Home / Fisika / hukum archimedes

Hukum Archimedes

  • 9 min read
Loading...

Penulis : Lidya Ari Paramitha FMIPA UM / Guru Fisika

Pengertian Hukum Archimedes

Hukum archimedes – Pernahkah Anda berenang? Bagi yang bisa berenang maupun belum bisa berenang, ketika awal Anda terjun ke dalam air, lama-kelamaan akan muncul menuju ke permukaan air, bahkan tanpa Anda bergerak sekali pun, apa yang terjadi dengan tubuh Anda?

Pernahkah Anda bermain bola yang berisi udara, misalnya bola basket, lalu Anda masukkan ke dalam air? Tangan Anda akan terasa berat ketika Anda menekan bola tersebut masuk ke dalam air, apa yang terjadi ketika bola tersebut Anda lepaskan?

Disisi lain, apakah Anda pernah mengamati kapal layar, kapal pesiar, atau kapal selam? Apa yang menyebabkan kapal-kapal tersebut dapat berada di permukaan air dan di dalam air?

Bagaimana proses terjadinya ketiga peristiwa tersebut? Ketiga peristiwa tersebut merupakan aplikasi fluida statis, yaitu sistem pada zat alir (zat cair/gas) pada kondisi stabil/setimbang/ diam/tidak mengalir, mari kita bahas bersama, semangat.

Tokoh Archimedes

Loading...
src="https://bacaboy.com/wp-content/uploads/2020/04/word-image-530.png" alt="Archimedes " srcset="https://bacaboy.com/wp-content/uploads/2020/04/word-image-530.png 321w, https://bacaboy.com/wp-content/uploads/2020/04/word-image-530-244x300.png 244w" sizes="(max-width: 321px) 100vw, 321px" />
Gambar 1. Archimedes

Archimedes (287-212 SM) merupakan ilmuwan matematika, fisika, astronomi, filsafat, dan insinyur berbangsa Yunani yang dilahirkan di Syracuse (Sisilia), Italia. Ketika muda, beliau menimba ilmu di Alexandria, Mesir. Beliau adalah keponakan Raja Hiero II.

Archimedes banyak menemukan prinsip/hukum/sistem yang bermanfaat di bidang fisika, misalnya pengungkit, pengapungan, pesawat sederhana berupa sekrup (memindah air) dan katrol (mengangkat benda-benda besar), cermin dari perisai prajurit, serta cakar/derek untuk menenggelamkan kapal musuh.

Archimedes dikenal namanya ketika beliau membantu Raja Hiero II memeriksa mahkotanya terbuat dari emas murni seluruhnya atau ada percampuran tambahan perak atau jenis logam lainnya. Beliau mendapat inspirasi ketika berendam dalam bak mandi, ketika masuk ke dalam bak mandi airnya tumpah sebanding dengan besar tubuhnya.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Gaya Apung/Angkat

Beliau menghitung massa jenis atau kerapatan mahkota dan membandingkannya dengan massa mahkota dan volume air yang dipindahkan. Jika massa jenis mahkota lebih kecil daripada massa jenis emas murni, maka pembuat mahkota berlaku curang.

Berdasarkan percobaan Archimedes, dapat ditarik kesimpulan, Jika sebuah benda dicelupkan sebagian/seluruhnya ke dalam zat cair, maka akan mendapat gaya ke atas seberat fluida yang dipindahkan.

Rumus

wu= wf + FA

FA= ρf. Vf. g

Keterangan:

wu: berat benda di udara (N)

wf: berat benda di fluida (N)

FA: gaya ke atas/gaya apung/gaya Archimedes (N)

Vb: Volume benda (m3)

Vm: Volume benda yang muncul di permukaan fluida (m3)

Vf: Volume benda yang tercelup di dalam fluida (m3)

Vb= Vm + Vf

gambar 1 archimedes

Massa Jenis

Pernahkan Anda melihat tubuh seseorang dapat terapung di laut mati? Laut mati terletak di negara Palestina, Israel, dan Yordania. Laut mati memiliki kadar garam tertinggi di seluruh dunia.

Hal yang dapat membuat tubuh seseorang terapung di laut mati karena terdapat perbedaan massa jenis. Massa jenis (density) atau kerapatan suatu benda merupakan massa suatu benda dibagi volume benda.

Massa jenis setiap benda berbeda bergantung zat/partikel penyusunnya. Perbedaan massa jenis dua benda/zat dicampurkan dapat membuat perbedaan lapisan, misalnya minyak goreng dan air.

Massa jenis minyak goreng 600 kg/m3 dan air bermassa jenis 1000 kg/m3. Jika kedua zat dicampurkan, zat yang memiliki massa jenis lebih kecil akan berada di atas permukaan zat yang memiliki massa jenis lebih besar.

Jadi, minyak goreng akan berada di atas air jika keduanya disatukan. Berikut persamaan matematis massa jenis suatu benda/zat.

ρ= m/V

Keterangan:

ρ: massa jenis benda/zat (kg/m3)

m: massa benda/zat (kg)

V: volume benda/zat (m3)

Temukan pula keajaiban Alloh Subhanahu Wata’ala yang telah dijelaskan di Al-Qur’an pada fenomena dua jenis air laut yang tidak dapat menyatu karena memiliki perbedaan massa jenis. Terbukti bahwa ilmu Sains berkaitan erat dengan ilmu agama.

Selat Giblatar
Gambar 2. Selat Giblatar. Sumber: Instagram/@surayasulatin

(Pertemuan air laut Samudera Atlantik dan Mediterania)

Fenomena Halocline di Selat Madura
(Gambar 3. Fenomena Halocline di Selat Madura. Sumber: Suara.com/Achmad Ali)

(Perbedaan massa jenis yang disebabkan perbedaan kadar garam)

Kondisi Benda

Ketika benda berada di fluida, maka akan mengalami tiga kondisi, yaitu:

1) Terapung bagian benda ada yang sebagian muncul di permukaan fluida dan tercelup di dalam fluida. Benda ketika muncul di permukaan fluida dalam posisi diam/setimbang.

gambar 2 archimedes

Ciri:

  • ρf > ρb (Massa jenis fluida lebih besar dari massa jenis benda)
  • Vf ≠ Vb (Volume benda yang tercelup di dalam fluida tidak sama besarnya dengan volume benda)
  • FA = w (Gaya apung besarnya sama dengan besarnya gaya berat benda)

Peristiwa tersebut dapat dianalisis menggunakan H. I Newton

Loading...

∑Fy = 0

FA = w

(fluida) (benda)

ρf. Vf. g = mb. g

ρf. Vf = mb

Cara cepat dalam penyelesaian soal H. Archimedes:

ρf. Vf = ρb. Vb

2) Melayang : bagian benda seluruhnya tercelup di dalam fluida, namun benda tidak menempel di dasar wadah.

gambar 3 archimedes

Ciri:

  • ρf = ρb (Massa jenis fluida besarnya sama dengan massa jenis benda)
  • Vf = Vb (Volume benda yang tercelup di dalam fluida besarnya sama dengan volume benda)
  • FA = w (Gaya apung besarnya sama dengan besarnya gaya berat benda)

3) Tenggelam bagian benda seluruhnya tercelup di dalam fluida dan benda menempel di dasar wadah.

Ciri:

  1. ρf < ρb (Massa jenis fluida lebih kecil dari massa jenis benda)
  2. Vf = Vb (Volume benda yang tercelup di dalam fluida besarnya sama dengan volume benda)
  3. FA < w (Gaya apung besarnya lebih kecil dari besarnya gaya berat benda)

Dokumentasi Praktikum H. Archimedes di SMA Islam Lumajang, Jawa Timur:

5
6

(Gambar 4. Menimbang benda di fluida. Gambar 5. Menimbang besarnya gaya apung. Sumber: dokumen pribadi)

Telur terapung tampak dari samping. Gambar
 Telur terapung tampak dari atas.

( Gambar 6. Telur terapung tampak dari samping. Gambar 7. Telur terapung tampak dari atas. Sumber: dokumen pribadi)

Telur melayang tampak dari samping
Telur tenggelam tampak dari samping

( Gambar 8. Telur melayang tampak dari samping. Gambar 9. Telur tenggelam tampak dari samping. Sumber: dokumen pribadi)

Penerapan di Kehidupan Sehari-hari

Aplikasi atau penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari- hari antara lain:

  1. Jembatan Ponton jembatan darurat yang terdiri atas drum-drum/tong-tong kosong yang dirangkai dan diapungkan di atas fluida, bisa dilewati kendaraan.
  2. Galangan Kapal tempat untuk perbaikan kapal. Ketika galangan kapal berisi penuh air, kapal laut dapat masuk ke dalam galangan kapal. Air dalam galangan kapal dikeluarkan, sehingga kapal laut dapat diperbaiki.
  3. Kapal Selam Bagian belakang kapal khusus diisi udara agar dapat mengapung, jika ingin menyelam maka sebagian udara dikeluarkan dan ditambah fluida di dalamnya, sedangkan jika ingin tenggelam maka bagian belakang kapal diisi udara seluruhnya.
  4. Kapal Laut kapal yang terbuat dari besi/baja yang dapat mengapung di fluida. Massa jenis bahan lebih besar dari massa jenis air laut, tetapi kapal laut dapat mengapung karena badan kapal dibuat berongga agar volume air yang dipindahkan lebih besar, gaya Archimedes besar pula, sehingga menyebabkan kapal laut mengapung.
  5. Balon Udara balon berisi gas helium yang dapat naik ke udara. Massa jenis udara di dalam balon lebih kecil dari massa jenis udara luar, sehingga balon udara dapat terangkat karena berat udara yang dipindahkan sama dengan gaya ke atas pada balon udara.
  6. Hidrometer mengukur massa jenis zat cair apabila dicelupkan di dalam fluida.

Contoh Soal Latihan

1. Sebuah benda bermassa 500 gram memiliki volume 100 cm3. Tentukan massa jenis benda dalam satuan SI.

Diketahui:

m= 500 g

V= 100 cm3

Ditanya: ρ?

Jawab:

ρ= m/V= 500 g/100 cm3= 5 g/cm3= 5000 kg/m3

2. Sebuah balok kayu ditimbang di udara memiliki berat 5 N. Jika balok tersebut ditimbang dalam suatu sat cair, maka beratnya menjadi 3 N. Tentukan besar gaya apung yang bekerja pada balok tersebut.

Diketahui:

wu= 5 N

wf= 3 N

Ditanya: FA?

Jawab:

wu= wf + FA

5 = 3 + FA

FA = 5 – 3 = 2 N

3. Sebuah ban dalam mobil digunakan sebagai pelampung. Jika massa ban 2 kg dan volumenya 5.10-2 m3, massa jenis air 1000 kg/m3, maka tentukan massa maksimum seseorang yang dapat terangkat oleh ban tersebut.

Diketahui:

mban= 2 kg;

Vban= Vf = 5.10-2 m3;

ρa= 1000 kg/m3

gambar 5 archimedes

 

Jadi, massa maksimum seseorang yang dapat terangkat oleh ban adalah 48 kg.

Daftar Pustaka

  • Rifky. 2012. Mengapa Hukum Archimedes menjadi sebuah Penemuan Besar. (Online), (http://rifkymedia.wordpress.com/author/rifkymedia), diakses 2 April 2020.
  • Rachmad. 2018. Laut Mati. (Online), (http://id.m.wikipedia.org), diakses 3 April 2020.
  • Pratnyawan, Agung dan Prisilia Amelia. 2019. Selain di Selat Madura, Fenomena Halocline Juga Terjadi di Tempat Ini. (Online), (https://www.suara.com/tekno/selain-di-selat-madura-fenomena-halocline-juga-terjadi-di-tempat-ini), diakses 3 April 2020.
  • Aprilia, Annisa. 2017. Jelajah Islam: Pertemuan 2 Laut di Selat Gibraltar yang Mencengangkan. (Online), (https://lifestyle.okezone.com/), diakses 3 April 2020.

Baca juga:

Loading...
Loading...