Pengertian Hukum Archimedes
Hukum archimedes adalah salah satu konsep dalam dunia fisika sama seperti temanya yaitu hukum newton. Dimana, menjelaskan hubungan terkait berat sebuah benda yang tercelup kedalam air dengan gaya apung atau gaya tekan keatas pada benda tersebut.
Hal ini dikarenakan setiap benda memiliki massa tersendiri yang akan memberikan sebuah tekanan kepada benda disekitarnya terkhusus benda cair. disamping memberikan sebuah tekanan, benda pun akan memberikan suatu gaya pada benda yang ada disekelilingnya.
Sejarah Hukum Archimedes
pixabay.com
Dikutip dari wikipedia. Sejarah Archimedes demulai ketika dikota kecil bernama Syracuse, SIlicy. Tempat dimana Achimedes kecil lahir dan tumbuh menjadi seorang matematikawan yang patut dibanggakan kala itu. Archimedes pernah belajar ke kaisar Alexandria dan Conon of Samos mendalami bidang matematika sampai sangat ahli pada bidang matematika.
Pada suatu hari Raja Hieron II memanggil Archimedes ke istana kerajaan untuk mencari tahu apakah mahkota yang dimiliki sang raja adalah sebuah mahkota yang tercampur dengan perak atau murni terbuat dari emas.
Dengan berbagai percobaan serta perhitungan yang dilakukan terkait dengan luas, volume, dan permukaan alas pada mahkota tersebut membuatnya lelah. Maka, Archimedes pun menceburkan dirinya kedalam bak mandi yang penuh dengan air.
Seketika itu Archimedes melihat bahwa air yang ada dibak tumpah ke lantai sesaat setelah tubuh Archimedes masuk ke dalam bak air tersebut. Dan akhirnya Archimedes pun menemukan sebuah konsep untuk menjawab permasalahan yang dikemukakan oleh sang Raja Hieron II kepadanya.
Tanpa pikir panjang Archimedes pun berlari menuju rumahnya dengan bertlanjang bulat sembari berteriak “Eureka Eureka!” artinya “Sudah kutemukan! sudah kutemukan!”.
Dengan konsep yang telah didapatkan oleh Archimedes maka di masukkanlah mahkota tersebut kedalam sebuah wadah yang penuh dengan air dan melakukan sebuah perhitungan matematika. Sehingga, ditemukanlah bahwa mahkota yang dibuat oleh tukang tersebut telah dicampur dengan perak.
Bunyi Hukum Archimedes
Dengan konsep yang telah dikemukakan oleh Archimedes. Maka, Archimedes mengeluarkan suatu catatan singkat yang dikenal dengan nama bunyi hukum archimedes. Dalam cacatan tersebut menurut Archimedes :
“Sebuah benda yang tercelup sebagaian atau seluruhnya ke dalam air atau zat cair lainnya akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya”.
Atau
“Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan memperoleh gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”.
Dari bunyi hukum Archimedes diatas kita ketahui bahwasanya zat cair semisal air atau zat cair lainnya memiliki gaya tekan keatas atau disebut sebagai gaya apung.
Dimana, gaya apung tersebut akan menyebabkan beda yang tercelup kedalam air tersebut terasa lebih ringan massanya ketimbang saat diangkat di udara. Hal ini dikarenakan gaya tekan keatas atau kaya apung yang ditimbulkan oleh zat cair menekan massa benda keatas.
Sehingga, hubungan antara gaya tekan keatas (Fa) dan massa benda (W) saling berlawanan arah dan menimbulkan berat semu dari massa benda yang tercelup kedalam zat cair.
Rumus Hukum Archimedes
Berdasarkan dari bunyi hukum archimedes terkait dengan massa benda dan gaya tekan ketas oleh zat cair. Maka, akan menghasilkan rumus hukum Archimedes sebagai berikut :
Fa = W
Fa = Mb . g
Fa = (Vb.ρc)g
Fa = ρc.g.Vb
Fa = Mb . g
Fa = (Vb.ρc)g
Fa = ρc.g.Vb
Dimana :
Fa = Gaya Apung (N)
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2)
Mb = Massa Benda (Kg)
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2)
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3)
Vb = Volume Benda Tercelup (m3)
Fa = Gaya Apung (N)
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2)
Mb = Massa Benda (Kg)
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2)
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3)
Vb = Volume Benda Tercelup (m3)
Hubungan antara berat dengan berat semu
Ws = Berat benda dalam zat cair (Kg.m/s2)
W = Berat benda sebenarnya ((Kg.m/s2))
Fa – Gaya apung (N)
W = Berat benda sebenarnya ((Kg.m/s2))
Fa – Gaya apung (N)
Posisi Benda Menurut Hukum Archimedes
Dalam penerapan kesehariannya kamu akan mendapati beberapa kasus dimana ketika mencelupkan suatu benda kedalam air. Akan menghasilkan tiga kemungkinan yang disebabkan oleh benda yang tercelup tersebut, Yaitu :
1. Benda Tenggelam
Ketika kamu memasukkan batu kedalam air maka kamu akan melihat batu tersebut akan langsung tenggelam ke dasar air. Hal ini dikarenakan massa jenis benda memiliki kondisi yang lebih besar dibandingkan massa jenis air (ρ benda > ρ cair) dan volume benda sama dengan volume zat cair yang dipindahkan (VA = Vf).
Sehingga, jika suatu benda dinyatakan tenggelam adalah ketika benda dicelupkan kedalam air, benda tersebut sepenuhnya berada di dasar air. Kemudian berlaku persamaan sebagai berikut.
W > Fa
Mb.g > mf.g
Vb.ρb.g > Vf.ρc.g
ρb > ρc
Mb.g > mf.g
Vb.ρb.g > Vf.ρc.g
ρb > ρc
Dimana :
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2);
Fa = Gaya Apung (N);
M = Massa Benda (Kg);
mf = Massa Zat cair Yang Dipindahkan (Kg);
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2);
Vb = Volume Benda Tercelup (m3);
ρb = Massa Jenis Benda (Kg/m3);
Vf = Volume Zat Cair Yang Dipindahkan (m3);
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3).
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2);
Fa = Gaya Apung (N);
M = Massa Benda (Kg);
mf = Massa Zat cair Yang Dipindahkan (Kg);
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2);
Vb = Volume Benda Tercelup (m3);
ρb = Massa Jenis Benda (Kg/m3);
Vf = Volume Zat Cair Yang Dipindahkan (m3);
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3).
2. Benda Melayang
Ketika kamu memasukkan telur kedalam air untuk dibersihkan. Kamu akan melihat bahwasanya ada telur yang melayang dimana tidak berada dipermukaan dan tidak pula didasar. Kenapa demikian ?
Hal ini dikarenakan massa jenis benda dan massa jenis zat cair memiliki berat jenis yang sama (ρ benda = ρ cair). Dan volume benda sama dengan volume zat cair benda tersebut dicelupkan. Sehingga, membuat benda tersebut melayang diatas air. Ketika benda melayang diatas air akan menimbulkan persamaan sebagai berikut.
W = Fa
Mb.g = mf.g
Vb.ρb.g = Vf.ρc.g
ρb = ρc
Mb.g = mf.g
Vb.ρb.g = Vf.ρc.g
ρb = ρc
Dimana :
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2);
Fa = Gaya Apung (N);
M = Massa Benda (Kg);
mf = Massa Zat cair Yang Dipindahkan (Kg);
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2);
Vb = Volume Benda Tercelup (m3);
ρb = Massa Jenis Benda (Kg/m3);
Vf = Volume Zat Cair Yang Dipindahkan (m3);
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3).
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2);
Fa = Gaya Apung (N);
M = Massa Benda (Kg);
mf = Massa Zat cair Yang Dipindahkan (Kg);
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2);
Vb = Volume Benda Tercelup (m3);
ρb = Massa Jenis Benda (Kg/m3);
Vf = Volume Zat Cair Yang Dipindahkan (m3);
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3).
3. Benda Terapung
Ketika sedang dipantai kamu akan melihat banyak kapal laut yang berada dipermukaan laut. Pernahkan kamu bertanya-tanya padahal kapal tersebut begitu besar tetapi, kenapa tidak tenggelam malah terapung diatas permukaan air ?.
Hal ini disebut sebagai benda terapung dimana ketika suatu benda dimasukkan kedalam air. Benda tersebut tercelup sebagian zat cair dan sisanya masih berada diudara sehingga disebut sebagai benda terapung.
Hal ini dikarenakan massa jenis benda lebih ringan dibandingkan dengan massa jenis air (ρ benda < ρ cair). Dan volume benda yang tercelup lebih lebih kecil dibandingka dengan volume benda (Vb > Vf). Sehingga, membuat benda yang dicelupkan ke dalam air akan terapung dipermukaan. Dari hal tersebut akan menimbulkan persamaan sebagai berikut.
W < Fa
Mb.g < mf.g
Vb.ρb.g < Vf.ρc.g
ρb < ρc
Mb.g < mf.g
Vb.ρb.g < Vf.ρc.g
ρb < ρc
Dimana :
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2);
Fa = Gaya Apung (N);
M = Massa Benda (Kg);
mf = Massa Zat cair Yang Dipindahkan (Kg);
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2);
Vb = Volume Benda Tercelup (m3);
ρb = Massa Jenis Benda (Kg/m3);
Vf = Volume Zat Cair Yang Dipindahkan (m3);
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3).
W = Berat Benda Sebenarnya (Kg.m/s2);
Fa = Gaya Apung (N);
M = Massa Benda (Kg);
mf = Massa Zat cair Yang Dipindahkan (Kg);
g = Gravitasi 9,8 atau 10 (Kg.m/s2);
Vb = Volume Benda Tercelup (m3);
ρb = Massa Jenis Benda (Kg/m3);
Vf = Volume Zat Cair Yang Dipindahkan (m3);
ρc = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3).
Contoh Soal Hukum Archimedes
Berikut ini beberapa contoh soal terkait dengan hukum archimedes :
1. Massa jenis air laut 1025 kg/m3 , hitunglah volume batu yang tercelup ke dalam air laut jika berat air laut yang dipindahkan oleh batu sebesar 2 Newton !
Diketahui :
Diketahui :
ρ air laut = 1025 kg/m3
W air laut = 2 N
g = 9.8 m/s2
W air laut = 2 N
g = 9.8 m/s2
ditanya :
V batu . . . ?
Jawab :
Berat air laut :
W = m.g
Gaya apung :
Fa = ρ . g. V
W = m.g
Gaya apung :
Fa = ρ . g. V
Dimana berat air yang tumpah sama dengan gaya apung batu sehingga dapat ditulis
W = Fa
W = ρ.g.Volume
2 = 1025(9,8) V
2 = 10.045.v
V = 10.045 / 2
W = ρ.g.Volume
2 = 1025(9,8) V
2 = 10.045.v
V = 10.045 / 2
V = 1.991 x 10-4 m3 = 199.1 cm3
Jadi volume batu yang tercelup 199.1 cm3
2. Sebuah batu dengan volume 1 m3 tercelup seluruhnya kedalam air dengan massa jenis 1000 kg/m3. Jika percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2, maka batu akan mengalami gaya ke atas sebesar …. N
Pembahasan
Diketahui :
V = 1 m3
ρ = 1000 kg/m3
g = 10 m/s2
Ditanya :
Fa = …
Jawab:
Fa = ρ . V . g
Fa = 1000 kg/m3 . 1 m3 . 10 m/s2 = 10.000 N
Fa = 1000 kg/m3 . 1 m3 . 10 m/s2 = 10.000 N
Jadi batu akan mengalami gaya ke atas sebesar 10.000 N
3. Tentukan massa jenis gabus jika 75 % voume gabus tercelup ke dalam air dan massa jenis air 1 gram/cm3 !
Diketahui :
Diketahui :
ρa = 1 gr/cm3
Va = 0.75 vg
Va = 0.75 vg
Ditanya :
ρg . . . ?
ρg . . . ?
jawab :
ρg.Vg = ρa.Va
ρg.Vg = 1 gr/cm3(0.75Vg)
ρg = 0.75 gr/cm3
ρg.Vg = 1 gr/cm3(0.75Vg)
ρg = 0.75 gr/cm3
jadi massa jenis gabus adalah 0.75 gr/cm3
Contoh Penerapan Hukum Archimedes
Dalam kehidupan sehari-hari ada terdapat banyak sekali contoh penerapan hukum archimedes yang di buat oleh para peneliti agar memudahkan kehidupan kita. Diantara penerapannya adalah :
1. Kran Otomatis
Setiap rumah pada umumnya memiliki pompa air dan bak penampungan air, tidak menutup kemungkinan kamu pun juga memiliki satu di rumahmu. Ternyata bak penampungan air yang pasang pada sisi rumah dengan ketinggian tertentu juga menerapkan hukum Archimedes pada saklar pompa yang kita sebut sebagai kran otomatis.
Pada bak penampungan air ini kita melihat bahwa terdapat sebuah pelampung yang berada didalam bak. Pelampung inilah yang menerapkan hukum archimedes dimana, massa benda tercelup di air lebih ringan dibandingkan dengan massa zat cair yang ada di dalam bak.
Kran yang mengapung inilah yang akan terhubung dengan saklar pompa air. Dimana, ketika bak penampungan lagi kosong maka, pelampung akan menggantung dikarenakan tidak ada air yang mengangkat pelampung ke atas.
Sehingga, dengan berat pelampung akan membuat saklar pompa menjadi on dam mengalirkan air kedalam bak penampungan. Lambat laun air mulai terisi penuh didalam bak dan membuat pelampung terangkat keatas.
Karena, pelampung yang terangkat ini sudah mencapai batas tertentu maka secara otomatis membuat saklar pompa menjadi off dan menghentikan aliran air kedalam bak. Dan siklus ini akan terus berlangsung terus menerus.
2. Hidrometer
Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur suatu debit zat jenis cair di dalam tabung atau ruang kecil tertutup yang tidak kasat mata seperti tempat oli, air aki, dan sebagainya.
Berfungsi untuk mengetahui level zat cair sudah pada tingkatan tertentu apakah telah habis atau masih tersisa. Dengan bebentuk tabung kecil yang berisi pemberat serta terdapat ruang udara.
Sehingga, ketika dimasukkan kedalam zat cair makan hidrometer akan terapung tegak dan stabil seketika.
Hidrometer sendiri menggunakan prinsip Archimedes dalam proses pengukurannya. Dimana, alat hidrometer yang dicelupkan kedalam zat cair akan menimbulkan gaya tekan keatas yang membuat zat cair yang terangkat sama dengan massa hidrometer yang masuk sebagian kedalam zat cair tersebut.
Dimana, semakin sedikit zat cair yang terangkat keatas akan terukur pada level pengukuran hidrometer. Sehingga, semakin sedikit zat cair yang tenggelam, semakin sedikit juga debit zat cair yang tersisa.
3. Jembatan Ponton
Bagi kamu yang biasa tinggal di dekat pantai atau daerah yang memanfaatkan air sebagai jalur penyebrangan. Maka, tidak akan asing lagi bagi kamu dengan jembatan ponton.
Jembatan ponton sendiri ternyata juga menerapkan hukum archimedes dalam pembuatannya dimana, jembatan ponton dimanfaatkan sebagai jembatan penyebrangan sederhana yang berada diatas permukaan air.
Dengan terdiri dari kumpulan drum-drum kosong dan tertutup rapat dan disusun sedemikian rupa serta terikat satu dengan yang lainnya dan menjadi sebuah jembatan. Jembatan ponton akan menghasilkan gaya apung dipermukaan air serta gaya tekan keatas yang kuat dan mampu menahan beban orang yang melintas diatassnya.
4. Kapal Selam
Salah satu teknologi armada perang yang paling banyak memanfaatkan hukum archimedes pada semua kondisi adalah kapal selam. Dimana, kapal selam mampu memosisikan diri dalam keadaan terapung dipermukaan air, melayang, serta tenggelam didasar laut.
Prinsip Kerja Kapal Selam
Dalam penggunaannya, kapal selam memiliki prinsip kerja hampir sama dengan benda yang bekerja dengan menggunakan hukum archimedes lainnya. yaitu memanfaatkan massa jenis benda dengan massa jenis air.
Kapal selam memiliki beberapa bagian yang nantinya difungsikan untuk membuat kapal selam melayang, terapung maupun tenggalam di air. beberapa bagian itu antara lain :
a) Ballast Tank (Tangki Ballast) = Tempat penyimpana udara dan air didalam body kapal selam.
b) Valves (Katup udara) = berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ballast (tangki).
c) Katup air = berfungsi untuk memasukkan air ke dalam ballast (tangki).
d) Tangki Kompresor udara = yang berfungsi memompa air keluar dari ballast dan diganti dengan udara.
b) Valves (Katup udara) = berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ballast (tangki).
c) Katup air = berfungsi untuk memasukkan air ke dalam ballast (tangki).
d) Tangki Kompresor udara = yang berfungsi memompa air keluar dari ballast dan diganti dengan udara.
Didalam bagian kapal selam terdapat ballast tank yang dimana ballast tank inilah yang menjadi pengatur kapal selam apakah terapung, melayang ataukah tenggelam didasar.
pada kondisi awal kapal selam yang berada dipermukaan air. Dimana, tangki ballast berisi sedikit air yang membuat massa jenis kapal selam lebih ringan dibandingkan dengan massa jenis air laut. Sehingga, kapal selam terapung.
Kemudian, Ketika kapal selam akan masuk kedalam air. Maka, katup air akan di buka yang membuat air laut akan dimasukkan kedalam tangki sehingga, membuat massa jenis kapal selam sama dengan massa jenis air laut. Hal tersebut akan membuat kapal selam melayang di dalam air.
Pada kondisi tersebut kapal selam sudah bisa bergerak didalam air dengan tenaga motor pendorong kapal.
Selanjutnya ketika kapal selam ingin menyelam lebih dalam lagi maka, tangki ballast akan diisikan dengan air lebih banyak lagi. Sehingga, membuat massa jenis kapal selam lebih berat dibandingkan dengan massa jenis air laut.
Ketika kapal selam ingin naik kepermukaan maka, kapal selam membukan katup udara atau valves dan mendorong air yang berda didalam tangki ballast keluar dengan menggunakan kompressor udara. Sehingga, tangki ballas hanya berisikan udara yang membuat massa jenis kapal selam lebih ringan dari massa jenis air.
Hukum archimenes tidak hanya berlaku untuk benda cair tetapi juga dapat berlaku pada benda lainnya seperti udara.
kenapa bisa ?
Kita ingat kembali dengan konsep hukum archimedes dimana, jika ada 2 massa jenis yang berbeda akan dapat menyebabkan terjadi sebuah reaksi fisika.
Hal tersebut juga berlaku pada balon udara, kenapa balon udara dapat melayang dan jika dilepas akan terbang keatas. Jika kita teliti maka didapatkan kalau udara yang ada didalam balon udara diisi dengan gas.
Dimana, massa jenis benda dari gas lebih ringan dengan massa jenis benda udara. Sehingga, balon udara akan terbang ke angkasa.
6. Kapal Laut
Memiliki prinbsip yang sama dengan jembatan ponton. Kapal laut juga menerapkan prinsip hukum archimedes. Dimana, agar kapal laut dapat terus berada diatas permukaan air walaupun sebesar apapun kapalnya.
Kapal membuat memiliki rongga udara yang cukup dengan massa jenis kapal sehingga membuat massa jenis kapal lebih ringan dibandingkan dengan massa jenis air. Yang akan membuat kapal dapat terus berada diatas permukaan air.
Kesimpulan
Pada akhirnya, kita telah mempelajari terkait hukum archimedes dan hal-hal yang terkait denganna, mulai dari bunyi hukum archimedes, bunyi hukumnya, contoh soalnya dan contoh penerapannya dalam keseharian.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar