Benda yang tercelup dalam zat cair dapat memiliki tiga kemungkinan kedudukan yaitu tenggelam, melayang, atau terapung. Volume benda yang tercelup adalah bagian benda yang berada dalam zat cair. Cara menghitungya menggunakan hukum Archimedes.
Volume benda yang tercelup saat benda tenggalam dan melayang sama dengan volume benda. Sementara saat benda terapung, sebagian volume benda tercelup dalam zat cair dan sebagian lainnya berada di permukaan air. Besar volume di dalam zat cair dan di atas permukaan perlu dihitung.
Penjelasan lebih detail mengenai volume benda yang tercelup dalam zat cair (fluida) ada di bawah.
Daftar isi:
- 3 Kedudukan Benda dalam Zat Cair
- Cara Menghitung Volume Benda yang Tercelup
- Contoh Soal dan Pembahasan
Baca Juga: Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-Hari
3 Kedudukan Benda dalam Zat Cair
Benda di dalam zat cair memiliki tekanan gaya ke atas (FA). Konsep ini dijelaskan melalui Hukum Archimedes. Besar tekanan gaya ke atas sama dengan perkalian antara massa jenis fluida (ρc),percepatan gravitasi (g), dan volume fluida yang berpindah (Vc).
Rumus Gaya ke Atas
FA = ρ × g × V
Keterangan:
FA = gaya ke atas (N)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
V = volume zat cair yang berpindah (V)
Tiga kedudukan benda dalam zat cair dapat dilihat dari besar gaya ke atas (FA) dengan berat benda (w = m × g).
- Terapung → gaya ke atas lebih besar dari berat benda (FA > w)
- Melayang → gaya ke atas sama dengan berat benda (FA = w)
- Tenggelam → gaya ke atas lebih kecil dari berat benda (FA < w)
Benda dalam zat cair memiliki berat w dan mengalami gaya ke atas FA. Massa jenis benda adalah ρB dan massa jenis fluida (zat cair) adalah ρB. Akan ada tiga kedudukan benda dalam fluida yang sesuai dengan gambar berikut.
Besar gaya ke atas ini sama dengan selisih antara berat benda saat di udara dengan berat benda saat dalam zat cair (fluida). Misalkan berat benda di udara adalah wu dan berat benda dalam fluida adalah wA, maka FA = wu – wA.
Cara Menghitung Volume Benda yang Tercelup
Sebuah benda memiliki volume V dan massa benda m. Misalkan volume benda yang berada di permukaan zat cair (volume benda di udara) adalah VU. Maka volume benda yang tercelup dalam zat cair adalah VA = V – VU (VA = volume zat cair yang berpindah karena adanya gaya tekanan ke atas).
Untuk besar volume benda yang berada di dalam zat cair VA dan besar ke atas adalah FA. Maka persamaan gaya ke atasnya adalah FA = ρ × g × VA.
Rumus volume benda yang tercelup:
Keterangan:
VA = volume benda yang tercelup (volume di dalam zat cair)
FA = gaya ke atas
ρc = massa jenis zat cair
g = percepatan gravitasi
Contoh cara menghitung volume yang tercelup di dalam air ada penyelesain soal di bawah.
Soal:
Sebuah benda di udara memiliki berat 20 N. Saat di dalam air, berat benda adalah 10 N. Diketahui bahwa massa jenis adalah 1.000 kg/m3. Tentukan volume benda yang tercelup dalam air!
Jawab:
Dari soal diketahui beberapa nilai berikut.
- Berat benda di udara: wu = 20 N
- Berat benda di air: wA = 10 N
- Massa jenis air: ρC = 1.000 kg/m3
Besar gaya ke atas yang dialami benda:
FA = wu – wA
FA = 20 N – 10 N = 10 N
Menghitung volume benda yang tercelup:
Jadi, volume benda yang tercelup dalam air adalah 10–3 m3.
Contoh Soal dan Pembahasan
Pembahasan soal volume benda yang tercelup ada di bawah.
Contoh 1 – Massa jenis benda tersebut adalah …
Benda terapung pada zat cair dengan data seperti tertera pada gambar.
Massa jenis benda tersebut adalah ….
A. 800 kg/m3
B. 750 kg/m3
C. 720 kg/m3
D. 150 kg/m3
Pembahasan:
Dari soal diketahui beberapa nilai berikut.
- Volume benda di dalam air:
VA = 500 mL = 0,5 liter
VA = 0,5 dm3 = 0,5 × 10–3 m3 - Total Volume Benda:
V = 600 mL = 0,6 liter
V = 0,6 dm3 = 0,6 × 10–3 m3 - Massa jenis zat cair: ρA = 900 kg/m3
Menghitung massa benda:
ρc × g × VA = w
900 × g × 0,5 × 10–3 = m × g
m = 900 × 0,5 × 10–3 = 0,45 kg
Menghitung massa jenis benda:
Jadi, massa jenis benda tersebut adalah 750 kg/m3.
Jawaban: B
Contoh 2 – Volume benda yang tidak tercelup
Sebuah benda dimasukkan ke dalam air (ρair = 1 gr/cm3). Ternyata 25% dari volume benda muncul di atas permukaan air (gambar 1).
Kemudian benda tersebut dicelupkan ke dalam minyak yang massa jenisnya 0,9 gram/cm3 (gambar 2). Volume benda yang berada di atas permukaan minyak adalah … bagian. (g = 10 m/s2)
A. 1/2
B. 1/6
C. 1/4
D. 3/4
E. 5/6
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.
- Massa jenis air: ρair = 1 gr/cm3
- Volume benda di udara: VU1 = 25/100V = 1/4V
- Volume benda di air: VA1 = V – 1/4V = 3/4V
- Massa jenis minyak: ρminyak = 0,9 gr/cm3
- Gaya gravitasi: g = 10 m/s2
Saat benda mengapung berlaku persamaan:
ρbenda × Vbenda = ρzat cair × Vtercelup
Sehingga massa jenis benda dapat dihitung dengan cara berikut.
Misalkan volume benda yang tercelup dalam minyak adalah VA2. Maka:
ρminyak × g × VA2 = ρbenda × g × Vbenda
0,9 × VA2 = 0,75 × V
Diperoleh volume benda yang tercelup di dalam minyak adalah VA2 = 5/6V. Jadi, volume benda yang berada di atas permukaan minyak adalah V – 5/6V = 1/6V = 1/6 bagian.
Jawaban: B
Contoh 3 – Massa balok adalah …
Sebuah balok plastik homogen mengapung di suatu bejana air. Seperlima bagian balok berada di atas permukaan air. Jika volume balok V dan massa air sebanyak V tersebut adalah 12 gram maka massa balok adalah …. (massa jenis air = 1 gram/cm3)
A. 9,2 gram
B. 9,4 gram
C. 9,6 gram
D. 9,8 gram
E. 10,0 gram
Pembahasan:
Dari soal diketahui nilai-nilai berikut.
- Volume balok di permukaan: VU = 1/5V
- Total volume balok: Vbalok = V
- Volume air: Vair = V
- Volume benda di dalam air: VA = V – 1/5V = 4/5V
- Massa air sebanyak V tersebut: mAir = 12 gram
- Massa jenis air: ρAir = 1 gr/cm3
Menghitung massa balok (mBalok):
ρAir · VTercelup = ρBenda · Vbenda
Jadi, massa balok tersebut adalah 9,6 kg.
Jawaban: C
Sekian ulasan cara menghitung volume benda yang tercelup dan contoh soalnya. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.
Baca Juga: Tekanan Hidrostatik dan Tekanan Benda Padat
