ = 600 kg/m³

                          r_a       = 1 g/cm³  = 1000 kg/m³

Ditanya           : T =.......?

Jawab

 F_y    = 0

F_a - T – w = 0

T = F_a – w =

   = (r_a  -  r_f) V_k g

    = (1000 kg/m³-600 kg/m³) (10^-3 m³) (10 m/s²)

    = 4N

Sumber :

Supianto.2006. Fisika Kelas XI SMA. Bandung. Phibeta.

Kanginan. Marthen.2006. Fisika Kelas XI SMA. Jakarta. Erlangga.

Kanginan. Marthen.1994. Seribu Pena Fisika SMA. Jakarta. Erlangga.