Fluida 143 Selain dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, adanya hukum Archimedes menyebabkan benda yang dimasukkan ke dalam akan mengalami tiga kemungkinan, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. terapung dalam zat cair jika tidak seluruh bagian benda tercelup dalam zat cair. Hal ini terjadi karena massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair ρ b ρ c , sehingga berat benda juga lebih kecil daripada gaya Archimedes w b F a . Contoh pe- ristiwa terapung, antara lain, plastik atau kayu yang dimasukkan ke dalam air. Benda dikatakan melayang dalam zat cair apabila kese- luruhan permukaan benda tercelup dalam zat cair dan benda diam tidak jatuh ke bawah tetapi juga tidak mun- cul ke permukaan. Kondisi ini dapat terjadi karena massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair ρ b = ρ c , sehingga berat benda menjadi sama dengan gaya Archimedes w b = F a . Dengan kata lain, berat benda di dalam zat cair sama dengan nol. Contoh peristiwa melayang adalah ikan-ikan di dalam air. Benda dikatakan tenggelam dalam zat cair apabila ben- da jatuh ke bawahdasar wadah saat dimasukkan ke dalam zat cair tersebut. Hal ini terjadi karena massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair ρ b ρ c , sehingga berat benda juga lebih besar daripada gaya Archi- medes w b F a . Contoh peristiwa tenggelam, antara lain, batu dan yang dimasukkan ke dalam air. w F a Gambar 8.5 Mekanisme benda terapung. w b F a w F a w b = F a Gambar 8.6 Mekanisme benda melayang. w F A w b F a Gambar 8.7 Mekanisme benda tenggelam. Di unduh dari : Bukupaket.com Fisika SMA MA Kelas XI 144 UJI PEMAHAMAN Kerjakan soal-soal berikut di dalam buku tugas Anda 1. Ke dalam suatu zat cair dimasukkan sebuah benda yang memiliki massa 120 g dan volume 100 cm 3 . Berapa besar gaya ke atas dari air yang dialami benda tersebut? 2. Jika suatu benda diletakkan di dalam zat cair, kapan benda akan terapung, melayang atau tenggelam? 3. Benda berbentuk kubus dengan panjang rusuk 30 cm dan massa 21.600 g dimasukkan ke dalam air. Berapa besar gaya ke atas yang dialami benda tersebut? 4. Sebongkah es yang memiliki volume 9.000 cm 3 dan massa jenis 0,7 gcm 3 dimasukkan ke dalam air. Berapa bagian volume es yang tercelup dan yang muncul di atas permukaan air? 5. Bagaimanakah prinsip kerja galangan kapal yang digunakan untuk memperbaiki kapal-kapal yang mengalami kerusakan?
Lihat dokumen lengkap (210 Halaman - 13.35MB)
Hukum Archimedes adalah F = ρ.V.g. Arti dari hukum tersebut adalah suatu benda yang dicelupkan kedalam zat cair akan mengalami gaya keatas yang besanya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Bagaimana kapal dengan muatan begitu beratnya mampu terapung diatas lautan? Pertanyaan tersebut akan terjawab ketika kamu memahami prinsip hukum Archimedes. Berikut penjelasan mengenai pengertian hukum Archimedes dan contoh soal penyelesaian permasalahan terkait hukum Archimedes.
Tahukah kalian siapa itu Archimedes? Apa yang telah ditemukan Archimedes pada masanya?
Pada suatu hari Archimedes diminta oleh Raja Hieron II menyelidiki apakah mahkota emasnya dicampuri perak atau tidak. Archimedes memikirkan masalah ini dengan sungguh-sungguh. Hingga ia merasa sangat letih dan menceburkan dirinya ke bak mandi umum penuh dengan air.
Lalu, ia memperhatikan ada air yang tumpah ke lantai dan seketika itu pula ia menemukan jawabannya. Ia bangkit berdiri, dan berlari sepanjang jalan ke rumah dengan telanjang bulat. Setiba di rumah ia berteriak pada istrinya, “Eureka! Eureka!” yang artinya “sudah kutemukan! sudah kutemukan!” Lalu ia membuat hukum Archimedes.
Melalui kisah Archimedes dapat kita ketahui bahwa prinsip dari hukum Archimedes adalah mengenai gaya angkat atau gaya apung pada fluida (cair atau gas) terhadap suatu benda. Sehingga dengan gaya apung oleh benda cair, benda dengan jenis berbeda, akibat memiliki massa jenis yang berbeda, mempunyai gaya apung berbeda. Hal inilah yang membuat Archimedes mampu menjawab pertanyaan dari raja dan membuktikan bahwa mahkota Raja Hieron II terbuta dari campuran dari emas dan perak.
Pengertian Hukum Archimedes
Bunyi hukum Archimedes:
“ Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mengalami gaya keatas yang besanya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut ”
Maksud dari kata dipindahkan dalam bunyi hukum Archimedes tersebut yaitu volume zat cair yang meluap, terdesak sehingga seolah-olah ada penambahan volume ketika suatu benda dicelupkan pada zat cair.
Besar zat cair yang dipindahkan/terdesak mempunyai volume sama dengan volume benda yang dicelupkan/tenggelam dalam zat cair tersebut. Sehinga sesuai dengan Hukum archimedes, gaya apung (Fa) mempunyai nilai yang sama dengan berat zat cair (wf) yang dipindahkan.
Rumus Hukum Archimedes
Penerapan hukum Archimedes sangat berguna dalam beberapa kehidupan seperti menentukan kapan kapal selam mengapung, melayang ataupun tenggelam. Nah, berikut prinsip dasar dari rumus hukum Archimedes.
Baca juga: Ciri-Ciri Makhluk Hidup beserta Penjelasannya [LENGKAP]
Ketika suatu benda berada dalam fluida, maka volume zat cair dipindahkan sebesar volume bagian benda yang berada dalam zat cair. Jika volume zat cair yang dipindahkan besarnya V dan kerapatan fluida (massa per satuan volume) adalah ρ maka besarnya massa fluida yang dipindahkan adalah:
m = ρ.V
Besarnya berat fluida yang dipindahkan adalah
w = m.g = ρ.V.g
Menurut prinsip Archimedes, besarnya gaya tekan keatas sama dengan berat benda yang dipindahkan:
Fa = w= ρ.V.g
Jika suatu sistem dalam keadaan seimbang, maka dapat dirumuskan
Fa= w
ρf.Vbf.g= ρb.Vb.g
ρf.Vbf = ρb.Vb
Keterangan: m = massa (kg)ρ = massa jenis (kg/m3)V = volume (m3)Fa = gaya apung (N)g = percepatan gravitasi (m/s2)wf = gaya berat benda (N)ρf = massa jenis fluida (kg/m3)Vbf = volume benda yang tercelup ke dalam zat cair (m3)ρb = massa jenis benda (kg/m3)Vb = volume benda (m3)
Terapung, Melayang, dan Tenggelam
Jika benda dicelupkan ke dalam zat cair atau fluida, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu terapung, melayang, dan tenggelam.
Benda Terapung
Benda dalam zat cair mengapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρb < ρf). Ketika benda terapung, hanya sebagian volume benda yang tercelup ke dalam zat cair, sedangkan sebagian lagi berada diatas permukaan air dalam keadaan mengapung. Sehingga volume benda terbagi menjadi volume benda yang tercelup dan volume benda yang terapung.
Vb = Vb’ + Vbf
Fa = ρf.Vbf.g
Karena hanya sebagian yang tercelup pada zat cair, maka persamaan gaya angkat ke atas dengan gaya berat berlaku:
ρf.Vbf = ρb.Vb
Keterangan:Vb’= volume benda yang terapung (m3)Vbf= volume benda yang tercelup dalam fluida (m3)Vb= volume benda keseluruhan (m3)Fa= gaya apung (N)ρf= massa jenis zat cair (kg/m3)
g= gravitasi (m/s2)
Benda Melayang
Benda dalam zat cair melayang apabila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair (ρb = ρf). Benda melayang tersebut akan berada di antara permukaan zat cair dan dasar bejana.
Karena massa jenis benda dan zat cair sama, maka berlaku :
FA = ρf.Vb.g = ρb.Vb.g
Keterangan:Fa = gaya apung (N)ρf = massa jenis zat cair (kg/m3)ρb = massa jenis benda (kg/m3)Vb = volume benda (m3)
g = gravitasi (m/s2)
Benda Tenggelam
Pada saat massa jenis benda lebih besar daripada masas jenis zat cair (ρb > ρf), maka benda tersebut akan tenggelam dan berada di dasar bejana. Berlaku hukum :
Fa = wu − wf
Pada benda tenggelam, seluruh volume benda tercelup dalam air, sehingga volume air yang dipindahkan sama dengan volume benda total. Dengan ini didapatkan hubungan persamaan gaya angkat pada benda tenggelam melalui hubungan massa.
ρf.Vb = mu − mf
Keterangan:Fa = gaya apung (N)wu = berat benda di udara/ berat sebenarnya (N) wf = berat benda dalam zat cair (N) g = gravitasi (m/s2) Vb = volume benda total (m3) ρf = massa jenis air (kg/m3) mu = massa di udara (kg)
mf = massa di zat cair (kg)
Contoh Soal Hukum Archimedes
Contoh Soal 1
Massa jenis air laut 1025 kg/m3 , hitung volume batu yang tercelup ke dalam air laut jika berat air laut yang dipindahkan oleh batu sebesar 2 Newton !
Diketahui : ρf = 1025 kg/m3 wf = 2 N
g = 9.8 m/s2
Ditanya : V batu . . . ?
Jawab : Berat air laut : w = m.g
Gaya apung : Fa = ρf . g. Vbf
Berat zat air yang tumpah sama dengan gaya apung batu, sehingga dapat ditulis w= Fa w = ρf.g.Vb 2 = 1025.(9,8).Vb 2 = 10.045.Vb Vb = 10.045 / 2
Vb = 1.991 x 10-4 m3 = 199.1 cm3
Jadi volume batu yang tercelup 199.1 cm3
Sebuah benda ketika di udara beratnya 500 N. Tentukan massa jenis benda jika berat benda di dalam air 400 N dan massa jenis air 1.000 kg/m3!
Diketahui : wu = 500 N wf = 400 N
ρa = 1000 Kg/m3
Ditanya : ρb ?
Jawab : Fa = wu – wf Fa = 500 N – 400 N Fa = 100 N ρb / ρf = wu / Fa ρb/ 1000 = 500 / 100 100 ρb = 500.000 ρb = 500.000 / 100
ρb = 5.000 kg/m3
Jadi massa jenis benda tersebut 5.000 kg/m3
Contoh Soal 3
Tentukan massa jenis gabus jika 75 % voume gabus tercelup ke dalam air dan massa jenis air 1 gram/cm3 !
Diketahui : ρf = 1 gr/cm3
Vf = 0.75 Vg
Ditanya : ρg . . . ?
Jawab : ρg.Vg = ρf.Vf ρg.Vg = 1 .(0.75Vg) ρg = 0.75 gr/cm3
Jadi massa jenis gabus adalah 0.75 gr/cm3
Contoh Soal 4
Sebuah balok massa jenisnya 2.500 kg/m3 dan ketika di udara beratnya 25 Newton. Tentukan berat balok di dalam air jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 !
Diketahui : ρb = 2.500 kg/m3 wu = 25 N
ρf = 1000 kg/m3
Ditanya : wf ?
Jawab : ρb / ρf = wu / Fa (2500) / (1000 ) = 25 / Fa 2.5 Fa = 25 Fa = 25 / 2.5
Fa = 10 N
Ketika benda tenggelam, maka berlaku:
Fa = wa-wf 10 = 25 – wf wf = 25- 10 wf = 15 N
Jadi berat balok di dalam air adalah sebesar 15 Newton
Referensi: Eureka! The Archimedes Principle