Hukum Archimedes – IPA SMP/MTs Kelas 8

Pendahuluan

Pernahkah kalian masuk ke dalam bak mandi dengan air penuh ? Ketika kita masuk kedalam bak mandi, kita akan merasakan gaya dorong keatas yang menyebabkan berat badan kita menjadi lebih ringan.

Demikian juga pada saat kita berjalan atau berlari di dalam air, kita tentunya akan merasakan bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan jika kita melangkah di tempat biasa.

Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan ini memunculkan sebuah hukum yang dikenal Hukum  Archimedes . Sesuai dengan  tokoh yang menemukan hukum tersebut yaitu  Archimedes

Archimedes dari Syracusa (sekitar 287 SM – 212 SM). Ia adalah ahli matematika dan penemu dari Yunani yang terkenal.[1] Ia belajar di kota Alexandria, Mesir. Pada waktu itu yang menjadi raja di Sirakusa   adalah Hieron II, sahabat Archimedes.

Archimedes sendiri adalah seorang matematikawan, astronom, filsuf, fisikawan, dan insinyur berbangsa Yunani. Ia dibunuh oleh seorang prajurit Romawi pada penjarahan kota Syracusa, meskipun ada perintah dari jendral Romawi, Marcellus bahwa ia tak boleh dilukai.

Sebagian sejarahwan matematika memandang Archimedes sebagai salah satu matematikawan terbesar sejarah, mungkin bersama-sama Newton dan Gauss.

Hukum Archimedes

Pernahkah kalian memasukkan benda ke dalam air ? Apa yang dialami oleh tangan kita ketika memegang benda yang dimasukan ke dalam air ? Kalian akan bisa menjawab pertanyaan tersebut setelah mempelajari materi berikut ini .

Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam zat cair maka benda tersebut akan mendapatkan gaya yang arahnya ke atas yang disebut gaya apung. Gaya apung ini mempunyai nilai yang sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.

Hal ini sesuai dengan bunyi Hukum Archimedes “Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”

Akibat adanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akan berkurang. Benda yang diangkat dalam zat cair akan terasa lebih ringan dibandingkan jika diangkat di darat. Jadi, telah jelas bahwa berat benda seakan berkurang bila benda dimasukkan ke dalam air. Hal itu karena adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda.

Dengan demikian maka resultan gaya antara gaya berat dengan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Selanjutnya berat disebut dengan berat semu yaitu berat benda tidak sebenarnya karena benda berada dalam zat cair. Benda dalam air diberi simbol W_S.

Hubungan antara berat benda di udara (W), gaya ke atas (F_a) dan berat semu (W_s) adalah :

dengan:
w_s = berat benda dalam zat cair (kg.m/s² = N)
w = berat benda sebenarnya (kg.m/s²  = N)
F_a = gaya apung (N)

dan besarnya gaya apung (F_a) dirumuskan sebagai berikut :

Contoh 1

Sebuah batu dengan volume 1 m³ tercelup seluruhnya kedalam air dengan massa jenis 1000 kg/m³. Jika percepatan gravitasi bumi = 10 m/s², Berapa besar gaya apung yang dialami oleh benda ?

Contoh 2

Sebuah benda mempunyai berat 70 N ketika dimasukkan ke dalam air beratnya menjadi 40 N. Berapa gaya ke atas yang dialami oleh benda tersebut ?

Benda Dalam Hukum Archimedes

Nah, kalian sudah memahami tentang pengertian dari hukum Archimedes. Lalu, pernahkah kalian memasukkan benda ke dalam air dan benda tersebut tenggelam ? Pernahkah kalian memasukkan juga benda-benda lain dan benda-benda tersebut terapung ? melayang di dalam air ? Semua kejadian yang kalian lakukan tersebut berkaitan erat dengan hukum Archimedes juga.

Mengapa sebuah benda jika dimasukkan ke dalam zat cair bisa tenggelam ? melayang ? atau terapung ? Kalian akan bisa menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut setelah mengikuti kegiatan berikut ini.
Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.

1. Benda Tenggelam

Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada  dasar tempat zat cair berada.

Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :

w = gaya berat benda
F_a = gaya archimedes
N = gaya normal bidang
Dalam keadaan seimbang maka w = N + F_a  sehingga :

2. Benda Melayang

Benda melayang dalam zat cair apabila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada.

Pada benda melayang terdapat dua gaya yaitu: F_a dan w. Dalam keadaan seimbang maka :

3. Benda Terapung

Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul dipermukaan zat cair dan sebagian terbenam

Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu :F_a dan w. Dalam keadaan seimbang maka :

Contoh soal :

Sebuah gabus dimasukkan dalam air ternyata 75% volume gabus tercelup dalam air. Maka berapa massa jenis gabus tersebut jika massa jenis air 1 gr/ cm³ ?

Penerapan Hukum Archimedes

Tahukah kalian alat-alat apa saja yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Archimedes ? Dapatkah kalian menjelaskan prinsip kerja alat-alat tersebut ?

1. Kapal laut
2. Kapal selam
3. Balon Udara
4. Kran otomatis

.Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.

a. Kapal Laut

Tahukah kalian mengapa Kapal laut yang terbuat dari baja dapat terapung? Padahal kapal laut dari baja atau besi memiliki massa jenis lebih besar dari pada massa jenis air laut. Mengapa bisa terapung yah? Karena gaya angkat ke atas pada kapal sebanding dengan berat kapal. Kapal laut memiliki bentuk yang berongga supaya volume air yang dapat dipindahkan lebih besar sehingga gaya angkat ke atasnya lebih besar pula.

b. Kapal Selam

Pada kapal selam terdapat tangki yang jika di darat ia terisi udara sehingga ia dapat mengapung di permukaan air. Ketika kapal dimasukkan ke dalam air, tangki ini akan terisi air sehingga kapal dapat menyelam.

c. Balon Udara

Tahukah kalian mengapa balon udara dapat terbang? Udara termasuk jenis fluida. Balon udara berisi gas. Gas memiliki massa jenis yang lebih kecil dari pada udara sekitar sehingga balon tersebut dapat terangkat atau naik ke atas.

d. Kran Otomatis Pada Penampungan Air

Jika di rumah kita menggunakan mesin pompa air, maka dapat kita lihat bahwa tangki penampungnya harus diletakkan pada ketinggian tertentu. Tujuannya adalah agar diperoleh tekanan besar untuk mengalirkan air. Dalam tangki tersebut terdapat pelampung yang berfungsi sebagai kran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga ia akan bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Ketika air kosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkan air. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampung akan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis kran tertutup.