Dalam dunia sains, hukum Archimedes menjadi dasar pemahaman tentang gaya apung dan prinsip kerja benda dalam fluida. Hukum ini memiliki peran penting dalam berbagai bidang, mulai dari pengukuran massa jenis hingga pembuatan kapal selam. Artikel ini akan membahas secara mendalam tentang hukum Archimedes, rumusnya, penerapannya, serta faktor-faktor yang memengaruhi gaya apung.

Hukum Archimedes menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Prinsip ini menjelaskan mengapa benda terapung di air atau mengapa kapal dapat mengapung di laut.

Pengertian Hukum Archimedes

Hukum Archimedes adalah prinsip fisika yang menyatakan bahwa gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang terendam dalam fluida (cairan atau gas) sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Prinsip ini ditemukan oleh ilmuwan Yunani, Archimedes, pada abad ke-3 SM.Hukum

Archimedes dapat dijelaskan sebagai berikut:* Ketika suatu benda terendam dalam fluida, fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas pada benda. Gaya ini disebut gaya apung.

• Besar gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda.
• Gaya apung bekerja pada titik pusat massa benda yang terendam.

Rumus Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan bahwa gaya ke atas yang bekerja pada benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Rumus Hukum Archimedes

Rumus Hukum Archimedes adalah:

F _A = ρV _B g

• F_A adalah gaya apung (N)
• ρ adalah massa jenis fluida (kg/m³)
• V_B adalah volume benda yang terendam (m³)
• g adalah percepatan gravitasi (m/s²)

Contoh Soal

Sebuah benda bermassa 500 g dicelupkan ke dalam air (ρ = 1000 kg/m³). Volume benda yang terendam adalah 250 cm³. Hitunglah gaya apung yang bekerja pada benda tersebut. Solusi:

• ρ = 1000 kg/m³
• V_B = 250 cm³ = 0,00025 m³
• g = 9,8 m/s²

F _A = ρV _B g = (1000 kg/m³)(0,00025 m³)(9,8 m/s²) = 2,45 N

Penerapan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes memiliki berbagai penerapan dalam berbagai bidang, di antaranya:

Pengukuran Massa Jenis Benda

Hukum Archimedes dapat digunakan untuk mengukur massa jenis benda. Dengan mengetahui gaya apung yang bekerja pada benda dan volume benda yang tercelup dalam fluida, massa jenis benda dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

ρ = F_a / V

di mana:

• ρ adalah massa jenis benda
• F_a adalah gaya apung
• V adalah volume benda yang tercelup

Prinsip Kerja Kapal Selam

Kapal selam dapat mengapung di air karena memanfaatkan prinsip Hukum Archimedes. Saat kapal selam diisi udara, massa jenisnya akan lebih kecil dari massa jenis air, sehingga gaya apung yang bekerja pada kapal selam lebih besar dari beratnya. Hal ini menyebabkan kapal selam mengapung di permukaan air.

Untuk menyelam, kapal selam mengisi tangki ballastnya dengan air, sehingga massa jenisnya menjadi lebih besar dari massa jenis air. Gaya apung yang bekerja pada kapal selam berkurang, sehingga beratnya lebih besar dari gaya apung dan kapal selam akan tenggelam.

Pengukuran Gaya Apung

Hukum Archimedes juga dapat digunakan untuk mengukur gaya apung yang bekerja pada benda. Gaya apung dapat dihitung menggunakan rumus:

F_a = ρ

• g
• V

di mana:

• F_a adalah gaya apung
• ρ adalah massa jenis fluida
• g adalah percepatan gravitasi
• V adalah volume benda yang tercelup

Faktor yang Mempengaruhi Gaya Apung

Gaya apung merupakan gaya ke atas yang bekerja pada benda yang terendam dalam fluida. Besarnya gaya apung dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

Kepadatan Fluida

Kepadatan fluida adalah massa fluida per satuan volumenya. Semakin besar kepadatan fluida, semakin besar gaya apung yang bekerja pada benda. Hal ini karena fluida yang lebih padat memberikan lebih banyak gaya ke atas pada benda yang terendam.

Volume Benda yang Terendam

Volume benda yang terendam dalam fluida juga mempengaruhi gaya apung. Semakin besar volume benda yang terendam, semakin besar gaya apung yang bekerja pada benda. Hal ini karena volume yang lebih besar memindahkan lebih banyak fluida, sehingga menghasilkan gaya ke atas yang lebih besar.

Percepatan Gravitasi

Percepatan gravitasi adalah percepatan yang diberikan oleh gravitasi bumi pada benda. Semakin besar percepatan gravitasi, semakin besar gaya apung yang bekerja pada benda. Hal ini karena percepatan gravitasi mempengaruhi gaya ke bawah yang bekerja pada benda, yang kemudian diimbangi oleh gaya apung.

Contoh Soal dan Pembahasan

Berikut beberapa contoh soal terkait Hukum Archimedes:

Soal 1

Sebuah batu memiliki berat 10 N di udara dan 8 N di dalam air. Hitunglah gaya apung yang bekerja pada batu tersebut.

Langkah-langkah Penyelesaian:

1. Tentukan berat batu di udara: W = 10 N
2. Tentukan berat batu di dalam air: W’ = 8 N
3. Hitung gaya apung: Fa = W
   • W’ = 10 N
   • 8 N = 2 N

Soal 2

Sebuah benda memiliki volume 200 cm ³ dan massa jenis 800 kg/m ³ . Berapakah gaya apung yang bekerja pada benda tersebut jika dicelupkan ke dalam air (ρ _air = 1000 kg/m ³ )?

Langkah-langkah Penyelesaian:

1. Hitung massa benda: m = Vρ = (200 cm³)(800 kg/m³) = 0,16 kg
2. Hitung berat benda: W = mg = (0,16 kg)(9,8 m/s²) = 1,568 N
3. Hitung gaya apung: Fa = W benda
   • W benda dalam air = 1,568 N
   • (0,16 kg)(1000 kg/m³)(9,8 m/s²) = 0,256 N

Terakhir

Memahami hukum Archimedes sangat penting untuk memahami berbagai fenomena alam dan teknologi. Dari pengukuran massa jenis hingga pengoperasian kapal selam, hukum ini memiliki aplikasi yang luas dalam kehidupan sehari-hari. Dengan mempelajari hukum Archimedes, kita dapat memperoleh wawasan tentang prinsip-prinsip dasar yang mengatur interaksi benda dengan fluida.

Pertanyaan Umum (FAQ)

Apa itu gaya apung?

Gaya apung adalah gaya ke atas yang bekerja pada benda yang tercelup dalam fluida. Gaya ini disebabkan oleh perbedaan tekanan fluida pada permukaan atas dan bawah benda.

Apa rumus hukum Archimedes?

Rumus hukum Archimedes adalah F = ρVg, di mana F adalah gaya apung, ρ adalah massa jenis fluida, V adalah volume bagian benda yang tercelup, dan g adalah percepatan gravitasi.

Apa saja faktor yang memengaruhi gaya apung?

Faktor yang memengaruhi gaya apung antara lain massa jenis fluida, volume bagian benda yang tercelup, dan percepatan gravitasi.