Benda yang merupakan penerapan dari Hukum Archimedes ditunjukkan oleh nomor

Jakarta -

Apakah detikers pernah melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batu-batuan yang tenggelam di dasar sungai? Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes

Archimedes adalah seseorang yang menemukan hukum Archimedes. Ia berpendapat jika benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda.

1. Bunyi

Hukum archimede berbunyi: "Jika benda dicelupkan pada suatu zat cair, maka benda itu akan mendapatkan gaya tekan ke atas (disebut gaya Archimedes) yang besarnya sama dengan gaya berat yang dipindahkan."

Dalam menghitung gaya tekan ke atas (Fa) dipengaruhi oleh tiga hal yaitu:

A. Massa Jenis Fluida (ρ)

Semakin besar massa jenis fluidanya maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan sebaliknya semakin besar kecil jenis fluidanya maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan.

B. Volume Benda (v)

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.

C. Gravitasi Benda (g)

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

Rumusnya:

F = ρ . g . V

Dimana Fa = gaya tekan keatas satuan Newton (N)

ρ = massa jenis satuan Kg/L

g = gravitasi satuan N /Kg

V= volume satuan m³

Baca juga

3. Penerapan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut adalah penjelasannya yang dikutip dari buku Praktis Belajar Fisika karya Aip Saripudin:

A. Hidrometer

Hydrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hydrometer dilakukan dengan cara memasukkan hydrometer ke dalam zat cair tersebut.

Angka yang ditunjukkan oleh hydrometer telah berkalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur.

Gaya ke atas = berat hydrometer.

B. Kapal Laut dan Kapal Selam

Apakah kalian tahu alasan mengapa kapal yang terbuat dari baja dapat terapung di laut? Hal tersebut berhubungan dengan gaya apung yang dihasilkan oleh kapal baja tersebut.

Balok besi yang dicelupkan ke dalam air akan tenggelam sedangkan balok besi yang sama jika dibentuk menyerupai perahu akan terapung. Hal ini disebabkan oleh jumlah fluida yang dipindahkan besi yang berbentuk perahu lebih besar daripada jumlah fluida yang dipindahkan balok besi.

Besarnya gaya angkat yang dihasilkan perahu besi sebanding dengan volume perahu yang tercelup dan volume fluida yang dipindahkannya.

Apabila gaya angkat yang dihasilkan sama besar dengan berat perahu maka perahu akan terapung. Oleh karena itu, kapal baja di desain cukup lebar agar dapat memindahkan volume fluida yang sama besar dengan berat kapal itu sendiri.

Sedangkan untuk kapal selam memiliki tangka pemberat di lambung yang berfungsi kapal selam agar dapat terapung, melayang, atau tenggelam.

Untuk menyelam, kapal selam mengisi tangki pemberatnya dengan air sehingga berat kapal selam akan lebih besar daripada volume air yang dipindahkannya. Akibatnya kapal selam akan tenggelam.

Sebaliknya jika tangki pemberat terisi penuh dengan udara, berat kapal selam akan kecil daripada volume kecil yang dipindahkannya sehingga kapal selam akan terapung.

Agar dapat bergerak di bawah permukaan air laut dan melayang, jumlah air laut yang dimasukkan ke dalam tangki pemberat disesuaikan dengan jumlah air laut yang dipindahkannya pada kedalaman yang diinginkan.

C. Balon Udara

Balon udara bekerja dengan prinsip hukum Archimedes. Menurut hukum Archimedes, sebuah benda yang dikelilingi udara akan mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan volume udara yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Simak Video "Peraih Nobel Fisika Syukuro Manabe Kritik Pola Pendidikan di Jepang"

Pernahkah kalian melihat peristiwa ketika kita sedang berenang atau masuk ke dalam bathub yang terisi oleh air penuh, maka sebagian dari air akan bertumpahan keluar dari bak atau kolam? Atau pernahkah kalian merasakan mengangkat benda yang berat menjadi terasa ringan ketika berada di dalam air? Jika pernah, maka kalian secara tidak langsung menerapkan apa yang dinamakan dengan Hukum Archimedes. 

Apa itu hukum Archimedes? Yuk simak berikut penjelasannya.

Sejarah Hukum Archimedes

Hukum Archimedes ini pertama kali dicetuskan oleh seorang ilmuwan terkemuka dari Yunani pada tahun 287-212 sebelum masehi bernama Archimedes. Archimedes ini adalah seorang ilmuwan yang menguasai berbagai macam bidang ilmu pengetahuan, mulai dari matematika, fisika, teknik, astronomi, sampai filsafat.

Jadi, awal mula tercetusnya hukum Archimedes ini bisa dibilang secara tidak sengaja. Pasalnya, hukum ini tercetus bermula ketika Archimedes ditantang oleh Raja Hieron II untuk membuktikan kandungan emas pada mahkota milik raja. 

Ketika itu, Archimedes kebingungan dengan tantangan yang diberikan oleh sang raja. Hingga pada akhirnya dia merasa stres dan menceburkan diri ke dalam bak mandi yang penuh dengan air. Archimedes lantas memperhatikan bahwa ketika ia masuk ke dalam bak, air-air yang ada di dalam bak tersebut bertumpahan ke lantai. 

Rasa penasarannya pun muncul hingga pada akhirnya dia mencoba masuk keluar ke dalam air untuk  memperhatikan peristiwa itu. Hingga pada akhirnya, ia mendapatkan suatu hikmah dari aktivitas mandi tersebut. Di sisi lain, ia juga sudah menemukan cara untuk membuktikan kemurnian emas mahkota raja. 

Seusai mandi, Archimedes kemudian membuat hipotesis dan percobaan. Ia mencoba memasukkan mahkota milik raja ke dalam air. Hasilnya, volume air berubah dan dari perubahan itu Archimedes bisa menentukan massa jenis dari mahkota tersebut. Setelah itu ia mencoba membagi massa jenis pada mahkota dengan volume perubahan air. 

Setelah eksperimen dilakukan, ia kemudian mencari tahu mengenai massa jenis emas murni. Dan hasilnya ternyata mahkota yang dimasukan ke dalam air tadi memiliki massa jenis yang berbeda dari emas murni. Archimedes pun akhirnya menyimpulkan bahwa mahkota milik raja itu kandungannya bukan emas murni.

Pengertian / Bunyi Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes antara lain: 

“Suatu benda atau zat yang dimasukkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan massa zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.” 

Dengan kata lain, hukum Archimedes ini menjelaskan mengenai hubungan gaya berat dengan gaya apung pada suatu benda ketika dimasukkan atau dicelupkan ke dalam air. Gaya apung itu sendiri merupakan gaya ke atas suatu benda yang dimasukkan ke dalam air. 

Dengan adanya gaya apung yang dihasilkan oleh benda, maka benda yang ada di dalam air akan terasa lebih ringan diangkat, ketimbang saat diangkat daratan. 

Berdasarkan hukum Archimedes, ada tiga keadaan yang bisa terjadi pada suatu benda yang dimasukkan ke dalam air. Yaitu: 

Kondisi tenggelam bisa terjadi karena massa jenis zat cair lebih kecil dari massa jenis benda yang masuk ke dalam air. Misalnya, besi kemungkinan besar akan tenggelam ke dalam air karena pada dasarnya massa jenis besi lebih berat di dalam air. 

Melayang ini kondisinya adalah tidak tenggelam, tetapi juga tidak terapung. Kondisi melayang dapat terjadi ketika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda. Misalnya adalah memasukan telur ke dalam air yang bergaram. Telur akan melayang karena massa jenisnya sama dengan air. 

Melayang ini juga menjawab mengapa ikan tidak tenggelam. Ikan tidak tenggelam karena mereka bisa menyamakan berat mereka dengan air. 

Mengapung adalah kondisi ketika suatu benda tidak tenggelam, tetapi berada di atas permukaan air. Kondisi ini bisa terjadi jika massa jenis air lebih besar daripada benda.

Misalnya adalah ketika mencelupkan styrofoam ke dalam air. Styrofoam itu meskipun ditenggelamkan, pasti akan selalu naik ke atas dan mengapung karena beratnya lebih ringan daripada air. 

Rumus Hukum Archimedes

Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa untuk mengetahui gaya Archimedes dari suatu benda yang dicelupkan perlu mengetahui tiga hal, yaitu: 

Prinsipnya adalah makin besar massa jenis dari zat cair, maka akan semakin besar pula gaya tekan ke atas yang dihasilkan. Begitu pula sebaliknya. 

Prinsip dari volume benda adalah semakin besar volume benda, maka semakin besar pula gaya tekan ke atas yang dihasilkan. Pun sebaliknya.

Percepatan gravitasi benda ini dianggap tetap.Prinsipnya adalah makin besar gravitasi maka makin besar pula gaya tekan ke atasnya. Begitu pula sebaliknya.

Oleh sebab itu, maka hukum Archimedes ini dapat dirumuskan sebagai berikut: 

Fa= ρ . g . V

Keterangan: 

Fa = gaya Archimedes (N)

ρ = massa jenis zat cair (Kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

V= volume (m³)

Contoh Soal Hukum Archimedes

1. Suatu benda yang memiliki volume sebesar 16 m³ kemudian benda tersebut masuk ke dalam air yang memiliki massa jenis 1000 kg/m³. Jika percepatan gravitasinya adalah sebesar 10 m/s², tentukanlah berapa gaya archimedes dari benda tersebut. 

Jawab: 

Diketahui: 

ρ = 1000 Kg/m³

g = 10 m/s²

V= 16 m³

Fa = ?

Fa= ρ . g . V

Fa= 1000 x 10 x 16

Fa = 16.000 N

1. Suatu balok memiliki ukuran 10 cm x 5 cm x 20 cm. Balok tersebut kemudian dicelupkan seutuhnya ke dalam suatu minyak yang memiliki massa jenis 800 Kg/m³. Jika percepatan gravitasinya adalah 10 m/s². Tentukan gaya archimedes pada balok ketika dimasukan seutuhnya dan hanya dicelupkan setengah bagian saja. 

Jawab: 

Diketahui: 

V = 10 cm x 5 cm x 20 = 1.000 cm = 10 m³

ρ = 800 Kg/m³

g = 10 m/s².

Fa = ? 

Fa ½ = ?

Fa= ρ . g . V

Fa= 10 x 800 x 10

Fa = 80.000 N

Jika dicelupkan setengah maka: 

Fa= ρ . g . V

Fa=  10 x 800 x ½ x 10

Fa = 45.000 N

Maka, gaya archimedes yang dihasilkan oleh balok tersebut jika dicelupkan sepenuhnya adalah 80.000 N dan jika dicelupkan hanya setengah maka hanya 45.000 N. 

Contoh Penerapan Hukum Archimedes

Balon udara bisa terbang ke udara karena adanya penerapan hukum Archimedes. Jadi balon besar tersebut dipanaskan supaya massa jenisnya bisa menjadi lebih kecil dari massa jenis udara. Alhasil balon udara bisa terbang. 

Kapal selam juga merupakan salah satu contoh penerapan hukum Archimedes. Jadi kapal selam ini merupakan suatu kapal yang bisa melakukan tiga keadaan sesuai dengan hukum Archimedes, yaitu mengapung, melayang, dan menyelam. 

Kapal selam didesain supaya massa jenisnya bisa menyesuaikan dengan air laut. Cara kerjanya adalah dengan memasukkan atau mengeluarkan air supaya massa jenisnya mengalami perubahan. 

Berbeda dengan kapal selam, kapal laut ini hanya bisa mengapung saja. Kapal Laut ini meskipun umumnya terbuat dari baja atau besi, tetapi tetap bisa mengapung di atas air. Hal tersebut bisa terjadi karena berat kapal dan gaya angkatnya sebanding. 

Kapal laut umumnya memiliki rongga-rongga yang membuat volume air yang berpindah lebih besar. 

Demikianlah pembahasan mengenai Hukum Archimedes beserta dengan pengertian, rumus, dan contoh soalnya. 

Materi sains seperti Hukum Archimedes ini akan diajarkan dengan cara yang lebih seru di Sampoerna Academy. Karena pada prinsipnya Sampoerna Academy akan memberikan metode pengajaran praktek yang memotivasi eksplorasi, kolaborasi, kreativitas, serta penerapan pengetahuan dan keterampilan dengan berbasiskan STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Maths)

Oleh karena itu, segera bergabunglah dengan Sampoerna Academy. Mengenai informasi lebih lanjut soal metode pengajaran yang ditawarkan di Sampoerna Academy silakan klik link ini. 

Referensi
Aku pintar – Hukum Archimedes