Hukum Archimides: Pengertian, Prinsip dan Aplikasi

Hukum Archimides: Pengertian, Prinsip dan Aplikasi - Apakah kalian tahu apa itu hukum Archimides? Mungkin banyak dari kita yang tidak tahu apa itu hukum archimides, tapi sebenernya hukum ini tuh relate banget sama kehidupan kita sehari hari.

Kalian mungkin sadar ketika kita menyelupkan jari tangan ke dalam gelas berisi air, maka permukaan airnya menjadi naik, terus kalau kita celupin seluruh tangan kita, maka airnya akan naik secara signifikan bahkan sampai meluber keluar dari gelas. Mungkin kebanyakan dari kita bakal jawab "emang pasti gitu", atau "dari sononya". eiittsss tapi tunggu dulu, ternyata ada loh cara yang lebih tepat untuk memahami fenomena fisis ini, yaitu dengan belajar science. Apa yang dipelajarinya? OK lebih tepatnya kita bisa mempelajari fenomena ini di dalam fisika. 

Sejauh ini selama gw belajar fisika mungkin kalau dilihat dari sisi kualitatifnya, fisika itu lebih ke untuk menjelaskan "kenapanya" terhadap segala fenomena yang terjadi di alam semesta ini. 

Pemodelan fenomena fisis alam semesta untuk membantu kehidupan manusia

OK untuk memahami fenomena sederhana ini, kita mundur ke 2200 tahun kebelakang, tepatnya pada zaman yunani klasik. Ternyata ada nih orang yang kepikiran mengenai fenomena tersebut cuma bedanya dengan kita, dia ga nyerah dan terus mencari tahu sebenernya kenapa si segala sesuatu bisa terjadi demikian.

Di zaman itu ada seorang ahli matematika klasik bernama Archimides yang kebetulan pada saat itu ia diberi tugas untuk membuktikan apakah mahkota rajanya itu terbuat dari emas murni atau tidak. Masalah utamanya pada saat itu adalah ia tidak tahu bagaimana menentukan tingkat kepadatan dari mahkota, karena bentuk mahkota yang tidak beraturan. Menurut legendanya si ternyata, archimides mengamati fenomena menarik saat dia masuk ke dalam bak mandi dan menjatuhkan mahkotanya. Tentu hal pertama yang ia sadari adalah permukaan airnya tiba-tiba naik. Disana archimides sadar bahwa airnya tergantikan oleh objek yang masuk ke dalam bak. Kontribusi archimides dalam membreakdown fenomena tersebut menjadi salah satu "The greatest mind in ancient history", karena persamaan dalam model matematika yang dibuatnya sangat penting untuk dunia sains dan teknik yang  sampai sekarang dikenal dengan hukum Archimides. 

Bunyi Hukum Archimides 

Sebuah benda yang sebagian tenggelam dalam fluida akan terangkat oleh suatu gaya sama dengan  berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu

Gaya Angkat Archimides

Ketika kalian mengangkat sesuatu pasti akan lebih ringan jika kalian mengangkatnya dalam air 

Dulu waktu renang gw suka main gendong gendongan sama temen sambil balapan lari, ketika di dalam kolam, ngegendong sambil lari tuh rasanya ringan tapi ketika gw ngegendong temen gw pas keluar dari kolam terasa jauh lebih berat, kira kira kenapa ya?

Jadi kalau di udara semua benda kalau dilepasin dia akan langsung jatuh ke tanah karena tertarik oleh gaya gravitasi, tetapi kalau di air sebagian benda justru malah diam di permukaan air (terapung). 

Berkurangnya berat suatu benda ketika berada di dalam air, menunjukan adanya gaya yang melawan gaya berat benda. Sehingga berat benda seolah olah menjadi berkurang dari keadaan semula

Hal inilah yang terjadi pada kapal, Apakah kaliah pernah terfikir, kenapa kapal dengan berat puluhan ribu ton bisa mengapung di atas air dan tidak tenggelam? 

Kenapa benda yang begitu berat bisa terapung??

Jawabannya adalah karena zat cair memberikan gaya angkat pada benda yang tercelup di dalamnya

Berapa gaya angkat yang dihasilkan oleh zat cair ini??

Berdasarkan gambar tsb. permukaan atas balok berada pada kedalaman h₁ dan permukaan bawah balok berada pada kedalaman h2.

Benda tersebut mendapatkan tekanan hidrostatis dari berbagai sisi, dimana perkalian tekanan dengan luas akan menghasilkan gaya. Dimana jumlah semua gayanya akan menghasilkan gaya netto ke atas, inllah yang disebut sebagai gaya archimides.

Untuk menentukan berapa gaya angkatnya, kita hanya perlu fokus pada gaya yang bekerja pada permukaan atas dan permukaan bawah karena gaya inilah yang mempengaruhi pada sumbu vertikal. sementara pada sisi kiri, kanan, depan dan belakang, hanya mempengaruhi gaya searah sumbu horizontal sehingga tidak memiliki kontribusi pada gaya angkat.

Sehingga:

Tekanan Total pada permukaan atas balok: P₁ = P₀ + ⍴gh₁

Tekanan Total pada permukaan bawah balok: P₁ = P₀ + ⍴g (h₁+ t)

Luas permukaan atas dan permukaan balok adalah sama A = PL

Sehingga 

gaya ke bawah pada permukaan atas balok adalah F₁= P₁ A = (P₀ + ⍴gh₁).PL

gaya ke arah atas pada permukaan bawah balok adalah F2= P2 A = (P₀ + ⍴gh₁ + ⍴gt).PL

F_A= F₂ - F₁

F_A= (P₀ + ⍴gh₁ + ⍴gt).PL -  (P₀ + ⍴gh₁).PL

F_{A =} ⍴g (PLt)

dimana PLt adalah V_B (Volume Balok). Jadi persamaannya bisa kita tulis ulang jadi:

F_{A =} ⍴.g.V_B

⍴ = Massa jenis zat cair  (Kg/m³)

g = Percepatan gravitasi bumi (m/s²)

V_B = Volume bagian benda yang tercelup (m³) 

Gaya angkat yang dilakukan oleh zat cair disebut juga dengan Gaya Archimides. Gaya archimides akan maksimum jika seluruh bagian benda tercelup

Percobaan Sederhana Gaya Archimides

Ketika ada benda yang diletakan dalam bejana, permukaan airnya mengalami perubahan tinggi (Δh)

Δh = h₂ - h₁

Jika air yang sebesar Δh ini kita timbang maka akan diperoleh massa air (m) dan beratnya (W_air = m.g)

Sebesar berat air inilah benda yang dicelupkan tadi akan mendapat gaya keatas .

Dengan kata lain benda itu ketika dicelupkan ke dalam air beratnya akan berkurang sebesar W_air.

_{Aplikasi Hukum Archimides}

_{Contoh Soal}

_{1. Berat benda saat ditimbang di udara adalah 50N. Jika benda itu dimasukan ke dalam air dan ditimbang ternyata beratnya menjadi 42N. Hitunglah besar gaya ke atas yang dialami benda!}

_Diketahui:

F_udara = 50 N

F_air     = 42 N

Jawab:

Besar gaya ke atas/ Gaya Archimides:

F_A = F_U – F_a

F_A = 50 – 42

F_A = 8 N

2. Sebuah benda volumenya 250 cm³ dimasukan kedalam minyak tanah (⍴ = 0,8 g/cm³).Hitung besar gaya keatas yang dialami benda!

Diketahui :

V_B = 250 cm³ = 250. 10^-6 m³

⍴ = 0,8 g/cm³ = 800 Kg/m³

^Jawab:

F_{A =} ⍴.g.V_B 

F_{A =} 800 .10. 250. 10^-6

F_{A = 2 N}

_{3. Sebuah benda di udara beratnya 900 N, tetapi ketika di dalam air beratnya menjadi 600 N. Jika diketahui massa jenis air 1000 Kg/m}3 maka volume benda yang tercelup adalah...

Diketahui:

_{Wu = 900 N}

_Wf  = 600 N

⍴ = _{1000 Kg/m}3

Ditanyakan Volume Benda Tercelup (Vf)

Jawab: 

F_{A =} ⍴.g.V_B 

Wu - Wf  = 1000.10.Vf

900 - 600 = 1000.10.Vf

         300 = 10.000.Vf

            Vf  = 300/10.000

                = 0.03 m³

Location:

Share :