Bunyi Hukum Archimedes, Prinsip Penerapan, Rumus, dan Contoh Soal

Bunyi Hukum Archimedes, Prinsip Penerapan, Rumus, dan Contoh Soal 

Amongguru.com. Hukum Archimedes adalah salah satu hukum dalam ilmu Fisika. Hukum Archimedes menjelaskan tentang hubungan antara gaya berat dan gaya ke atas suatu benda pada saat dimasukkan ke dalam air.

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa tersebut tentu bukan karena ada massa benda yang hilang, akan tetapi disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda.

Seorang ahli fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya ke dalam bak mandi. Ternyata Archimedes merasakan beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air.

Gaya ini disebut dengan gaya apung (Fa). Gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air.

F_a = w_u – w_f

dengan :

• F_a = gaya apung (N)
• w_u = gaya berat benda di udara (N)
• w_f = gaya berat benda di dalam fluida (N)

Besarnya gaya apung tergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda. Semakin besar air yang didesak, maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuan ini dikenal dengan Hukum Archimedes, yang menyatakan :

“jika suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, maka benda akan mendapatkan gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang desak oleh benda tersebut.”

Baca : Hukum Pascal : Bunyi, Prinsip Penerapan, Rumus, dan Contoh Soalnya

Menurut prinsip Hukum Archimedes, besarnya gaya tekan ke atas sama dengan berat benda yang dipindahkan, maka secara matematis ditulis :

F_a = w_f

Karena

w_f = m_f x g dan m_f = ρ_f x V

maka

 w_f = ρ_f x V x g

Jika suatu sistem dalam keadaan seimbang, maka dapat dirumuskan :

Fa = w

ρ_f x Vb_f x g= ρb x Vb x g

ρ_f x Vb_f = ρb x Vb

Dengan :

• m = massa (kg)
• ρ = massa jenis (kg/m³)
• V = volume (m³)
• g = percepatan gravitasi (m/s²)
• ρ_f = massa jenis fluida (kg/m³)
• Vb_f = volume benda yang tercelup ke dalam zat cair (m³)
• ρb = massa jenis benda (kg/m³)
• Vb = volume benda (m^c)

Contoh Soal :

Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 50 N. setelah ditimbang di dalam air, beratnya menjadi 30 N. Hitunglah gaya angkat benda tersebut!

Diketahui :

w_{u =} 50 N

w_{f =} 30 N

Ditanya :

F_a = … ?

Jawab :

F_a = w_u – w_f

F_a = 50 N – 30 N

F_a = 20 N

Jadi gaya angkat benda tersebut sebesar 20 N

Sebuah benda pada saat di udara beratnya sebesar 500 N. Tentukan massa jenis benda, jika berat benda di dalam air 400 N dan massa jenis air 1.000 kg/m³!

Diketahui :

w_{u =} 500 N

w_{f =} 400 N

ρ_a = 1.000 kg/m³

Ditanya :

ρb = … ?

Jawab :

F_a = w_u – w_f

F_a = 500 N – 400 N

F_a = 100 N

ρb/ρ_f = w_u/F_a

ρb/1.000 = 500/100

100 x ρb = 500.000

ρb = 500.000/100

ρb = 5.000 kg/m_a

Jadi massa jenis benda tersebut adalah 5.000 kg/m³

Benda di dalam zat cair dapat berada pada tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.

1. Benda mengapung, jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρ_b < ρ_a)

2. Benda melayang, jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair (ρ_b = ρ_a)

3. Benda tenggelam, jika massa jenis benda lebih besar daripada mass jenis zat cair (ρ_b > ρ_a)

Penerapan Hukum Archimedes

Beberapa teknologi yang memanfaatkan prinsip hukum Archimedes adalah sebagai berikut.

a. Kapal selam

Kapal selam adalah kapal yang dapat bergerak dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Pada badan kapal selam, terdapat bagian yang dapat diisi udara dan air. Ketika kapal selam ingin terapung, maka bagian tersebut harus diisi udara.

Ketika akan melayang,  udaranya akan dikeluarkan dan disi air, sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam, maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.

b.  Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Cara menggunakan hidrometer adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya.

Setelah itu dilihat skala permukaan zat cair. Nilai yang tampak merupakan skala massa jenis dari zat cair tersebut.

c.  Jembatan ponton

Di pelabuhan, kita dapat melihat jembatan yang terbuat dari drum-drum besar yang mengapung di atas air. Jembatan itu dinamakan jembatan ponton.

Drum-drum tersebut biasanya terbuat dari besi dan didalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair.

d. Balon udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara di atmosfer sehingga dapat terbang karena mendapatkan gaya ke atas.

Demikian ulasan mengenai bunyi Hukum Archimedes, prinsip penerapan, rumus, dan contoh soal. Semoga bermanfaat.