Hukum Archimedes dan Kedudukan Benda pada Zat Cair

By | August 30, 2017

Semua benda yang tercelup di dalam zat cair akan mengalami gaya tekanan ke atas. Pernyataan tersebut dapat dikatakan sebagai definisi sederhana bunyi hukum archimedes. Gaya ke atas yang diberikan oleh zat cair memungkinkan seseorang mengapung di air sehingga dapat berenang. Selain itu, gaya ke atas dari hukum archimedes juga banyak dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan. Kapal laut, kapal selam, balon udara, hidrometer, dan jembatan ponton merupakan beberapa contoh yang dapat diambil dari pemanfaatan hukum archimedes.

Hukum archimedes juga dapat menjelaskan mengapa benda di dalam zat cair memiliki posisi yang berbeda. Benda di dalam cair dapat mengapung, melayang, atau tenggelam. Contohnya adalah kapal layar yang dapat mengapung dan kapal selam yang dapat tenggelam pada kedalaman tertentu.

Mengapa bola karet yang tercelup dalam gelas berisi air, posisinya akan berada di tengah-tengah> Mengapa es batu dalam gelas yang berisi air, biasanya akan terapung di atas? Perbedaan posisi benda dalam air tersebut dipengaruhi massa jenis dari benda tersebut.

Bola karet dan es batu memiliki nilai massa jenis yang berbeda. Massa jenis suatu benda dapat menentukan posisi benda ketika tercelup di dalam zat cair. Hal inilah yang membuat posisi bola karet dan es batu tidak sama.

Walaupun hukum archimedes mengatakan bahwa setiap benda yang tercelup ke dalam air akan mendapatkan gaya ke atas, namun tidak semua benda yang tercelup ke dalam air mendapatkan besar gaya ke atas yang sama. Kesimpulannya, posisi kedudukan benda dalam suatu zat cair berhubungan dengan gaya ke atas yang diperoleh benda tersebut.

Pelajari selanjutnya mengenai hukum archimedes dan kedudukan benda pada zat cair pada pembahasan di bawah.

 

Hukum Archimedes

Pernahkan kamu menimbang sebuah benda di dalam air? Sebuah benda yang ditimbang di dalam air akan terasa lebih ringan dibanding jika ditimbang di udara.

Sebenarnya, benda yang berada di dalam air beratnya tidak berkurang. Pada saat benda berada dalam air, benda mengalami gaya ke atas. Hal inilah yang membuat benda akan terasa lebih ringan jika berada di dalam air.

Konsep mengenai gaya ke atas untuk pertamakalinya diperkenalkan oleh seorang ahli matematika bernama Archimedes. Sehingga, konsep tersebut dikenal dengan hukum Archimedes.

Bunyi hukum Archimedes:Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.

 
Baca Juga: Rumus Tekanan Hidrostatis dan Tekanan pada Benda Padat

 
Rumus Gaya Archimedes/Gaya Angkat ke Atas
Ilustrasi benda yang mendapat gaya ke atas dapat dilihat pada gambar di bawah.
 
rumus hukum archimedes

 
Rumus Gaya ke Atas
Persamaan hukum archimedes yang menyatakan besarnya gaya ke atas dinyatakan sebagai berikut.

    \[F_{a} = \rho_{c} \cdot g \cdot V_{2} \]

 
Hubungan massa jenis zat cair dan massa jenis benda
Sedangkan persamaan hubungan massa jenis zat cair dan massa jenis zat benda dinyatakan melalui persamaan di bawah.

    \[ F_{a} = w \]

    \[ F_{a} = m_{b} \cdot g \]

    \[ \rho_{c} \cdot g \cdot V_{2} = \rho_{b} \cdot g \cdot V_{b} \]

    \[ \rho_{c} \cdot V_{2} = \rho_{b} \cdot V_{b} \]

 
Keterangan:
    F_{a}   = gaya angkat ke atas (N)
    w   = berat benda (N)
    V_{1}   = volume benda tak tercelup (m^{3})
    V_{2}   = volume benda tercelup (m^{3})
    V_{b}   = volume benda total (m^{3})
    (m^{b})   = massa benda (kg)
    \rho_{c} = massa jenis zat cair (kg/m^{3})
    \rho_{b} = massa jenis benda (kg/m^{3})
 
Bagaimana? Sudah paham materi tentang hukum archimedes, bunyi hukum archimedes, dan rumus hukum archimedes? Mudah bukan? Sekarang, mari kita pelajari lebih lanjut bagian selanjutnya, yaitu penerapan hukum archimedes.
 
 

Penerapan Hukum Archimedes

Penerapan hukum archimedes banyak kita jumpai dikehidupan sehari-hari. Contoh kegiatan yang menerapkan hukum archimedes adalah kapal laut, kapal selam, balon udara, hidrometer, dan jembatan ponton/jembatan apung. Sobat idschool sering menjumpai dalam kehidupan sehari-hari bukan? Sekarang, simak uraiannya pada penjelasan di bawah.

  1. Kapal laut dan Kapal Selam
    Sebuah logam akan tenggelam jika jatuh di dalam air. Lalu, mengapa kapal yang terbuat dari logam bisa mengapung di atas permukaan air laut? Bentuk kapal laut berupa cekungan sehingga berat kapal laut yang tenggelam di laut akan mendapat gaya angkat ke atas. Gaya ke atas inilah yang membuat kapal laut tidak tenggelam. Konsep yang sama juga diterapkan pada pembuatan kapal selam.
     
    kapal laut dan kapal selam
  2.  

  3. Balon Udara
    Balon udara diisi dengan gas dengan massa jenis zat yang lebih kecil dari massa jenis udara di sekitarnya. Hal ini membuat balon udara mendapat gaya angkat ke atas. Sehingga, balon udara dapat terbang seperti pesawat.
     
    balon udara
  4.  

  5. Hirdometer
    Hidrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Konsep yang digunakan untuk mengetahui nilai massa jenis suatu zat cair adalah hukum Archimedes.
     
    Hidrometer
  6.  

  7. Jembatan Ponton/Jembatan Apung
    Jembatan ponton adalah jembatan yang terbuat dari drum kosong sebagai alat apungnya dan jajaran kayu sebagai jalannya. Jembatan ponton dapat ditemui di daerah pelabuhan. Drum kosong berisi udara yang memiliki massa jenis lebih ringan daripada massa jenis air laut. Sehingga, drum kosong tersebut dapat mengapung pada air laut.
     
    Jembatan Ponton

 
 

Kedudukan Benda di dalam Zat Cair

Selain dimanfaatkan untuk berbagai kegiatan di kehidupan sehari-hari, hukum archimedes juga mampu menjelaskan mengapa posisi benda di dalam zat cair tidak sama. Seperti posisi kapal layar yang mengapung dan kapal selamm yang tenggelam pada kedalaman tertentu

Kedudukan benda dalam zat cair meliputi terapung, melayang, dan tenggelam. Kondisi ini terjadi disebabkan masa jenis yang dimiliki antara satu benda dengan benda lainnya berbeda.

Benda yang memiliki massa jenis benda (\rho_{b}) lebih kecil dari massa jenis zat cair (\rho_{c}) akan tenggelam dalam zat cair tersebut.

Sebuah benda akan melayang jika massa jenis benda (\rho_{b}) sama dengan massa jenis zat cair (\rho_{c}).

Benda akan tenggelam dalam zat cair jika massa jenis benda (\rho_{b}) lebih besar dari massa jenis zat cair (\rho_{c}). Massa jenis menyatakan perbandingan massa per satuan volume. Perhatikan gambar berikut.

 
Kedudukan Benda dalam Zat Cair
 
Keterangan:

  1.     \rho_{b} < \rho_{c} \rightarrow \textrm{benda akan Terapung}
  2.     \rho_{b} = \rho_{c} \rightarrow \textrm{benda akan Melayang}
  3.     \rho_{b} > \rho_{c} \rightarrow \textrm{benda akan Tenggelam}

 
Selanjutnya, latih pemahaman sobat idschool melalui soal-soal yang akan diberikan di bawah.
 
 

Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh Soal Hukum Archimedes
Sebuah benda dengan volume 200 \; cm^{3} terapung dalam air. Massa jenis benda dan massa jenis air berturut-turut adalah 0,8 \; g/cm^{3} dan 1 \; g/cm^{3}. Volume benda yang muncul di atas permukaan air adalah ….
A.       20 cm^{3}
B.       30 cm^{3}
C.       40 cm^{3}
D.       50 cm^{3}
 
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut!
 

 
 
Keterangan:
F_{a}   = Gaya ke atas
W   = berat benda
V_{1}   = volume benda yang muncul di atas permukaan air
V_{2}   = volume benda yang terbenam di atas permukaan air
 
Pertama, cari volume benda yang terbenam terlebih dahulu.

    \[ W = Fa \]

    \[ V_{b} \cdot \rho_{b} \cdot g = V_{2} \cdot \rho_{\textrm{zat cair}} \cdot g \]

    \[ V_{b} \cdot \rho_{b} = V_{2} \cdot \rho_{\textrm{zat cair}} \]

    \[ 200 \cdot 0,8 = V_{2} \cdot \rho_{\textrm{zat cair}} \]

    \[ 160 \; cm^{3} = V_{2} \cdot 1 \]

    \[ V_{2} = 160 \; cm^{3} \]

 
Selanjutnya, cari volume benda yang muncul di atas permukaan air.

    \[ V = V_{1} + V_{2} \]

    \[ 200 = V_{1} + 160 \]

    \[ V_{1} = 200 - 160 = 40 \; cm^{3} \]

Jawaban: C

 
Contoh Soal Kedudukan Benda Padat di Dalam Zat Cair
Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 10 N, jika ditimbang dalam zat cair menjadi 8 N. Volume benda tersebut adalah 200 \; cm^{3} dan g = 10 \; m/s^{2}. Jika benda tenggelam pada zat cair tersebut, besar massa jenis zat cair adalah ….
A.       1.000 kg/m^{3}
B.       800 kg/m^{3}
C.       750 kg/m^{3}
D.       500 kg/m^{3}
 
Pembahasan:
Diketahui:

    \[ W _{u} \; \; \;  = 10 \; N \]

    \[ W_{c} \; \; \; = 8 \; N \]

    \[ V_{b} \; \; \; = 200 \; cm^{2} = 0,0002 m^{3} \]

    \[ g = 10 \; m/s^{2} \]

 
Ditanyakan:

    \[ \rho_{\textrm{zat cair}}...? \]

 
Jawab:
Pertama, cari gaya ke atasnya terlebih dahulu.

    \[ W = W_{c} + Fa \]

    \[ 10 = 8 + Fa \]

    \[ Fa = 10 - 8 = 2 \; N \]

 
Selanjutnya, cari massa jenis zat cair.

    \[Fa = V_{b} \cdot \rho_{\textrm{zat cair}} \cdot 10 \]

    \[ \rho_{\textrm{zat cair}} = \frac{Fa}{V_{b} \ cdot g} \]

    \[ \rho_{\textrm{zat cair}} = \frac{2}{0,0002 \ cdot 10 } \]

    \[ \rho_{\textrm{zat cair}} = \frac{2}{0,002} = 1.000 \; kg/m^{3} \]

 
Jawaban: A
 
Sekian pembahasan mengenai Hukum Archimede dan Kedudukan Benda pada Zat Cair yang meliputi bunyi hukum archimedes, rumus hukum archimedes, penerapan hukum archimedes di kehidupan sehari-hari, dan contoh soal hukum archimedes. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!
 
 
Baca Juga: Alat yang Menggunakan Hukum Pascal, Rumus, dan Contoh Soal