Volume sebuah benda 8 cm3 pada saat ditimbang massanya 84 gram Berapakah massa jenis benda tersebut?

Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga semoga selalu sehat dan tetap semangat, ya!

Jika kamu diminta menentukan volume sebongkah batu, apa yang akan kamu lakukan? Pasti kamu bingung ya menentukan jari-jarinya? Ternyata mudah lho caranya. Untuk menentukan volume sebongkah batu tersebut, kalian cukup memasukkan batu ke dalam bak berisi air. Kenaikan posisi air atau tumpahan air menunjukkan volume batu tersebut. 

Cara ini pula yang digunakan oleh Archimedes, hingga akhirnya tercetuslah Hukum Archimedes. Bagaimana sih Hukum Archimedes itu? Temukan jawabannya di Quipper Blog karena pada kesempatan ini Quipper Blog akan membahas tentang siapa sosok Archimedes, persamaan Hukum Archimedes, penerapan Hukum Archimedes, dan contoh soalnya. Check this out!

Siapa Archimedes itu?

Sumber: wikimedia.org

Archimedes merupakan seorang ilmuwan terkemuka yang berasal dari Syracusa, Yunani. Ilmuwan satu ini diprediksi hidup di zaman 287 – 212 sebelum Masehi. Sebagai seorang ilmuwan besar di zaman itu, Archimedes mampu menguasai beberapa bidang sekaligus, mulai Matematika, Fisika, Filsafat, Astronomi, dan Teknik. Kisah Archimedes mulai dikenal setelah ia diminta oleh Raja Hiero II untuk membuktikan kemurnian emas mahkota milik sang raja. 

Mendapatkan tugas seperti itu, Archimedes tidak tinggal diam. Ia berpikir keras untuk memecahkan masalah ini. Oleh karena tak kunjung mendapatkan solusi, Archimedes kesal lalu menceburkan dirinya ke dalam bak mandi. Saat ia masuk ke dalam bak mandi yang penuh dengan air, ternyata ada air yang tumpah ke lantai. Berbekal dari hal sepele itulah kemudian Archimedes berhasil membuktikan kemurnian emas milik sang raja. Bagaimana caranya? 

Archimedes memasukkan mahkota ke dalam air. Perubahan volume air akibat adanya mahkota tersebut dijadikan dasar untuk mencari massa jenis, yaitu membagi massa mahkota dengan besarnya perubahan volume air. Massa jenis yang ia peroleh dari hasil percobaan itu disamakan dengan massa jenis emas murni. Terbukti, jika emas yang ada di mahkota raja ternyata bukan emas murni, melainkan campuran.

Pernyataan Hukum Archimedes

Lalu, bagaimana pernyataan yang dikemukakan Archimedes terkait hukum yang dicetuskannya ini? Hukum Archimedes menyatakan bahwa benda yang dicelupkan ke dalam zat cair, akan mengalami gaya angkat ke atas yang besarnya sama dengan zat cair yang dipindahkan. Gaya angkat ke atas inilah nantinya disebut sebagai gaya Archimedes. Adapun ilustrasinya, ditunjukkan oleh gambar berikut.

Persamaan Hukum Archimedes

Berbekal pernyataan yang telah disebutkan sebelumnya, gaya Archimedes bisa dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

FA = gaya angkat ke atas atau gaya Archimedes (N);

ρf = massa jenis fluida (kg/m3);

g = percepatan gravitasi Bumi (m/s2); dan

Vbf = volume benda tercelup (m3).

Ternyata, konsep gaya angkat ke atas ini menyebabkan tiga kemungkinan posisi benda di dalam zat cair, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Bagaimana syarat benda dikatakan terapung, melayang, dan tenggelam? Perhatikan gambar berikut.

Jika Quipperian perhatikan, gaya Archimedes menyebabkan berat benda di dalam zat cair seolah berbeda dengan beratnya di udara. Apakah benar? Jawabannya adalah benar karena saat ditimbang, berat benda di dalam zat cair lebih kecil dibandingkan di udara. Oleh karena itu, berat benda di dalam zat cair disebut sebagai berat semu. Secara matematis, berat semu dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

wbf = berat benda di dalam fluida (N);

wu = berat benda di udara (N);

FA = gaya Archimedes (N);

ρb = massa jenis benda (kg/m3);

ρf = massa jenis fluida (kg/m3);

Vbf = volume benda tercelup (m3); dan

g = percepatan gravitasi (m/s2).

Penerapan Hukum Archimedes

Setelah Quipperian belajar tentang siapa sebenarnya Archimedes, pernyataan Hukum Archimedes, dan persamaan Hukum Archimedes, kini Quipperian harus tahu seperti apa sih penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan.

1. Teknologi perkapalan

Kapal laut merupakan salah satu alat transportasi yang terbuat dari besi bermassa ratusan kilogram. Bagaimana bisa kapal laut tidak tenggelam di dalam air laut, padahal kan massa jenis besi jauh lebih besar daripada massa jenis air? Ternyata, bagian tengah kapal laut memiliki rongga udara, lho. Rongga ini bertujuan untuk menampung udara sebanyak-banyaknya agar volume kapal bisa semakin besar. 

Dengan demikian, massa jenis kapal menjadi lebih kecil dari massa jenis air laut. Jika massa jenis kapal laut sudah dipastikan lebih kecil daripada massa jenis air laut, kapal akan mengapung.

2. Jembatan poton

Siapa di antara Quipperian yang pernah melihat jembatan poton? Jembatan poton adalah jembatan yang terbuat dari susunan drum-drum kosong. Drum-drum disusun sedemikian sehingga menyerupai jembatan. Sebelum ditata, drum harus dikosongkan dan ditutup agar air tidak bisa masuk. Dengan demikian, massa jenis drum bisa lebih kecil daripada massa jenis air. Akibatnya, jembatan poton bisa terapung.

3. Balon udara

Hukum Archimedes bisa diterapkan tidak hanya pada zat cair, melainkan fluida. Artinya, setiap zat yang bisa mengalir, seperti zat cair dan gas, bisa memanfaatkan prinsip hukum ini. Penerapan Hukum Archimedes untuk gas bisa dilihat pada balon udara. Mengapa balon yang diisi udara bisa terbang? Hal itu karena balon diisi oleh gas yang massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis udara di atmosfer.

Sudah jelas kan Quipperian, Hukum Archimedes mudah sekali untuk diterapkan di berbagai kondisi. Selanjutnya, Quipperian akan diajak untuk berlatih mengerjakan soal. Contohnya seperti di bawah ini.

Contoh Soal 1

Sebuah benda dicelupkan ke dalam minyak yang massa jenisnya 0,8 g/cm3. Ternyata, 25% volume benda terapung di atas permukaan minyak. Tentukan massa jenis benda tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:

Ditanya: ρb =…?

Pembahasan:

Untuk menyelesaikan soal ini, Quipperian bisa menggunakan rumus perbandingan volume benda tercelup dalam fluida dan volume benda di udara.

Jadi, massa jenis benda tersebut adalah 0,6 g/cm3.

Contoh Soal 2

Sebuah benda memiliki berat 6 N di udara dan 4 N di dalam air. Jika massa jenis air 1 g/cm3, tentukan massa jenis benda tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:

Ditanya: ρb =…?

Pembahasan:

Gunakan rumus berat semu benda.

Berdasarkan rumus gaya Archimedes, diperoleh persamaan berikut.

Untuk mencari massa jenis benda, gunakan persamaan massa jenis berikut.

Atau Quipperian bisa menggunakan cara SUPER “Solusi Quipper” seperti berikut.

Jadi, massa jenis bendanya adalah 3.000 kg/m3.

Contoh Soal 3

Sebuah benda terapung di atas permukaan air yang berlapiskan minyak. Ternyata, 50% volume benda tercelup di dalam air dan 40% tercelup di dalam minyak. Jika massa jenis minyak adalah 0,8 g/cm3, tentukan massa jenis benda!

Pembahasan:

Diketahui:

ρa = 1 g/cm3

ρm = 0,8 g/cm3

Ditanya: ρb =…?

Pembahasan:

Massa jenis benda dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Jadi, massa jenis bendanya adalah 0,82 g/cm3.

Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini tentang Hukum Archimedes. Pada prinsipnya, Hukum Archimedes hanya bisa diterapkan pada fluida, baik zat cair maupun gas. Oleh karena itu, Quipperian bisa mencoba untuk menerapkan hukum ini dari hal-hal kecil setiap hari, contohnya saat menimba air, berenang, dan masih banyak lainnya. Untuk lebih lengkapnya, silakan buka Quipper Video. Temukan pembahasan tutor beserta ribuan latihan soal pendukungnya. Bersama Quipper Video, belajar jadi semakin mudah dan menyenangkan. Salam Quipper!

https://id.wikipedia.org/wiki/Archimedes

Penulis: Eka Viandari