Konsep dan Penerapan Hukum Archimedes

Pengertian Hukum Archimedes

Hukum Archimedes merupakan hukum tentang gaya apung suatu benda pada fluida cair. Archimedes adalah seorang ilmuwan, filsuf, dan insinyur yang tinggal di Italia ketika Yunani kuno berkuasa pada abad ke 2 sebelum masehi. Diceritakan bahwa dalam menemukan prinsipnya ini Archimedes diperintahkan oleh raja untuk melakukan penyelidikan apakah mahkotanya benar-benar logam mulia asli atau tidak tanpa merusak mahkota tersebut.

Singkat cerita Archimedes berpikir keras atas perintah raja tersebut. Diceritakan bahwa dia menemukan jawabannya ketika akan berendam untuk mandi, dia melihat bahwa saat tubuhnya masuk ke air, ada sebagian air yang tertumpah keluar. Dari situ dia mendapat ide dan langsung berteriak “Eureka!” atau aku menemukannya dan langsung keluar rumah tanpa mengenakan busana. Kelak idenya tersebut dinamakan hukum Archimedes. Hukumnya adalah berat fluida cair yang dipindahkan sama dengan gaya apung yang mengenai benda.

Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti gerak, kalor, cahaya, bunyi, listrik, dan magnet. Semua gejala ini berbentuk energi. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa fisika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara materi dan energi. Perubahan global berlangsung cukup cepat menempatkan fisika sebagai salah satu ilmu pengetahuan yang merupakan tulang punggung teknologi terutama teknologi manufaktur dan teknologi modern. Teknologi modern seperti teknologi informasi, elektronika, komunikasi, dan teknologi transportasi memerlukan penguasaan fisika yang cukup mendalam.

Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia yang handal dalam sains dan teknologi serta memahami lingkungan sekitar melalui pengembangan keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial, dan kegiatan teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarahkan sumber daya manusia untuk mampu menerjemahkan perilaku alam. Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokkan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.

Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal dan hukum Archimedes. Hukum Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Perancis. Sedangkan hukum Archimedes diambil dari nama penemunya yaitu Archimedes (287-212 SM) yang berasal dari Italia. Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal dan prinsip hokum Archimedes. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Hukum Newton (1,2, 3) Dan Penerapannya Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Rumus Hukum Archimedes

Pada saat kita berjalan atau berlari di dalam air, kita tentunya akan merasakan bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan jika kitamelangkah di tempat biasa. Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan ini memunculkan sebuah hukum yang dikenal Hukum , yaitu :

“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 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 :

W_s = W-F_a

Keterangan :

W_s = berat benda dalam zat cair (Kg?m/s²)
W = berat benda sebenarnya (Kg?m/s²)
F_a = gaya apung (N)

dan besarnya gaya apung (F_a) dirumuskan sebagai berikut :

Hukum Archimedes

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Kuantum Dalam Dunia Fisika

Bunyi Hukum Archimedes

“Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhya kedalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut” Rumus Hukum Archimedes

F_A = ?_a x V_a x g

Keterangan:

FA = Gaya keatas yang dialami benda(N)
a= Massa Jenis zat cair (kg/m3)
Va= Volume air yang terdesak (m3)
g = Percepatan Gravitasi (m/det2)

Berdasarkan bunyi dan rumus hukum Archimede diatas, suatu benda yang akan terapung, tenggelam atau melayang didalam zat cair tergantung pada gaya berat dan gaya keatas. Maka dari itu, berdasarkan hukum diatas, terciptalah 3 hukum turunan dari Hukum Archimedes Yang Berbunyi:

Benda akan terapung jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air lebih kecil dari massa jenis zat cairnya
Benda akan melayang jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air sama dengan massa jenis zat cairnya
Benda akan tenggelam jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air lebih besar dari pada massa jenis zat cairnya.

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : 5 Teori Fisika Yang Belum Terpecahkan [WAJIB BACA]

Benda Hukum Archimedes

Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung

Benda Tenggelam

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

Benda Tenggelam

Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :

Keterangan :

W = gaya berat benda
F_a = gaya archimedes
N = gaya normal bidang

Dalam keadaan seimbang maka W = N + F_a sehingga :

Benda Tenggelam

Benda Melayang

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

Benda Melayang

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

Rumus Benda Melayang

Benda Terapung

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

Benda Terapung

Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu :Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Kumpulan Rumus Fisika Smp Lengkap Dengan Keterangannya

Konsep dan Penerapan Hukum Archimedes

Dalam dunia fisika, anda pastinya pernah mendengar apa itu hukum Archimedes. Sesuai dengan namanya, penemu hukum tersebut adalah Archimedes yang merupakan kebangsaan Yunani pada tahun 187-212 sebelum masehi. Archimedes sendiri seorang ahli matematika yang di kenal sebagai penemu hukum hidrostatika atau yang lebih di kenal dengan hukum Archimedes.

Saat kita berjalan di dalam air, pasti kita merasa bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan saat kita melangkah di tempat biasa. Hal tersebut disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan etersebut ternyata memunculkan hukum Archimedes yang berbunyi :

“Jika sebuah benda di celupkan ke dalam zat cair , maka benda tersebut akan mendapat gaya yang di sebut dengan gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zair yang dipindahkannya”.

Adanya gaya apung yang di hasilkan tersebut, maka berat benda dalam zat cair akan berkurang. Hal ini dikarenakan adanya gaya ke atas yang di timbulkan oleh air yang di terima benda. Dengan begitu, resultan gaya antara gaya berat dengan gaya ke atas merupakan berat benda yang berada di dalam air tersebut.

Hubungan antara berat benda di udara (W), berat semu (Ws) dan gaya ke atas (Fa) adalah

Ws = W – Fa

a. Penerapan hukum Archimedes untuk menentukan massa jenis benda

(ingat hukum archimedes tentang, V_benda = V air)

karena

V air = volume air yang di pindahan
m = massa benda di udara
ms = massa semu benda (dalam air)
P benda = massa jenis benda
P air = massa jenis air

b. Penerapan hukum Archimedes di bidang teknik

Kapal selam
Terdapat tangki yang apabila berada di darat kapal tersebut akan terisi udara sehingga dapat mengapung saat berada di permukaan air. Dan saat kapal selam dimasukan ke dalam air, tangki tersebut akan terisi air sehingga kapal bisa menyelam.
Hidrometer
Hydrometer merupakan alat yang di gunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat tersebut berbentuk tabung yang berisi dengan pemberat dan ruang udara, sehingga akan terapung tegak dan stabil dalam seketika. Cara kerja hydrometer ini sesuai dengan prinsip hukum Archimedes.
Kran otomatis pada penampungan air
Apabila di rumah anda menggunakan mesin pompa air, bisa lihat bahwa pada tangki penampungnya harus di letakkan di tempat yang tinggi. Hal ini bertujuan supaya di peroleh tekanan yang besar untuk mengalirkan air.

Jika di perhatikan, di dalam tangki tersebut terdapat pelampung yang mempunyai fungsi sebagai kran otomatis. Bisa lihat bahwa kran tersebut di buat mengapung di air sehingga bisa bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Saat air kosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkan air. Dan sebaliknya, jika tangki tersebut terisi penuh pelampung maka akan membuat kran menjadi tertutup secara otomatis.

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Kumpulan Rumus Trigonometri Serta Contoh Soal Dan Jawabannya