IPA

Bunyi Hukum Archimedes – Contoh Soal, Rumus, Penerapan, Pengertian

Salah satu hukum paling terkenal di dunia adalah hukum Archimedes. Hukum ini pada dasarnya menjelaskan tentang reaksi yang timbul karena suatu benda yang jatuh ke dalam air.

Nama hukum Archimedes sendiri diambil dari nama sang penemunya, yaitu Archimedes. Berikut ini informasi dan ulasan lengkap mengenai hukum Archimedes.

Pengertian Hukum Archimedes

Pengertian hukum Archimedes merupakan sebuah hukum yang menjelaskan serta membuktikan tentang adanya tiga teori tentang sebuah bukti dari suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair. Ketiga teori tersebut, yaitu:

  1. Benda akan tenggelam

Jika massa jenis benda yang tercelup ke dalam fluida lebih besar dari massa jenis fluida tersebut (pb>pc), maka yang terjadi adalah benda tersebut akan tenggelam ke dasar bejana. Dengan ini maka rumus yang berlaku, yaitu;

FA = Wu –Wc

Keterangan:

  • FA = gaya apung (N)
  • Wu = berat benda di udara/ berat sebenarnya (N)
  • Wc = berat benda dalam zat cair
  • (N) g = gravitasi (m/s2) Wu > Wc

Karena berat benda merupakan hasil kali dari massa dan gravitasi, maka hasil akhir akan diperoleh rumus sebagai berikut;

Pc.Vb = mu – mc

Keterangan:

  • Pc = massa jenis zat cair (kg/m3)
  • Mu = massa benda di udara (kg)
  • Mc = massa seolah-olah benda dalam zat cair (kg)
  • Vb = volume benda (m3)
  1. Benda akan melayang

Benda akan dapat melayang di atas fluida apabila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair (pb = pc). Benda melayang akan berada di antara permukaan zat cair dan dasar bejana. Dikarenakan massa jenis benda dan zat cair sama, maka rumus yang berlaku yaitu;

FA = pb.Vb.g  =pb.Vb.g

Keterangan:

  • FA = gaya apung
  • (N) PC = massa jenis zat cair (kg/m3)
  • pb = massa jenis benda ( kg/m3)
  • Vb = volume benda (m3)
  • G = gravitasi (m/s2)
  1. Benda akan terapung

Benda akan mengapung jika massa jenis benda yang dicelupkan ke dalam fluida tersebut memiliki massa jenis yang lebih kecil daripada massa jenis zat cairnya (pb<pc).

Pada saat benda dalam keadaan terapung, maka hanya sebagian volume benda saja yang tercelup ke dalam zat cair tersebut, sementara sebagiannya lagi dalam keadaan mengapung.

Volume total benda akan menjadi sama jumlah dari volume benda yang tercelup, ditambah dengan volume benda yang mengapung.

Vb = V’ + V”FA = pc.V”.g

Keterangan:

  • V’ = volume benda yang terapung (m3)
  • V” = volume benda yang tercelup (m3)
  • Vb = volume benda keseluruhan (m3)
  • FA = gaya apung
  • (N) pc = massa jenis zat cair (kg/m3)
  • G = gravitasi (m/S2)

Jika sistem dalam keadaan seimbang, maka berlaku rumus sebagai berikut;

>FA = W

>pc.V”.g = pb.Vb.g pc.V” = pb.Vb

Keterangan = pb = massa jenis benda (kg/m3)

 

Sejarah Tentang Archimedes – Sang Pencetus Hukum Archimedes

Archimedes merupakan seorang yang multitalenta sekaligus jenius. Beliau tidak hanya dikenal sebagai seorang ilmuwan, tapi jua matematikawan, anstronomer dan juga insinyur. Tidak jelas pasti kapan tanggal lahir dan beliau wafat, namun banyak sejarah yang menuliskan bahwa beliau hidup di dunia ini sekitar tahun 287 hingga 212 sebelum Masehi.

Ketenaran seorang Archimedes ini berawal ketika beliau diperintahkan oleh raja Yunani untuk menentukan apakah emas yang dijadikan bahan untuk membuat mahkota raja asli atau palsu. Yang menjadi tantangan bagi Archimedes adalah dalam melakukan pembuktian tersebut, beliau tidak boleh sampai merusak mahkota raja tersebut.

Uniknya, beliau akhirnya bisa memecahkan permasalahan tantangan raja tersebut dan menemukan metode untuk menentukan volume suatu objek yang memiliki bentuk yang tidak rata (irregular) adalah ketika saat mandi.

Pada saat itu, beliau sedang berendam di bak mandinya, kemudian menyadari bahwa ketinggian air pada bak mandinya bertambah seiring dengan beliau memasukkan diri ke dalam air. Dari pengalaman itulah, kemudian Archimedes menyadari adanya efek yang dapat digunakan untuk menentukan volume mahkota raja yang harus beliau pecahkan.

Air dianggap fluida. Sementara fluida sendiri tidak mungkin mampat. Oleh sebab itu, maka jika mahkota dicelupkan ke air, maka akan memindahkan volume air sebanyak volume mahkota tersebut. Dengan membagi massa mahkota dengan volume air yang dipindahkan, maka didapatkan hasil bahwa massa jenis mahkota tersebut lebih ringan dari massa jenis air.

Massa jenis emas lebih besar dari massa jenis perak. Tidak hanya itu, nilainya pun sudah diketahui sebelumnya. Alhasil, beliau akhirnya dapat memecahkan masalah tersebut sekaligus membuktikan bahwa mahkota raja tersebut memang benar telah dicampur dengan perak.

 

Bunyi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes berbunyi bahwa setiap benda yang tercelup ke dalam fluida (zat cair), baik tercelup keseluruhan maupun sebagian saja, maka benda tersebut sudah dipastikan akan mendapatkan dorongan gaya tekan ke atas.

Dalam hal ini gaya tersebut dinamakan dengan gaya apung. Besarnya gaya apung yang diterima oleh benda yang mengapung tersebut nilainya akan sama dengan berat zat air yang didesak oleh benda tersebut. Apabila dirumuskan, maka hasilnya akan menjadi seperti ini:

“Besarnya gaya apung pada sebuah benda yang terendam di dalam zat cair mempunyai berat yang sama dengan zat cair yang terbuang ke luar pada saat benda tersebut terendam.”

Selain itu, benda yang mengapung di atas air tersebut juga akan memiliki arah gaya yang bertolak belakang, yaitu dari arah gaya berat ke bawah ke arah gaya apung ke atas.

 

Rumus Hukum Archimedes

Gaya tekan ke atas yang dialami benda dapat dirumuskan sebagai berikut;

F = Vb Sc

F = Vb pc g

Sementara rumus berat benda dalam zat cair, yaitu:

w’ = w – F

Keterangan:

  • F = gaya tekan ke atas yang dimiliki oleh zat cair (N atau dn)
  • Vb = volume benda ( m3 atau cm3)
  • Sc = berat jenis zat cair (N/m3 atau dn/cm3)
  • Pc = massa jenis zat cair (kg/m3 atau g/cm3)
  • G = percepatan gravitasi (m/s2 atau dn/cm3)
  • w’ = berat benda dalam zat cair (N atau dn)
  • w = berat benda di di udara ( N atau dn)

 

Penerapan Hukum Archimedes

Inti dari hukum Archimedes adalah menjelaskan mengapa suatu benda yang tercelup ke dalam air dapat melayang, mengapung dan tenggelam.

Selain gaya apung, hukum fisika ini juga diterapkan dalam menentukan massa jenis suatu benda padat yang diterapkan pada stabilitas hidrostatik kapal yang sedang mengapung di permukaan air.

Contoh penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari, yaitu;

  1. Penerapan hukum Archimedes dalam kasus balon udara

Pernahkah kamu berfikir mengapa balon udara bisa terbang? Jawabannya ternyata bisa dijelaskan dengan hukum Archimedes, yaitu udara termasuk jenis fluida.

Balon udara yang terisi oleh gas memiliki massa jenis yang lebih kecil dari pada udara di sekitar, maka balon tersebut akan mendapat tekanan yang kemudian menyebabkannya bisa naik ke atas.

  1. Penerapan hukum Archimedes dalam kasus kapal laut

Kapal laut terbuat dari baja. Itulah mengapa kapal tersebut dapat mengapung di atas air laut. Seseorang yang kritis akan bertanya, mengapa demikian? Padahal kapal laut yang terbuat dari baja tersebut memiliki massa jenis yang sangat besar, bahkan lebih besar dari pada massa jenis air laut.

Penjelasannya adalah karena gaya angkat atau gaya tekan ke atas yang dimiliki oleh kapal tersebut sebanding dengan berat kapal.

Selain itu, kapal laut juga memiliki bentuk yang berongga. Hal tersebut dimaksudkan agar volume air yang dapat dipindahkan lebih besar. Dengan begitu, maka gaya angkat ke atas yang dimiliki kapal laut akan lebih besar juga.

  1. Penerapan hukum Archimedes dalam kasus jembatan poton

Jembatan poton adalah jembatan yang dibuat dari sekumpulan drum kosong yang mengapung di atas air dan diatur sedemikian rupa sehingga dapat menyerupai sebuah jembatan.

Agar dapat mengapung, drum tersebut harus dalam keadaan kosong dan tertutup rapat. Hal ini bertujuan agar udara yang terdapat di dalam drum tidak akan keluar. Dengan begitu, maka air tidak akan masuk ke dalam drum.

Jembatan poton disebut juga dengan jembatan apung, karena jembatan yang terbuat dari drum kosong ini memang mengapung di atas air.

  1. Penerapan hukum Archimedes dalam kasus hydrometer

Hukum Archimedes juga diterapkan untuk mengukur massa jenis zat cair dengan hydrometer. Hydrometer berbentuk tabung yang memiliki ruang udara dan pemberat, sehingga akan membuat benda ini menjadi terapung tegak dan stabil seketika.

 

Contoh Soal Hukum Archimedes

Berikut ini beberapa contoh soal fisika yang berkaitan dengan hukum Archimedes beserta jawabannya;

  1. Sebuah balok kayu yang memiliki volume 12 m3 sedang terapung di atas minyak yang memiliki massa jenis sebesar 7.500 N/m3. Apabila 1/3 dari balok kayu tersebut muncul di permukaan minyak, maka berapakah gaya tekan ke atas yang dimiliki oleh balok kayu tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

Vb = 12 m3

Volume yang tercelup = V1 = 1/3 bagian

1/3 x 12 m3 = 4 m3

Sc = 7.500 N/m3

Ditanya: Fa = …?

Jawaban:

Fa = V1pg

= V1Sc

= 4 m3 x 7.500 N/m3

= 30.000 N

Jadi, gaya tekan ke atas yang dimiliki oleh balok kayu adalah sebesar 30.000 Newton.

 

  1. Sebuah benda dimasukkan ke dalam air, kemudian benda tersebut dalam keadaan melayang. Volume benda tersebut adalah 400 cm3, lalu berapakah gaya apung yang dialami oleh benda tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

  • Vb = 4 x 10-4 m
  • Pc = 103 kg/m3

Jawaban:

FA = pc.Vb.g

FA = 103. (4 X10-4) (10)

FA = 4 N

 

Pengaruh Massa Jenis pada Peristiwa Tenggelam, Melayang, dan Terapung

  1. Peristiwa benda yang tenggelam

Benda akan tenggelam jika berat benda lebih besar daripada berat zat cair yang dipindahkan. Karena benda tersebut tercelup seluruhnya, maka volume benda akan sama dengan volume zat cair yang dipindahkan tersebut. Jika demikian, maka massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair

Dengan begitu, maka dapat disimpulkan jika benda akan tenggelam apabila massa jenisnya lebih besar dari massa jenis zat cair.

  1. Peristiwa benda yang melayang

Benda akan melayang jika berat benda sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Karena benda tercelup seluruhnya, maka volume benda akan menjadi sama dengan volume air yang dipindahkan. Karena memiliki massa dan volume adalah sama, maka massa jenis benda dan massa jenis zat cair juga sama.

Intinya adalah benda akan melayang di dalam air jika massa jenisnya sama dengan massa jenis zat cair.

  1. Peristiwa benda yang terapung

Jika benda tidak mengandung ruang kosong di dalamnya, maka berat benda tersebut sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Berat benda tergantung pada massa benda dan percepatan gravitasi. Karena sama itulah, maka massa benda akan sama dengan massa zat cair yang dipindahkan.

Sementara jika benda terapung, maka volume benda pasti lebih besar daripada volume zat cair yang dipindahkan.

Untuk dua zat yang memiliki massa jenis sama, namun volumenya berbeda, maka zat yang volumenya lebih besar pasti memiliki massa jenis yang lebih kecil. Dalam peristiwa benda yang terapung dalam teori hukum Archimedes berlaku bahwa benda akan terapung hanya jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

 

Percobaan Hukum Archimedes

Berikut ini beberapa contoh percobaan hukum Archimedes yang akan membuktikan konsep benda akan tenggelam, terapung dan melayang jika dicelupkan ke dalam air, yaitu:

Alat dan Bahan

  1. Toples atau botol air mineral berukuran 1 liter. Jika menggunakan botol, maka potong bagian atasnya. Tujuannya adalah agar dapat dimasukkan benda dengan mudah saat melakukan percobaan.
  2. Telur yang masih mentah. Telur yang digunakan bisa telur ayam, telur bebek, atau telur dari hewan ternak lainnya yang memiliki ukuran yang sama. Telur yang memenuhi syarat adalah telur yang normal, masih mental dan tidak busuk atau rusak. Jika telur tersebut tidak memenuhi syarat tersebut, maka akan sangat mempengaruhi hasil percobaan hukum Archimedes ini.
  3. Air tawar biasa secukupnya saja. Tidak boleh menggunakan air asin atau air laut, karena di dalam percobaan ini nantinya akan menambahkan garam pada air tawar ini.
  4. Garam dapur secukupnya. Garam yang memenuhi kriteria adalah garam yang mudah larut di dalam air. Sebaliknya, jika menggunakan garam yang kasar atau yang masih berbentuk, maka percobaan ini akan membutuhkan waktu yang lebih lama.

Langkah Kerja Percobaan Telur Dalam Hukum Archimedes

  1. Siapkan semua alat dan bahan
  2. Masukkan air ke dalam toples atau botol bekas yang telah disiapkan. Isi air sekitar ¼ takaran dari jumlah ruang botol yang tidak terisi air. Hindari melakukan pengisian penuh ke dalam botol.
  3. Langkah pembuktian teori hukum Archimedes benda tenggelam, yaitu dengan masukkan telur mentah ke dalam toples yang telah terisi dengan air tawar tanpa garam. Langkah ini jika kamu amati akan menghasilkan keadaan telur yang tenggelam ke dasar toples. Kenapa bisa demikian? Karena massa jenis telur lebih besar daripada massa jenis zat cair.
  4. Langkah pembuktian teori hukum Archimedes benda melayang, yaitu dengan memasukkan garam ke dalam air sedikit demi sedikit secara perlahan, kemudian disusul dengan memasukkan telur ke dalam toples yang berisi air dan garam tersebut. Tak lama kemudian, kamu pasti akan melihat telur tersebut melayang di tengah-tengah toples atau botol.
  5. Langkah pembuktian teori hukum Archimedes benda terapung sangat mudah, yaitu, dengan menambahkan garam dan telur ke dalam air. Telur atau benda yang dimasukkan ke dalam air akan terapung jika massa jenis benda (telur) lebih kecil daripada massa jenis air.

Untuk pembuktian teori hukum Archimedes benda melayang, garamnya dimasukkan secara perlahan dengan penuh kehati-hatian dan jangan sampai berlebihan, karena jika berlebihan, maka benda akan terapung. Teorinya, agar telur menjadi melayang, maka kamu harus bisa mengimbangi jumlah massa jenis air dengan massa jenis telur.

Apabila percobaan yang kamu lakukan menjadi terapung, lakukan penambahan massa jenisnya sampai massa jenis air sama dengan massa jenis telur.

 

Demikianlah ilmu pengetahuan serta uraian tentang hukum Archimedes.

Semoga dapat membantu kamu dalam belajar ilmu pengetahuan, terutama ilmu fisika serta dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari!

Sumber:

loading...

Leave a Reply