Hukum Archimedes

Hukum Archimedes mengatakan bahwa "Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut".


Rumus Prinsip Hukum Archimedes

FA=ρ.g.V

Keterangan : 
FA = Tekanan Archimedes  = N/M²

ρ = Massa Jenis Zat Cair   = Kg/M³

g = Gravitasi                    = N/Kg

V = Volume Benda Tercelup = M³

Contoh Soal : 

Sebuah Benda dicelupkan ke air yang massa jenisnya 100 Kg/m3. Volume benda yang tercelup 1.5 M³

. Jika berat benda adalah 500N, berapakah gaya ke atas yang dialami benda?

Jawab:

Diketahui :

ρ = 1000 Kg/M³

g = 9.8 N/Kg

V = 1.5 M³

Ditanyakan:

FA?

Jawab : 

FA = ρ.g.V

FA = 1000 Kg/m3.9,8 N/kg.1,5 M³

FA = 14.700 N/M²

Jadi, gaya ke atas yang dialami benda adalah 14.700 N/M²

Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga.

- Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya =0 dan benda

melayang .

- Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang

- Bila FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam

Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapatmassa cairan sama dengan rapat rapat massa benda.

Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gayatotal ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam.

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami duagaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.

• Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)

lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

ρb X Vb X g > ρa X Va X g

ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

• Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)

sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtot

rc . g (V1+V2+V3+V4+…..)  =  W1 + W2 + W3 + W4 +…..

• Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w)

lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus

tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > W

rc . Vb . g  >  rb . Vb . g

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn =  FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = W

rc . Vb2 . g  =  rb . Vb . g

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.

Vb2 =    Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb = Vb1 + Vb 2

FA’  =  rc . Vb2 . g

Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan

Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :

1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.

2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.

3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.

Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam penyelaman. Selama

bergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutral

bouyancy.

Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?

a. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

(miskonsepsi).

b. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah)

c. Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah)

d. Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah).

e. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).

f. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda

(miskonsepsi).

Tambahan

Mengapa Telur Tenggelam Dalam Air Biasa?

Pada saat telur tenggelam dalam air, berlakulah HUKUM ARCHIMEDES…”Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.”

Mengapa Telur Tenggelam Dalam Air Biasa?  Sesuai dengan Hukum Archimedes mengenai prinsip TENGGELAM, maka telur tenggelam dalam air biasa disebabkan karena :

- W telur > Fa

(berat telur > gaya ke atas oleh air)

- S telur > S zat cair

(berat jenis telur > berat jenis zat cair)

dimana rumus berat jenis :

S = massa jenis x gravitasi

Supaya telur tersebut tidak tenggelam, kita dapat menambahkan garam pada air tersebut. Sehingga menyebabkan W telur < Fa dan S telur < S air.

Mengapa Kapal baja bisa mengapung di-Air, padahal BJ baja 7.85 tom/m3 dan BJ air 1 ton/m3?

Karena berat baja per luasannya masih lebih kecil dari air.

Bagaimana Penerapan Hukum Archimedes ?

Pada kapal selam dimana kapal dapat melayang( tidak tenggelam tdak juga   mengapung). Karena F archimedes = F benda

F archmedes = V benda x massa jenis air x gravitasi.

sebagai percobaan ambil wadah bening di isi air putih lalu masukan 1 butir telur, yang terjadi telur akan tenggelam, lalu coba dalam wadah itu masukan garam.. hingga telur mengapung. ini dikarenakan perbedaan massa jenis air garam dengan benda.

karena massa jenis air laut umumnya sama maka berat kapal selam sudah didisain sedemikian rupa agar kapal bisa melayang.

Mengapa Kapal Yang Berat Terapung tetapi batu yang kecil tenggelam?

Semua ini berkaitan dengan daya apungan, misalnya apabila kita mencampak sesuatu ke dalam air ia akan menolak & mengantikan kandungan air.

Misalnya apabila kita masukkan sebiji bola tenis ke dalam kolah, air sebanyak bola tennis akan melimpah keluar.

Jika berat air yang digantikan lebih berat daripada berat bola tennis, bola berkenaan akan terapung. Jika bola berkenaan dipenuhi dengan logam berbanding dengan udara, ia akan menjadi lebih berat daripada kandungan yang digantikan dengan air dan ia akan terapung.

Manusia yang menemui teori ini adalah ahli matematik Greek, Archimedes yang terkenal sebagai bapa apungan yang menemui teori itu semasa dalam kolah mandi.

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa daya tujah ke atas yang bertindak pada sesuatu jasad yang tenggelam atau separa tenggelam adalah sama dengan berat cecair yang disesarkan oleh jasad tersebut.

Aplikasi daya tersebut dalam kehidupan harian adalah kapal laut, kapal selam dan belon udara. Sebuah kapal selam akan terapung pada permukaan lautan jika tanki keapungannya diisi dengan udara. Ini adalah kerana daya tujah ke atas bertindak pada kapal selam melebihi beratnya. Apabila tangki keapungannya diisi dengan air, kapal tersebut akan tenggelam dalam laut kerana daya tujah yang bertindak ke atasnya kurang daripada beratnya.

Aplikasi Hukum Archimedes

1.      Balon udara

Prinsip kerja:

Gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Fa = ρ_ƒ. V_bƒ. gDengan ρ_ƒ adalah massa jenis udara. Balon menggunakan prinsip yang sama dengan kapal laut.
Hanya saja, karena kita menginginkan balon naik ke udara dan melayang pada ketinggian tertentu, maka yang dilakukan adalah mengisi balon sehingga berat udara yang dipindahkan lebih berat dari berat balon.
Hingga kemudian mencapai titik ketinggian yang diinginkan. Untuk mencapai hal tersebut, prinsip kimia mengajarkan kita tentang mengisi balon dengan gas yang massa molekulnya lebih kecil dari massa rata-rata di udara atau dengan gas panas. Tidak semua gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika ada pertimbangan harga dan keselamatan. Beberapa di antaranya adalah gas Hidrogen(H₂) dan Helium (He).

2.      Kapal selam

Prinsip kerja:

Kapal selam di desain memiliki tanki balast (trim), Tanki balast berfungsi menyimpan udara dan air, letaknya berbeda beda tergantung biro desain yang merancangnya.  Ketika kapal selam siap untuk menyelam, katup-katup besar yang dikenal sebagai “kingstons”, yang terletak di dasar tangki balas, dibuka untuk membiarkannya masuk ke laut.Udara di dalam tangki keluar melalui katup-katup pada bagian atas, yang dikenal sebagai “lubang-lubang angin”. Kapal selamitu masuk ke dalam air

Ketika kapal selam siap untuk muncul ke permukaan, lubang-lubang angin ditutup dan tekanan udara didorong masuk ke dalam tangki-tangki. Hal ini meniup air kembali melalui kingstons, dankapal selam itu pun naik.

3.      Galangan kapal

prinsip kerja

Hampir sama dengan kapal laut. Pertama-tama galangan kapal diisi dengan air laut, kemudian ditempatkan tepat dibawah kapal laut, lalu air nya disedot dan galangan kapal naik ke atas dan muncul ke purmukaan air. Akhirnya air disekeliling kapal hilang dan kapal siap di perbaiki. Setelah kapal diperbaiki galangan kapal diisi kembali oleh air laut dan mulai tenggelam. Dan kapal siap kembali ke laut.

4.      Jembatan ponton

Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Drum-drum itu biasanya terbuatdari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun.  Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air

5.      Hidrometer

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Biasanya alat ini digunakan oleh usaha setrum accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu sudah tidak bisa digunakan maka harus diukur dengan hidrometer. Cara menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan nilai massa jenis dari zat cair tersebut.

Prinsip kerja

Hidrometer merupakan sebuah alat ukur besaran turunan yang menjadi salah astu aplikasi dari Hukum Archimedes yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Sebuah benda dalam fluida (zat cair atau gas) mengalami gaya dari semua arah yang dikerjakan oleh fluida di sekitarnya. Hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas seberat zat cair yang dipindahkan oleh benda itu. Prinsip kerja Hidrometer menggunakan Hukum Archimedes. Nilai massa jenis suatu zat cair dapat diketahui dengan membaca skala pada Hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair.

Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Nilai massa jenis suatu zat cai dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair. Hidrometer terbuat dari tabung kaca. Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbale. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hydrometer lebih besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. Tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam massa jenis zat cair) menghasilkan perbahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam zat cair. Ini berarti perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas.