Gaya Archimedes

Pentingnya Memahami Gaya Apung:

Pernahkah Anda bertanya mengapa kapal baja yang sangat berat bisa mengapung di laut, sementara batu kecil justru tenggelam? Fenomena ini dijelaskan oleh Hukum Archimedes — salah satu prinsip dasar fisika yang menghubungkan gaya apung, massa jenis, dan volume benda tercelup.

Pemahaman tentang hukum ini tidak hanya penting dalam ilmu fisika, tetapi juga menjadi dasar bagi berbagai teknologi modern seperti kapal laut, kapal selam, jembatan ponton, hingga alat ukur hidrometer. Mari kita telusuri sejarah, konsep, hingga penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

1. Sejarah Penemuan Hukum Archimedes

Kisah Raja Hieron II dan Mahkota Emas

Ketika Raja Hieron II dari Syracuse memesan sebuah mahkota emas murni, ia curiga tukang emas mencampurnya dengan logam murah seperti perak. Raja meminta Archimedes menyelidikinya tanpa merusak mahkota.

Momen "Eureka!"

Saat mandi, Archimedes menyadari bahwa volume air yang tumpah sama dengan volume tubuhnya yang tercelup. Ini adalah awal dari pengukuran volume benda tidak beraturan secara kuantitatif, yang memungkinkannya menghitung massa jenis mahkota tersebut.

2. Hukum Archimedes

Pernahkah Anda merasa benda menjadi lebih ringan saat di dalam air? Hal ini terjadi karena adanya gaya ke atas yang disebut gaya Archimedes.

Bunyi Hukum Archimedes:

"Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut."

Besarnya gaya Archimedes dapat dihitung dengan rumus:

F_A = ρ × g × V_bc

Keterangan

• F_A = gaya Archimedes (Newton / N)
• ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)
• g = percepatan gravitasi (m/s²)
• V_bc = volume benda yang tercelup (m³)

3. Posisi Benda dalam Zat Cair (Keadaan Seimbang)

Berdasarkan perbandingan massa jenis benda dan zat cair, benda dapat berada dalam tiga keadaan berbeda:

Terapung

Syarat Terjadinya:

• Gaya Archimedes = Berat benda (F_A = W)
• Volume tercelup < Volume benda (V_bc < V)
• Massa jenis cairan > Massa jenis benda (ρ_c > ρ_b)

Ciri Khas:

Benda berada sebagian di permukaan cairan. Contoh: kayu, gabus, kapal laut.

Melayang

Syarat Terjadinya:

• Gaya Archimedes = Berat benda (F_A = W)
• Volume tercelup = Volume benda (V_bc = V)
• Massa jenis cairan = Massa jenis benda (ρ_c = ρ_b)

Ciri Khas:

Benda berada di antara dasar dan permukaan cairan. Contoh: telur dalam air bergaram dengan konsentrasi tertentu.

Tenggelam

Syarat Terjadinya:

• Gaya Archimedes < Berat benda (F_A < W)
• Volume tercelup = Volume benda (V_bc = V)
• Massa jenis cairan < Massa jenis benda (ρ_c < ρ_b)

Ciri Khas:

Benda jatuh ke dasar cairan. Contoh: batu, besi, koin dalam air.

Ringkasan Posisi Benda dalam Zat Cair

Kondisi	Perbandingan Gaya	Volume Tercelup	Massa Jenis
Terapung	FA = W	Vbc < V	ρc > ρb
Melayang	FA = W	Vbc = V	ρc = ρb
Tenggelam	FA < W	Vbc = V	ρc < ρb

4. Penerapan dalam Kehidupan Sehari-Hari

Hukum Archimedes diterapkan dalam berbagai teknologi dan alat yang kita gunakan sehari-hari:

🚢 Kapal Laut

Terbuat dari baja, namun didesain berongga sehingga volume besarnya membuat massa jenis rata-ratanya lebih kecil dari air laut, sehingga bisa terapung.

🛟 Kapal Selam

Memiliki tangki balas (ballast tank) yang bisa diisi atau dikosongkan dari air untuk mengatur massa jenis rata-rata kapal agar bisa melayang, naik, atau turun.

🌉 Jembatan Ponton

Memanfaatkan drum kosong tertutup yang menghasilkan gaya apungan untuk menopang beban di atas permukaan air.

🧪 Hidrometer

Alat ukur massa jenis cairan. Prinsipnya: semakin tinggi hidrometer mengapung, semakin besar massa jenis cairan tersebut (langsung terhubung dengan materi Pengukuran).

Ringkasan

Kesimpulan:

Hukum Archimedes menyatakan bahwa benda yang tercelup dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas (gaya Archimedes) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Rumusnya: F_A = ρ × g × V_bc. Berdasarkan perbandingan massa jenis benda dan cairan, benda dapat berada dalam tiga kondisi: terapung (ρ_c > ρ_b), melayang (ρ_c = ρ_b), atau tenggelam (ρ_c < ρ_b). Prinsip ini diterapkan dalam berbagai teknologi seperti kapal laut, kapal selam, jembatan ponton, dan hidrometer.

SOAL LATIHAN

Pilihlah satu jawaban berikut ini yang paling tepat!

Link : Lembar Jawab

Apa yang menyebabkan terjadinya gaya ke atas (gaya archimedes)? Berat benda di dalam zat cair Perbedaan tekanan hidrostatis antara 2 titik yang tingginya berbeda Gaya tarik atau gaya tolak antara molekul air dengan molekul benda Gaya tarik antara molekul-molekul air sehingga mampu memberikan gaya ke atas terhadap benda yang berada dalam zat cair

Sebuah benda dicelupkan ke dalam air. Berat semu benda akan .... sama dengan berat aslinya lebih kecil dari berat aslinya lebih besar dari berat aslinya bergantung pada suhu air

Gaya apung pada benda di air laut dibandingkan air tawar yaitu .... lebih kecil karena lebih asin lebih besar karena massa jenis air lebih besar besarnya sama karena wujud zat keduanya adalah cair lebih besar karena volumenya lebih besar

Supaya benda dapat melayang dalam zat cair, maka syaratnya …. massa jenis zat cair tersebut harus lebih besar daripada massa jenis air berat benda lebih kecil daripada gaya ke atas massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair volume benda sama dengan volume zat cair yang didesak zat padat

Sebuah kubus melayang di dalam air. Apabila kubus tersebut dimampatkan sehingga sisi-sisinya menjadi setengah dari sisi-sisi semula maka massa jenis kubus yang telah dimampatkan sama dengan …. setengah kali massa jenis air dua kali massa jenis air empat kali massa jenis air delapan kali massa jenis air

Balok dengan volume 2 m³ tercelup seluruhnya dalam air (ρ = 1000 kg/m³). Jika g = 10 m/s², gaya apung yang dialami balok adalah .... 2000 N 10.000 N 20.000 N 40.000 N

Sebuah benda mengapung dengan 25% volumenya di atas permukaan air. Massa jenis benda tersebut adalah .... 250 kg/m³ 750 kg/m³ 1000 kg/m³ 1250 kg/m³

Sebuah benda terapung di dalam minyak. Volume benda yang muncul di atas permukaan minyak sama dengan 80% volume benda. Massa jenis minyak diketahui 0,6 g/cm³, sedangkan percepatan gravitasi bumi dikatahui 10 N/kg. Massa jenis benda adalah ..... 0,1 g/cm³ 0,12 g/cm³ 0,18 g/cm³ 0,48 g/cm³

Batang kayu yang massa jenisnya 0,6 g/cm³ terapung di air. Massa jenis air 1 g/cm³ dan bagian kayu yang muncul di atas permukaan air 0,4 m³, maka volume kayu seluruhnya adalah .... 0,4 m³ 0,6 m³ 1 m³ 1,2 m³

Sebuah perahu terapung di air laut (massa jenis air laut = 1.200 kg/m³) memiliki volume rongga kosong 8 m³. Perahu tersebut akan digunakan untuk mengangkut barang. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah beban maksimum yang dapat diangkut perahu tanpa menyebabkan perahu tenggelam? 4.800 kg 6.000 kg 9.600 kg 12.000 kg

Sebuah perahu kayu (massa jenis kayu = 800 kg/m³) berbentuk balok dengan volume total 2 m³ mengapung di air tawar (ρ = 1.000 kg/m³). Berapakah volume bagian perahu yang tercelup dalam air? 0,8 m³ 1,2 m³ 1,6 m³ 2,0 m³

Sebuah benda jika ditimbang di udara massanya 50 kg. Jika ditimbang di dalam air, massanya seolah-olah menjadi 20 kg. Akan tetapi, jika ditimbang di dalam suatu cairan lain, massanya seolah-olah menjadi 35 kg. Jika massa jenis air 1 g/cm³, massa jenis cairan tersebut adalah …. 0,8 g/cm³ 0,6 g/cm³ 0,5 g/cm³ 0,4 g/cm³

Sebuah balok kayu yang massa jenisnya 8,0 x 10² kg/m³, massanya 2 kg. Pada bagian bawah kayu menempel sebongkah logam bermassa jenis 1,0 x 10⁴ kg/m³ sehingga bagian kayu yang terendam air adalah 90%. Massa logam adalah …. 9/5 kg 5/9 kg 9/30 kg 5/18 kg

Sebuah balok kayu yang diberi sebuah pemberat Q melayang dalam air. Massa kayu 10 kg, massa jenis kayu 0,8 g/cm³, massa jenis air dianggap 1 g/cm³ dan percepatan gravitasi 10 m/s². Maka massa pemberat Q adalah …. (volume pemberat Q diabaikan) 2,6 kg 2,5 kg 2,0 kg 1,5 kg

Sebuah benda yang massanya 30,5 g terapung pada cairan yang terdiri dari air dan minyak. Volume benda tercelup dalam air adalah 20 cm³ dan memberikan memberikan gaya ke atas 0,2 N. Jika volume benda yang tercelup keseluruhan adalah 35 cm³, tentukan massa jenis minyak! 0,4 g/cm³ 0,5 g/cm³ 0,6 g/cm³ 0,7 g/cm³