CATATAN BELAJAR HUKUM ARCHIMEDES

Daftar Isi:

1. Hukum Archimedes
2. Konsep Gaya Apung
3. Cara Menghitung Gaya Apung dari Bagian Volume Benda yang Tercelup
4. Cara Menghitung Gaya Apung dari Selisih Berat Benda di Udara dan di dalam Zat Cair
5. Syarat Benda Terapung, Melayang, dan Tenggelam
6. Cara Menghitung Massa Jenis Benda yang Terapung
7. Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
8. Contoh Soal Hukum Archimedes dan Penyelesaiannya
9. Latihan Soal Hukum Archimedes

1.   Hukum Archimedes

Hukum Archimedes ditemukan ketika Archimedes diminta untuk memecahkan masalah dari Raja di Syracuse, bernama Raja Hieron II. Archimedes diminta oleh sahabatnya tersebut untuk memastikan bahwa mahkota barunya terbuat dari emas murni tanpa merusaknya.

Akhirnya, masalah ini terpecahkan ketika Archimedes masuk ke dalam bak mandi. Beliau menyadari bahwa ada sebagian air yang tumpah, dan banyaknya air yang tumpah tersebut sama dengan berat badannya yang masuk ke dalam bak mandi. Dan kejadian ajaib terjadi, Bapak Archimedes langsung berlarian dalam keadaan telanjang sambil berteriak “Eureka (Aku menemukannya)!”. Selanjutnya, hal tersebut dikenal dengan Hukum Archimedes yang berbunyi:

Bunyi Hukum Archimedes

2.   Konsep Gaya Apung

Ketika kamu masuk ke dalam kolam renang yang tentunya berisi air, kamu akan merasakan tubuh lebih ringan. Hal ini dikarenakan ada gaya ke atas yang mendorong tubuhmu. Gaya ke atas yang dirasakan ini merupakan gaya apung. 

Gambar ilustrasi gelas berpancuran berisi air

 Sebuah gelas berpancuran berisi suatu zat cair seperti pada gambar di atas. Jika kamu memasukkan sebuah telur ke dalam gelas berpancuran, maka akan ada zat cair yang tumpah atau mengucur karena volume telur mengisi atau menggantikan ruang zat cair di gelas berpancuran tersebut. Dengan kata lain, air yang mengucur ini volumenya sama dengan volume dari bagian telur yang tercelup.

Volume air yang dipindahkan sebesar 10 mL

Dari volume zat cair yang mengucur itu kita dapat mengetahui besar dari gaya apung yang bekerja pada telur. Dengan kata lain, gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan. Karenanya, untuk memperbesar gaya apung (massa benda dibuat tetap) dapat dilakukan dengan cara memperbesar volume benda tersebut.

 

3.  Cara Menghitung Gaya Apung dari Bagian Volume Benda yang Tercelup

Berdasarkan Hukum Archimedes, gaya apung benda tercelup sama besarnya dengan berat zat cair yang dipindahkan. Jika diilustrasikan sama dengan gambar berikut:

Besar gaya apung = berat zat cair yang dipindahkan

Berat zat cair yang berpindah (mengucur) ke gelas ukur merupakan besar dari gaya apung. Berat airnya bisa diukur dengan menggunakan neraca digital atau neraca analog. Bagaimana jika tidak ada neraca? Berat zat cair tersebut bisa diketahui dari nilai volume zat cair yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup di dalam air (V_BC). Secara matematis, dituliskan seperti ini:

Rumus gaya apung berdasarkan berat zat cair yang dipindahkan

4.   Cara Menghitung Gaya Apung dari Selisih Berat Benda di Udara dan di dalam Zat Cair

Gaya apung suatu benda dapat diketahui dengan cara menghitung selisih berat benda yang diukur di udara dan berat benda diukur di dalam zat cair. Berat benda bisa diukur dengan menggunakan neraca pegas. Kurang lebih seperti ini ilustrasinya:

Besar gaya apung berdasarkan berat benda di udara dan di dalam zat cair

Ketika benda diukur di udara (w_u) dan diukur di dalam zat cair (w_zc), beratnya berkurang. Berat yang hilang ini merupakan gaya angkat ke atas atau gaya apung yang dirasakan oleh benda tersebut. Berdasarkan gambar ilustrasi di atas, besarnya gaya apung adalah 0,1 N. Secara matematis, gaya apung dengan cara ini dituliskan sebagai berikut:

Rumus gaya apung berdasarkan pengukuran berat benda di udara dan di dalam zat cair

5.   Syarat Benda Terapung, Melayang, dan Tenggelam

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam zat cair, benda tersebut akan mengalami salah satu dari 3 keadaan berikut, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Keadaan ini berkaitan dengan massa jenis antara benda dan zat cair yang digunakan. Syarat keadaan terapung, melayang, dan tenggelam, yaitu:

1)    Terapung

Keadaan terapung adalah keadaan ketika ada bagian benda yang muncul ke permukaan zat cair atau berada di atas permukaan zat cair meskipun hanya sedikit.

Syarat benda terapung

 Syarat benda terapung adalah jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

2)    Melayang

Keadaan melayang adalah keadaan ketika seluruh bagian benda berada di dalam permukaan zat cair, namun tidak mencapai dasar wadah tempat menampung zat cair tersebut.

Syarat benda melayang

Syarat benda melayang adalah jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair. 

3)    Tenggelam

Keadaan tenggelam adalah keadaan ketika seluruh bagian benda berada di dalam permukaan zat cair dan mencapai dasar wadah tempat menampung zat cair tersebut.

Syarat benda tenggelam

Syarat benda tenggelam adalah jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair.

 

6.   Cara Menghitung Massa Jenis Benda yang Terapung

Jika suatu benda yang tidak diketahui massa jenisnya, kemudian dicelupkan ke dalam suatu zat cair yang diketahui massa jenisnya. Jika benda tersebut terapung di dalam zat cair itu, maka cara menghitung massa jenis bendanya adalah seperti ini:

Ilustrasi es terapung

Ketika benda diam terapung di suatu zat cair, resultan gaya luar benda sistem tersebut adalah 0 (nol). Secara sistematis, dituliskan seperti ini:

Rumus mencari massa jenis benda yang terapung di dalam zat cair (yang diketahui massa jenisnya)

Dari persamaan di atas, dapat digunakan untuk mencari massa jenis benda dengan syarat massa jenis zat cair diketahui. Begitu juga sebaliknya, dapat digunakan untuk menghitung massa jenis zat cair jika massa jenis benda diketahui.

 

7.   Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari, Hukum Archimedes memiliki peran yang penting khususnya dalam alat transportasi massal. Beberapa contoh teknologi yang menerapakan Hukum Archimedes, yaitu:

1)   Kapal Laut

Kapal laut dan jenis-jenis kapal lainnya memanfaatkan Hukum Archimedes. Kapal dibentuk memiliki lambung kapal yang luas (sebagian besar berisi udara) agar volume kapal jauh lebih besar dibandingkan massa total kapal tersebut. Sehingga kapal mendapat gaya apung lebih yang cukup besar. Namun jika massa total kapal bertambah, yang artinya massa jenis total kapal pun bertambah besar. Jika seluruh bagian rongga atau ruang udara terisi penuh, misalnya terjadi kebocoran dan sampai pada titik dimana massa jenisnya lebih besar dari massa jenis air laut, maka kapal akan tenggelam ke dasar. Pada saat ini, gaya apung yang bekerja pada kapal laut lebih kecil dibandingkan berat total kapal laut.

2)   Kapal Selam

Kapal selam dirancang khusus agar dapat terapung, melayang, dan tenggelam bergantung pada kebutuhan. Di dalam kapal selam terdapat ruang kosong disebut tangki pemberat pada bagian lambungnya. Kapal selam akan diisi air untuk menambah massa total kapal selam sehingga massa jenisnya bertambah pula dan kapal dapat melayang atau tenggelam. Sebaliknya, air pada lambung kapal selam harus dibuang untuk mengurangi massa jenisnya sampai mencapai angka tertentu sehingga dapat terapung. 

3)   Galangan Kapal

4)   Jembatan Ponton

5) Balon Udara

8.   Contoh Soal Hukum Archimedes dan Penyelesaiannya

1)    Sebuah benda terapung di dalam suatu zat cair. Sebesar 60% bagian dari volume benda berada di dalam zat cair tersebut. Jika massa jenis zat cair adalah 0,8 g/cm³, maka besar massa jenis benda tersebut adalah....

Penyelesaian contoh soal nomor 1

2)    Sebuah telur ditimbang di udara beratnya adalah. Ketika dimasukkan ke dalam air beratnya menjadi. Berapakah besar gaya apung yang diterima telur?

Gambar ilustrasi contoh soal Hukum Archimedes

Penyelesaian contoh soal nomor 2

9.   Latihan Soal Hukum Archimedes

1) Sebuah telur dimasukkan ke dalam gelas pancuran berisi air berada dalam keadaan melayang. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan volume air yang tumpah adalah 40 ml, maka besar gaya angkat ke atas yang dialami telur tersebut adalah....

Ilustrasi latihan soal gaya apung

2)  Tiga buah kubus yang volumenya sama dimasukkan ke dalam wadah berisi air seperti gif di bawah ini. Urutkan massa jenis kubus dari yang terbesar hingga terkecil!

Ilustrasi latihan soal terapung, melayang, dan tenggelam

Silakan tulis jawabannya di kolom komentar ya و( ᐛ )و

  Sekian catatan belajar materi Hukum Archimedes. Semoga bermanfaat (و •̀ ᴗ•́ )و