Penerapan, Bunyi, Rumus, Contoh Soal Dan Pengertian Hukum Archimedes Menurut Para Ahli
Pernahkah kalian melihat kapal laut ? Apabila pernah, Coba bayangkan. Kapal yang massanya sangat besar tidak tenggelam, padahal sebuah batu yang ukurannya kecil dan terasa ringan bisa tenggelam. Aneh khan ? Kenapa bisa demikian ? Jawabannya sangat mudah seandainya kalian memahami konsep pengapungan dan prinsip Archimedes.
Pada kans ini kita akan belajar untuk memahami apa sebenarnya prinsip archimedes. Semoga setelah mempelajari pokok bahasan ini kita dengan mudah menjelaskan segala permasalahan berhubungan dengan prinsip archimedes, termasuk alasan kenapa kapal yang massanya besar tidak tenggelam.
Aturan Archimedes ialah salah satu aturan fisika yang masih berhubungan dengan tekanan hidrostatis. Aturan Archimedes membahas seputar gaya apung atau gaya ke atas dan gaya berat suatu benda terhadap fluida ztau zat cair daerah benda itu berada.
Bagaimana asal mula penemuan kreatif aturan Archimedes ?
Arcimedes ialah seorang insinyur dan ilmuwan berkebangsaan Italia yang hidup pada 2 abad sebelum masehi. Pada ketika itu raja memerintahkan Arcimedes untuk melakukan penelusuran apakah mahkota yang diaplikasikan raja terbuat dari logam autentik atau logam palsu dengan persyaratan tidak merusak mahkota hal yang demikian.
Archimedes memperoleh ide ketika sedang berendam. Saat Archimedes masuk ke dalam bak air untuk berendam ada sebagian air yang keluar dari bak daerah ia berendam. Dari situlah Archimedes memperoleh ide lalu berteriak “eureka” yang artinya saya menemukan. Untuk mengekspresikan kegembiraannya Arhimedes segera berlari keluar rumah tanpa memakai sehelai kainpun yang menutupi tubuhnya.
Archimedes membuat rumusan bahwa “seandainya segala atau sebagian permukaan benda dimasukkan atau dicelupkan ke dalam suatu zat cair maka benda hal yang demikian akan mengalami suatu gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang dipindahkannya” pernyataan hal yang demikian kemudian dikenal dengan bunyi aturan Archimedes.
Gaya Apung
Sebelum membahas prinsip Archimedes lebih jauh, saya mau mengajak kalian untuk melakukan tes kecil-kecilan berikut ini. Silahkan cari sebuah batu yang ukurannya agak besar, lalu angkat batu hal yang demikian. Apakah batu hal yang demikian terasa berat ? nah, sekarang coba masukan batu ke dalam air (masukan batu ke dalam air laut atau air kolam atau air yang ada dalam sebuah wadah, misalnya ember). Kali ini batu diangkat dalam air. Bagaimana berat batu hal yang demikian ? apakah batu terasa lebih ringan ketika diangkat dalam air atau ketika tidak diangkat dalam air ? agar bisa menjawab pertanyaan dengan benar, sebaiknya kalian melakukan tes hal yang demikian terlebih dahulu.
Untuk memperoleh hasil tes yang lebih jitu, kalian bisa melakukan tes dengan menimbang batu memakai timbangan pegas. Timbanglah batu di udara terlebih dahulu. Catat berat batu hal yang demikian. Berikutnya, masukan batu ke dalam sebuah wadah yang berisi air, lalu timbang lagi batu hal yang demikian. Bandingkan manakah berat batu yang lebih besar, ketika batu ditimbang di dalam air atau ketika batu ditimbang di udara ?
Saat kalian menimbang batu di dalam air, berat batu yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingi dengan ketika kalian menimbang batu di udara (tidak di dalam air). Massa batu yang terukur pada timbangan lebih kecil sebab ada gaya apung yang menekan batu ke atas. Efek yang sama akan dirasakan ketika kita mengangkat benda apapun dalam air. Batu atau benda apapun akan terasa lebih ringan seandainya diangkat dalam air. Imbas ini bukan berarti bahwa sebagian batu atau benda yang diangkat sirna sehingga berat batu menjadi lebih kecil, tapi sebab adanya gaya apung. Arah gaya apung ke atas, alias searah dengan gaya angkat yang kita berikan pada batu hal yang demikian sehingga batu atau benda apapun yang diangkat di dalam air terasa lebih ringan.
Kian bunyi aturan Archimedes hal yang demikian maka ketika suatu benda dimasukkan ke dalam suatu zat cair, benda hal yang demikian mungkin akan terapung atau berada di atas permukaan zat cair. Benda juga dimungkinkan akan melayang ialah berada ditengah-tengah zat cair atau benda akan tenggelam ialah berada di dasar zat cair. Kapan dan kenapa benda bisa terapung, melayang dan tenggelam ? berikut urainanya :
- Benda akan terapung seandainya massa macam benda yang dimasukan kedalam air lebih kecil dari massa macam zat cairnya
- Benda akan melayang seandainya massa macam benda yang dimasukan kedalam air sama dengan massa macam zat cairnya
- Benda akan tenggelam seandainya massa macam benda yang dimasukan kedalam air lebih besar dari pada massa macam zat cairnya.
Fpegas = gaya pegas, w = gaya berat batu, F1 = gaya yang diberi fluida pada bagian atas batu, F2 = gaya yang diberi fluida pada bagian bawah batu, Fapung = gaya apung.
Fapung ialah gaya sempurna yang diberi fluida pada batu (Fapung = F2-F1). Arah gaya apung (Fapung) ke atas, sebab gaya yang diberi fluida pada bagian bawah batu (F2) lebih besar daripada gaya yang diberi fluida pada bagian atas batu (F1). Imbas ini dikarenakan tekanan fluida pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan fluida pada bagian atas batu.
Prinsip Archimedes
Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke dalam fluida seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam fluida hal yang demikian. kalian mungkin susah mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Imbas ini disebabkan sebab adanya gaya apung sebagaimana telah diterangkan sebelumnya. Gaya apung terjadi sebab adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. tekanan fluida bertambah terhadap kedalaman. Momen dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida hal yang demikian. Saat sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida pada bagian bawah benda. Fluida yang berlokasi pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda. (observasi gambar di bawah).
Saat suatu benda dimasukkan ke dalam air, rupanya beratnya seolah-olah berkurang. Kian ini tentu bukan berarti ada massa benda yang sirna, tapi disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Seorang pakar Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan metode memasukkan dirinya pada bak mandi. Aturan, ia memperoleh hasil, ialah beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (Fa). gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air. Persamaan Aturan Archimedes Fa = Wu–Wa dengan: Fa = gaya apung atau gaya ke atas (N), Wu = gaya berat benda di udara (N), Wa = gaya berat benda di dalam air (N)
Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda hal yang demikian. Momen besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Aturan Archimedes yang menyuarakan bahwa seandainya suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, bagus sebagian atau seluruhnya, benda akan memperoleh gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda hal yang demikian. Saat matematis ditulis Fa = wf, Apabila wf = mf.g dan mf = Pf .V maka Fa = Pf .V.g dengan: Fa = gaya apung (N), Pf = massa macam zat cair (kg/m3), V = volume zat cair yang didesak atau volume benda yang tercelup (m3), g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s2).
Mengapung, melayang, dan tenggelam
Benda di dalam zat cair bisa berada pada tiga situasi, ialah mengapung, melayang, dan tenggelam. Umumnya benda di dalam air bisa disimpulkan sebagai berikut.
a. Benda terapung seandainya massa macam benda lebih kecil dari massa macam zat cair. Fa < W b. Benda melayang seandainya massa macam benda sama besar dengan massa macam zat cair. Fa = W c. Benda tenggelam seandainya massa macam benda lebih besar dari massa macam zat cair. Fa >W
Keterangan: Fa = gaya apung (N), W = gaya berat benda di dalam air (N)
Teknologi yang memanfaatkan prinsip aturan Archimedes
a. Kapal Selam
Kapal Selam
Kapal selam ialah kapal laut yang bisa berada dalam tiga situasi, ialah mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga situasi ini bisa dicapai dengan metode mengontrol banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam. Pada badan kapal selam terdapat bagian yang bisa diisi udara dan air. Saat kapal selam mau terapung maka bagian hal yang demikian sepatutnya berisi udara. Saat akan melayang, udaranya dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai situasi melayang. Apabila mau tenggelam maka airnya sepatutnya lebih diperbanyak lagi.
b. Hidrometer
Hidrometer
Hidrometer ialah alat untuk mengevaluasi massa macam zat cair. Berdasarkan alat ini diaplikasikan oleh usaha setrum accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu telah tidak bisa diaplikasikan maka sepatutnya diukur dengan hidrometer. Apabila memakai alat ini ialah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, diamati skala permukaan zat cair dan poin itulah yang ialah poin massa macam dari zat cair hal yang demikian.
c. Jembatan Ponton
Jembatan Ponton
Di pelabuhan kamu bisa melihat jembatan yang terbuat dari drum-drum besar yang mengapung di atas air. Jembatan ini disebut jembatan ponton. Drum-drum itu biasanya terbuat dari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa macam zat cair.
d. Balon Udara
Balon Udara
Balon udara ialah pemakaian prinsip Archimedes di udara. Balon udara sepatutnya diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa macam udara atmosfer sehingga balon udara bisa terbang sebab memperoleh gaya ke atas, misalnya diisi udara yang dipanaskan.terlihat sebuah benda melayang di dalam air. Fluida yang berada dibagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berlokasi pada bagian atas benda. Imbas ini disebabkan sebab fluida yang berada di bawah benda memiliki kedalaman yang lebih besar daripada fluida yang berada di atas benda (h2 > h1).
Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h2 ialah :
Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h1 ialah :
F2 = gaya yang diberi oleh fluida pada bagian bawah benda, F1 = gaya yang diberi oleh fluida pada bagian atas benda, A = luas permukaan benda
Selisih antara F2 dan F1 ialah gaya sempurna yang diberi oleh fluida pada benda, yang kita kenal dengan istilah gaya apung. Besarnya gaya apung ialah :
Keterangan :
Apabila
(persamaan massa macam)
Saat persamaan yang menyuarakan besarnya gaya apung (Fapung) di atas bisa kita tulis menjadi :
mFg = wF = berat fluida yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang tercelup. Usul persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Ingat bahwa yang ditujukan dengan fluida yang dipindahkan di sini ialah volume fluida yang sama dengan volume benda yang tercelup dalam fluida. Pada gambar di atas, kita memakai ilustrasi di mana segala bagian benda tercelup dalam fluida (air). Apabila diucapkan dalam gambar maka akan terlihat sebagai berikut :
Setelah benda yang dimasukkan ke dalam fluida, terapung, di mana bagian benda yang tercelup cuma sebagian maka volume fluida yang dipindahkan = volume bagian benda yang tercelup dalam fluida hal yang demikian. Apabila peduli apapun benda dan bagaimana wujud benda hal yang demikian, semuanya akan mengalami hal yang sama. Ini ialah buah karya Archimedes yang ketika ini diturunkan terhadap kita dan lebih dikenal dengan julukan “Prinsip Archimedes”. Prinsip Archimedes menyuarakan bahwa :
Saat sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.
Dirimu bisa menggambarkan prinsip Archimedes dengan melakukan tes kecil-kecilan berikut. air ke dalam sebuah wadah Usahakan sampai meluap sehingga ember hal yang demikian benar-benar penuh terisi air. itu, silahkan masukan sebuah benda ke dalam air. benda dimasukan ke dalam air, maka sebagian air akan tumpah.
Baca Juga : Hukum OHM : Contoh Soal, Bunyi, Rangkaian, Penemu Dan Grafik
Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air hal yang demikian. Apabila segala bagian benda tercelup dalam air, maka volume air yang tumpah = volume benda hal yang demikian. seandainya benda cuma tercelup sebagian, maka volume air yang tumpah = volume dari bagian benda yang tercelup dalam air Besarnya gaya apung yang diberi oleh air pada benda = berat air yang tumpah (berat air yang tumpah = w = mairg = massa macam air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air.
