Hukum Archimedes

Materi Hukum Archimedes yang akan kita bahas kali ini meliputi pengertian, bunyi, rumus, contoh soal dan penerapannya. Untuk lebih lengkapnya mari kita simak penjelasan berikut ini:

Pengertian Hukum Archimedes

Hukum Archimedes adalah sebuah hukum yang berisi tentang prinsip pengapungan diatas benda cair.

Hukum archimedes ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga merupakan penemu pompa spiral untuk menaikan air yang dikenal dengan istilah sekrup archimede. Hukum Archimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukan kedalam air. 

Dasar pemikiran Archimedes: ”Jika dalam sebuah tempat ada air dan air dalam keadaan tenang, maka di seluruh bagian air tekanannya sama. Kalau ada daerah yang tekanannya berbeda, maka air dari tempat yang tekanannya tinggi mengalir ke arah yang tekanannya rendah. Jika benda dimasukkan ke dalam air dan setelah airnya tenang kembali benda terapung, keadaan itu menunjukkan bahwa tekanannya menjadi sama di mana-mana, termasuk di tempat benda tersebut berada. Ini berarti tekanan yang diduduki benda itu seharusnya sama dengan tekanan di bagian air yang lain atau air yang seharusnya ada di situlah yang sama dengan air yang terdesak oleh benda”.

Dalam penyusunan percobaannya Archimedes menggunakan pengetahuan tentang timbangan. Akhirnya dapat ditentukan bahwa teorinya sesuai dengan hasil percobaan, yaitu: ”Benda yang terapung atau terendam dalam air kehilangan berat sesuai dengan berat air yang terdesak”.

Bunyi Hukum Archimedes

Archimedes (287-212 SM) yang pertama kali menyelidiki besar gaya keatas dalam zat cair, sehingga dikenal dengan hukum Archimedes yang berbunyi: 

“Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut” 

Rumus Hukum Archimedes

Berikut rumus hukum archimedes yang harus kita ketahui :

Dari rumus diatas, terciptalah 3 hukum turunan dari hukum Archimedes yang berbunyi : 

1. Sebuah benda akan terapung apabila massa jenis benda yang dimasukan ke dalam air lebih kecil dari pada massa jenis zat cairnya 

2. Sebuah benda akan melayang apabila massa jenis benda yang dimasukan ke dalam air sama dengan massa jenis zat cairnya 

3. Sebuah benda akan tenggelam apabila massa jenis benda yang dimasukan ke dalam air lebih besar dari pada massa jenis zat cairnya.

Keadaan Benda dalam Zat Cair

Bila kita mencelupkan suatu benda ke dalam zat cair, maka akan ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi pada benda itu yaitu tenggelam, melayang atau terapung. Ketiga peristiwa itu terutama melayang dan terapung jelas menunjukkan bahwa zat cair memberikan gaya ke atas terhadap benda yang tercelup ke dalamnya. 

3 keadaan benda di dalam zat cair :

1. Benda terapung

Benda dikatakan terapung ketika berat jenis benda lebih kecil dari pada berat jenis zat cair, dan berat benda sama dengan gaya keatas zat cair. 

Pada peristiwa ini hanya sebagian volume benda yang tercelup di dalam zat cair sehingga volume zat cair yang berpindah lebih kecil dari volume total benda yang mengapung. 

Karena Vt (volume benda yang tercelup) lebih kecil daripada Vb (volume benda total), maka syarat benda mengapung adalah: 

Gaya apung (Fa) sama dengan berat benda (w) atau Fa = w, serta massa jenis benda (ρb) harus lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρf)  atau ρb < ρf 

Secara umum 

• pb, rata-rata = pf 
• w = Fa 

Keterangan:

pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida 
w = berat benda 
Fa = gaya Apung

2. Benda melayang

Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat cair, dan berat benda sama dengan gaya keatas zat cair.

Pada peristiwa melayang, volume zat cair yang dipindahkan (tercelup) sama dengan volume total benda yang melayang. 

Karena Vt (volume benda yang tercelup) sama dengan Vb (volume benda total), maka syarat benda melayang adalah: 

Gaya apung (Fa) sama dengan berat benda (w) atau Fa = w, dan massa jenis benda (ρb) harus sama dengan massa jenis zat cair (ρf) atau ρb = ρf 

Secara umum

• ρb, rata-rata > ρf 
• w > Fa 

Keterangan 

ρb = massa jenis benda 
ρf = massa jenis fluida 
w = berat benda 
Fa = gaya Apung 

3. Benda Tenggelam 

Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar daripada berat jenis zat cair, dan berat benda lebih besar daripada gaya ke atas zat cair.

Pada peristiwa tenggelam, volume benda yang tercelup di dalam zat cair sama dengan volume total benda yang mengapung, akan tetapi benda bertumpu pada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana pada benda sebesar N. 

Karena Vt (volume benda yang tercelup) sama dengan Vb (volume benda total), maka syarat benda dikatakan tenggelam adalah : 

gaya apung (Fa) lebih kecil daripada berat benda (w) atau Fa < w, dan massa jenis benda (ρb)  harus lebih besar dari pada jenis zat cair (ρf) atau ρb > ρf 

Secara umum

• ρb, rata-rata < ρf 
• w = Fa 

Keterangan

pb = massa jenis benda 
pf = massa jenis fluida 
w = berat benda 
Fa = gaya Apung

Penurunan Rumus Archimedes

Vbf adalah volum benda yang tercelup dalam fluida

Fa = Mfg 
Fa = ρf × Vbf × g 
Fa = F2 – F1 karena F2 > F1 
= ρf × g × h2 ×A – pf × g × h1 × A 
= ρf × g × A (h2 – h1) 
= ρf × g × A × h 
= ρf × g × Vbf 

karena Ah = Vbf adalah volume silinder yang tercelup dalam zat cair/fluida 

Catatan :

ρf × Vbf = massa fluida/zat cair (Mf) 
ρf × g × Vbf = berat fluida yang dipindahkan benda (Mfg) 

Rumus gaya apung :

Fa = Mf × g 
Fa = ρf × Vbf ×g 

Hukum archimedes dapat ditulis sebagai berikut : 

FA = ρa × Va × g

Keterangan : 

FA = gaya ke atas pada benda (N) 
ρa = massa jenis zat cair (kg/m3) 
Va = volume zat cair yang terdesak (m3) 
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Contoh Soal Hukum Archimedes

Setelah mempelajari materi dan rumus diatas, kami akan memberikan contoh soal beserta pembahasannya. Perhatikan contoh berikut :

Contoh 1 :

Volume sebuah kubus yaitu sebesar 1.000 cm³, kubus itu tercelup di dalam air 3/4 bagian. Massa jenis air tersebut sebesar 1g/cm³ . Hitunglah berapa besar gaya Archimedes yang terjadi! 

Pembahasan :

Diketahui :

V = 1000cm³ = 1/1000m³ karena 3/4 maka v = 3/4*1/1000
ρa = 1g/cm³ = 1000kg/m³ 
g = 10N/kg 

Ditanya : F archimedes 

Jawab: 

F = ρa × g × v
= 1000*10*3/4*1/1000 
= 7,5 N 

Contoh 2 :

Sebongkah batu memiliki volume 2,5 dm³ dan dimasukkan ke dalam air yang berat jenisnya 10.000 N/m² . Jika berat batu 100 N, hitunglah berapa besar gaya ke atas dari batu tersebut! 

Pembahasan :

Diketahui :

v=2,5dm³ =25/10000m³ 
W batu = 100N 
ρa =10000N/m³ 
gravitasi=10N/kg 

Ditanya : F 

Jawab:

F = ρa  ×g ×v
= 10000 × 10 × 25/10000 
= 250 N

Penerapan Hukum Archimedes

Adapun contoh penerapan hukum archimedes dalam kehidupan sehari-hari. Berikut diantaranya :

1. Teknologi perkapalan seperti Kapal laut dan kapal Selam 

Teknologi perkapalan merupakan salah satu contoh penerapan hukum Archimedes yang paling sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kapal laut dibuat dari besi atau kayu yang berongga di bagian tengahnya. Rongga ini memiliki tujuan agar volume air laut yang dipindahkan badan kapal besar. Hal ini berdasarkan penerapan bunyi hukum Archimedes dimana gaya apung suatu benda sebanding dengan banyaknya air yang dipindahkan. Dengan begitu, kapal laut bisa terapung dan tidak tenggelam.

2. Alat pengukur massa jenis (Hidrometer) 

Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Hidrometer merupakan contoh penerapan hukum archimedes dalam kehidupan sehari-hari yang paling sederhana. Cara kerja hidrometer merupakan realisasi bunyi hukum archimedes, dimana suatu benda yang dimasukan kedalam zat cair sebagian atau keseluruhan akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, maka sebagian alat tersebut akan tenggelam. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Jumlah air yang dipindahkan oleh hidrometer akan tertera pada skala alat tersebut. 

3. Jembatan Poton 

Jembatan poton merupakan sebuah jembatan yang dibuat dari drum kosong yang melayang diatas air dan diatur hingga menyerupai sebuah jembatan. Jembatan poton disebut juga jembatan apung. Untuk bisa dijadikan sebagai jembatan, drum-drum tersebut harus berada dalam kondisi kosong dan tertutup rapat sehingga udara di dalam drum tidak dapat keluar dan air tidak dapat masuk kedalam. Dengan cara tersebut, maka berat jenis drum dapat diminimalkan sehingga bisa terapung di atas permukaan air 

. 

4. Teknologi Balon Udara 

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Jadi ternyata aplikasi hukum Archimedes tidak hanya berlaku untuk benda cair tetapi juga benda gas. Agar bisa terbang melayang di udara, balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari pada massa jenis udara atmosfer, karena mendapat gaya keatas balon ini bisa terbang. Udara yang dipanaskan memiliki tingkat kerenggangan lebih besar daripada udara biasa. Sehingga massa jenis udara tersebut menjadi ringan.

Nah itulah materi beserta contoh hukum archimedes. Mudah dipahami bukan? Kita hanya perlu sering berlatih mengerjakan latihan-latihan soal, agar lebih lancar mengerjakan soal ketika ujian. Semoga sukses dan tetap semangat!

Baca materi Fisika lainnya:
– Hukum Kirchoff
– Hakikat Ilmu Fisika