Cara Menghitung Volume Benda yang Tercelup

By | November 30, 2020

Posisi benda yang tercelup dalam zat cair dapat tenggelam, melayang, atau terapung. Benda dikatakan tenggelam jika seluruh bagian benda berada di dasar wadah berisi zat cair. Benda dikatakan melayang jika posisi benda berada di tengah wadah berisi zat cair. Sedangkan benda terapung memiliki bagian benda yang tercelup dalam zat cair dan bagian volume benda yang lainnya berada di atas permukaan zat cair. Cara menghitung volume benda yang tercelup dalam zat cair dapat menggunakan hukum Archimedes.

Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan adanya gaya ke atas (FA) pada benda yang berada di dalam zat cair. Besar gaya ke atas ini dipengaruhi oleh nilai massa jenis zat cair (ρ), gaya gravitasi (g), dan besar volume benda dalam zat cair (V). Posisi benda di dalam zat cair dipengaruhi oleh nilai gaya ke atas dan berat benda yang berada di dalam zat cair. Berat benda (w) dalam besaran fisika dihitung dari perkalian massa benda dengan gravitasi, w = m × g. Jika gaya ke atas sama dengan berat benda (FA = w) maka benda akan melayang. Sedangkan jika gaya ke atas lebih kecil dari berat benda (FA < w) maka benda akan tenggelam. Benda dengan posisi terapung memiliki besar gaya ke atas yang lebih besar dari berat benda (FA > w). Selain besar nilai gaya ke atas (FA) dan berat benda (w), posisi benda dalam zat cair/fluida juga dipengaruhi oleh massa jenis benda (ρB) dan massa jenis fluida (ρf).

Posisi Benda dalam Zat Cair atau Fluida

Benda dengan posisi terapung, sebagian volume benda berada di dalam zat cair dan sebagian volume sisanya berada di atas permukaan zat cair. Bagaimana cara menghitung besar volume benda yang berada di atas permukaan zat cair? Bagaimana cara menghitung volume benda yang tercelup dalam zat cair? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

Baca Juga: Apa Itu Massa Jenis (ρ)?

Volume Benda

Volume benda beraturan dapat dihitung menggunakan perkalian ukuran sisi-sisinya. Misalnya sebuah balok berbentuk kubus dengan ukuran sisinya sama dengan 6 cm. Volume kubus tersebut adalah 216 cm3, nilainya sama dengan 0,216 dm3 atau 0,216 liter.

Contoh lainnya, misalnya benda berbentuk bola dengan jari-jarinya adalah 6 cm. Besar volume bola tersebut adalah VBola = 4/3πr34/3 × 3,14 × 63 = 904,32 cm3 atau sama dengan 0,90432 liter.

Bagaimana cara menghitung volume benda yang tidak beraturan, misalnya batu dengan bentuk yang tidak beraturan? Salah satu cara mudah untuk mengetahui volume benda yang tidak beraturan adalah dengan memasukkan batu tersebut ke dalam gelas ukur berisi air.

Cara Menghitung Volume Benda Tidak Beraturan

Misalnya, sebuah batu dengan bentuk tidak beraturan dimasukkan ke dalam gelas ukur yang berisi 100 mililiter air. Setelah batu dimasukkan, volume air naik ke ukuran 300 mililiter. Kesimpulannya, batu tersebut memiliki besar volume sama dengan 300 mililiter – 100 mililiter = 200 mililiter atau sama dengan 0,2 liter.

Baca Juga: Satuan Volume dan Cara Melakukan Konversi Satuan Volume

Hukum Archimedes dan Berat Benda

Semua benda yang berada di dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas dipengaruhi oleh massa jenis zat cair (ρ), gaya gravitasi (g), dan volume (V) benda yang tercelup. Kesimpulan gaya ke atas terdapat pada hukum Archimedes yang berbunyi “Sebagian atau seluruh benda yang berada di dalam zat cair akan mendapat gaya tekan yang mengarah ke atas yang besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda tersebut”.

Secara matematis, hukum Archimedes diberikan seperti persamaan berikut.

Rumus Hukum Archimedes

Sebagai contoh, perhatikan soal cara menghitung gaya atas yang bekerja pada benda terapung berikut.

Contoh: Bagian benda dengan volume 100 m3 yang tercelup ke dalam air tawar adalah 72 m3. Diketaui besar percepatan gravitasi sama dengan g = 10 m/s2 dan massa jenis air sama dengan 1.000 kg/m³, besar gaya tekanan ke atas yang dialami benda adalah .…

Penyelesaian:

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

  • Total volume benda: V = 100 m3
  • Volume benda yang tercelup dalam air: VA = 72 m³
  • Volume benda yang berada di atas permukaan air: VU = 100 – 72 = 28 m³
  • Percepatan gravitasi: g = 10 m/s²
  • Massa jenis zat cair: ρ = 1.000 kg/m³

Menghitung gaya ke atas yang bekerja pada benda (Hukum Archimedes):
FA = ρ · g · VA
FA = 1.000 × 10 × 72
FA = 720.000 N
FA = 7,2 × 105 N

Jadi, besar gaya angkat ke atas yg dialami benda adalah 7,2 × 105 N.

Selain penerapan rumus untuk menyelesaikan permasalahan di atas, hukum Archimedes juga dapat digunakan dalam cara menghitung volume benda yang tercelup dalam zat air. Sebelumnya, ingat kembali bahwa benda di dalam air dapat tenggelam, melayang, atau terapung. Posisi tersebut bergantung pada besar nilai gaya ke atas (FA) yang bekerja pada benda dan berat benda (w).

Cara Menghitung Volume Benda Tercelup dalam Zat Cair

Benda terapung terjadi saat nilai gaya ke atas FA lebih besar dari berat benda w. Jika sebagian benda tercelup ke dalam air dan sebagian lainya berada di atas permukaan air maka besar gaya ke atas sama dengan berat benda yang tercelup ke dalam air. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis seperti persamaan berikut.

Rumus Volume Benda yang Tercelup

Dengan demikian, sobat idschool dapat mengetahui besar volume benda yang tercelup di dalam air.

Baca Juga: Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-Hari

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk mengukur pemahaman terkait bahasan di atas. Keberhasilan mengerjakan soal dapat menjadi salah satu penilaian bahwa sobat idschool sudah memahami bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasan. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat berlatih!

Contoh 1 – Soal Mencari Volume Benda yang Tercelup

Benda terapung pada zat cair dengan data seperti tertera pada gambar.

Contoh Soal Benda Tercelup Zat Cair

Massa jenis benda tersebut adalah ….
A. 800 kg/m3
B. 750 kg/m3
C. 720 kg/m3
D. 150 kg/m3

Pembahasan:

Berdasarkan informasi yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

  • Volume benda yang tercelup di dalam air: VA = 500 mL
  • Total Volume Benda: V = 600 mL
  • Massa jenis zat cair: ρA = 900 kg/m³

Menghitung massa jenis benda (ρX):

Penggunaa Rumus Hukum Archimedes

Jadi, massa jenis benda tersebut adalah 750 kg/m3.

Jawaban: B

Contoh 2 – Soal Volume Benda yang Tercelup

Contoh Soal Cara Menghitung Volume Benda yang Tercelup Zat Cair

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

  • massa jenis air: ρair = 1 gr/cm3
  • volume benda yang muncul dalam permukaan: VU = 25/100V = 1/4V
  • volume benda yang tercelup dalam air: VA = V – 1/4 V = 3/4V
  • massa jenis minyak: ρminyak = 0,9 gr/cm3
  • gaya gravitasi: g = 10 m/s2

Menghitung massa jenis benda (ρBenda):

ρBenda·VBenda = ρair · Vbenda tercelup air
ρBenda · V = 1 · 3/4V
ρBenda · V = 3/4V

ρBenda = 3/4 gr/cm3

Menghitung volume benda yang tercelup dalam minyak:

ρBenda·VBenda = ρminyak · Vtercelup minyak

3/4V = 0,9 · Vtercelup minyak

Vtercelup minyak = 3/4V : 0,9

Vtercelup minyak = 3/4V × 10/9

Vtercelup minyak = 30/36V

Vtercelup minyak = 5/6V

Jadi, volume benda yang berada di atas permukaan minyak adalah V – 5/6V = 1/6V (1/6 bagian).

Jawaban: B

Contoh 3 – Soal Menghitung Permukaan

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:

Berdasarkan keterangan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi berikut.

  • volume balok yang berada di permukaan: VU = 1/5V
  • total volume balok: Vbalok = V
  • Volume air: Vair = V
  • volume balok yang tercelup 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):

Pembahasan Soal Menghitung Volume Benda yang Tercelup

Jadi, massa balok tersebut adalah 9,6 kg.

Jawaban: C

Demikianlah tadi ulasan materi cara menghitung volume benda yang tercelup dengan hukum Archimedes. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Baca Juga: Tekanan Hidrostatik dan Tekanan Benda Padat

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.