Mungkin kamu tidak asing dengan peristiwa kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes.
Hukum Archimedes mempelajari tentang gaya ke atas yang
dialami oleh benda apabila berada dalam fluida. Benda-benda yang dimasukkan
pada fluida seakan-akan mempunyai berat yang lebih kecil daripada saat berada di
luar fluida. Misalnya, batu terasa lebih ringan ketika berada di dalam air
dibandingkan ketika berada di udara. Berat di dalam air sesungguhnya tetap,
tetapi air melakukan gaya yang arahnya ke atas. Hal ini menyebabkan berat batu akan
berkurang, sehingga batu terasa lebih ringan.
Nah berdasarkan peristiwa di atas dapat disimpulkan bahwa
berat benda di dalam air besarnya:
wair = wudara - FA
dengan:
wair = berat benda di dalam air (N)
wudara= berat benda di udara (N)
FA = gaya tekan ke atas (N)
Besarnya gaya tekan ke atas dapat ditentukan dengan konsep
tekanan hidrostatik. Sekarang coba perhatikan gambar di bawah ini.
 |
| Gaya angkat oleh fluida |
Gambar di atas menunjukkan sebuah silinder dengan tinggi
h dan luas alasnya A dicelupkan ke dalam fluida yang massa jenisnya ρ.
Besarnya tekanan hidrostatik yang dialami permukaan atas dan
bawah silinder adalah:
p1 = ρ.g.h1
p2 = ρ.g.h2
Sehingga besarnya gaya-gaya yang bekerja:
F = p.A
F1 = ρ.g.h1.A (ke bawah)
F2 = ρ.g.h2.A (ke atas)
Gaya total yang disebabkan oleh tekanan fluida merupakan
gaya apung atau gaya tekan ke atas yang besarnya:
FA = F2 – F1
FA = (ρ.g.h2.A) – (ρ.g.h1.A)
FA = ρ.g.A(h2 – h1)
Karena h = h2 – h1, maka
persamaannya menjadi:
FA = ρ.g.A.h
Masih ingatkah kamu volume tabung atau silinder? Ya
volume tabung merupakan hasil kali luas alas dengan tingginya, yang dapat
ditulis dengan persamaan:
V = A.h
Sehingga persamaan di atas menjadi:
FA = ρ.g.V
dengan:
FA = gaya ke atas atau Archimedes (N)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
V = volume benda yang tercelup (m3)
Gaya total ρ.g.V = m.g adalah berat fluida yang dipindahkan.
Dengan demikian, gaya tekan ke atas pada benda sama dengan berat fluida yang
dipindahkan oleh benda. Nah pernyataan ini dikenal dengan Hukum Archimedes,
yang berbunyi “Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya di dalam
fluida mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang
dipindahkan”.
Nah untuk memantapkan pemahaman kamu tentang hukum
Archimedes atau dikenal dengan “Gaya Angkat” ini, silahkan simak contoh soal di
bawah ini.
Contoh
Soal 1
Sebuah besi yang volumenya 0,02 m³ tercelup seluruhnya di
dalam air. Jika massa jenis air 10³ kg/m³, maka hitunglah gaya ke atas yang dialami
besi tersebut!
Penyelesaian:
V = 0,02 m³ = 2x10-2 m3
ρ = 10³ kg/m³
g = 10 m/s2
Gaya ke atas atau gaya angkat yang dialami besi dapat
dihitung dengan menggunakan rumus:
FA = ρ.g.V
FA = (10³)(10)(2x10-2)
FA = 200 N
Jadi, gaya ke atas yang dialami besi tersebut adalah 200
N
Contoh
Soal 2
Sebuah benda berbentuk kubus yang ditimbang di udara
sebesar 300 N tetapi saat ditimbang di dalam fluida ternyata beratnya tinggal 84
N. Jika kubus tersebut memiliki rusuk 10 cm tentukan massa jenis fluida
tersebut.
Penyelesaian:
r = 10 cm = 0,1 m
Wfluida = 5 N
wudara = 13,1 N
g = 10 m/s2
Hitung terlebih dahulu gaya angkat yang dilakukan oleh
fluida yakni:
FA = wudara – wfluida
FA = 13,1 N – 5 N
FA = 8,1 N
Hitung volume benda dengan menggunakan volume kubus
yakni:
V = r3
V = (0,1)3
V = 0,001 m3
Massa jenis fluida dapat dihitung dengan menggunakan
rumus:
FA = ρ.g.V
8,1 = ρ(10)(0,001)
ρ = 8,1/(0,01)
ρ = 810 kg/m3
Jadi, massa jenis fluida tersebut adalah 810 kg/m3
Contoh
Soal 3
Sebuah benda yang ditimbang di udara sebesar 12 N tetapi saat
ditimbang di air ternyata beratnya tinggal 8 N. Jika ρair = 1 gr/cm3
dan g = 10 m/s2, tentukan volume benda tersebut!
Penyelesaian:
wudara = 12 N
Wfluida = 8 N
ρair = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3
= 103 m3
g = 10 m/s2
Hitung terlebih dahulu gaya angkat yang dilakukan oleh
fluida yakni:
FA = wudara – wfluida
FA = 12 N – 8 N
FA = 4 N
Volume benda dapat diitung dengan menggunakan rumus gaya
angkat yakni:
FA = ρ.g.V
4 = (1000)(10)V
V = 4/104
V = 4 x 10-4 m3
V = 4 cm3
Jadi, volume benda tersebut adalah 4 cm3.
Contoh
Soal 4
Benda bermassa 3 kg memiliki volume 1,5 x 10-3
m3. Jika benda tersebut ditimbang di air (ρair = 1 gr/cm3)
dan g = 10 m/s2, maka tentukan gaya Archimedes yang bekerja pada
benda dan hitunglah berat benda di air!
Penyelesaian:
m = 3 kg
V = 1,5 x 10-3 m3
ρair = 1 gr/cm3 = 1000 m3
g = 10 m/s2
Ditung dahulu berat benda di udara yakni:
wudara = m.g
wudara = 3.10
wudara = 30 N
Gaya Archimedes merupakan gaya angkat oleh air dapat
dihitung dengan menggunakan rumus:
FA = ρ.g.V
FA = (1000)(10)(1,5 x 10-3)
FA = 15 N
Berat benda di air dapat dihitung dengan rumus:
FA = wudara – wair
Wair = wudara – FA
Wair = 30 N – 15 N
Wair = 15 N
Jadi, gaya Archimedes yang bekerja pada benda dan berat
benda di air berturut-turut adalah 30 N dan 15 N.
Demikian artikel tentang hukum Archimedes atau gaya angkat lengkap dengan gambar ilustrasi dan contoh soal serta pembahasannya. Mohon maaf jika ada kata atau tulisan yang salah.
0 Response to "Hukum Archimedes dan Contoh Soal Serta Penyelesaiannya"
Posting Komentar
Terima kasih sudah membaca blog ini, silahkan tinggalkan komentar dengan sopan dan tidak mengandung unsur SARA atau pornografi serta tidak ada link aktif. Mohon maaf kalau komentarnya dibalas agak lambat. Kolom komentar ini kami moderasi, jadi kalau ada komentar yang tidak sesuai dengan ketentuan tidak akan dipublikasikan.