Sejarah Hukum Archimedes
Penemu hukum ini sesuai dengan nama hukumnya yaitu Archimedes, seorang dengan kebangsaan Yunani. Pada satu waktu Archimedes dituntut Raja Hieron II untuk menyelidiki apakah mahkota yang dipakai sang raja emasnya dicampur perak atau tidak. Archimedes mempedulikan masalah ini dengan benar-benar. Sehingga dia merasa sangat lelah dan menceburkan diri ke dalam bak mandi yang biasanya penuh dengan air.
Lalu kemudian dia memperhatikan ada air yang tumpah keluar dari bak mandi ke lantai kemudian saat itu juga dia menemukan jawabannya. Archimedes bangkit dan berdiri, berlari sepanjang jalan ke rumah dengan tanpa sehelai benangpun alias telanjang bulat. Saat tiba dirumah dia berteriak ke istrinya “Eureka Eureka!” yang berarti “Sudah kutemukan! sudah kutemukan!”. Nah dari itulah dia membuat hukum Archimedes. Dengan itu pula Archimedes membuktikan bahwa mahkota Raja Hieron II dicampur perak, tukang yang membuat mahkota dihukum mati.
Bunyi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes berbunyi:
“Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan memperoleh gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”
Akibat adanya gaya apung, berat beda di dalam zat cair akan berkurang, sehingga benda yang diangkat di dalam zat cair akan lebih ringan daripada benda yang diangkat di darat. Seakan benda berkurang bila benda dimasukan ke zat cair atau air. Karena adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima oleh benda. Maka resultan gaya antara gaya ke atas dan gaya berat merupakan berat benda di dalam zat cair. Kemudian berat disebut dengan berat semu yaitu berat benda tidak sebenarnya karena keadaan benda di dalam zat cair.
Coba Anda perhatikan gambar di atas akan terlihat bahwa sebagian zat cair naik ke atas ketika ada benda yang dimasukan ke dalamnya. Jika ΔV menyatakan volume zat cair yang dipindah oleh benda, maka besar ΔV akan sama sesuai dengan volume benda yang dicelupkan.
Rumus Hukum Archimedes
Rumus dari hukum archimedes ini yaitu FA = ρc.Vb.g
Keterangan:
FA = gaya apung
(N) ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
Vb = volume benda yang tercelup (m3)
g = gravitasi (m/s2).
Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair atau fluida, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.
1. Benda Terapung
Benda akan mengapung apabila massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρb < ρc). Saat benda terapung maka hanya sebagian volume benda yang tercelup ke dalam zat cair, sedangkan sebagian lagi dalam keadaan mengapung. Volume total benda sejumlah dari volume benda yang tercelup ditambah dengan volume benda yang mengapung.
Vb = V’ + V”FA = ρc.V”.g
Dengan :
-
V’ = volume benda yang terapung (m3)
-
V” = volume benda yang tercelup (m3)
-
Vb = volume benda keseluruhan (m3)
-
FA = gaya apung
-
(N) ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
-
g = gravitasi (m/s2)
Jika sistem dalam keadaan setimbang, maka berlaku :
> FA = W
> ρc.V”.g = ρb.Vb.g ρc.V” = ρb.Vb
Dengan :
ρb = massa jenis benda (kg/m3).
2. Benda Melayang
Benda akan melayang apabila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair (ρb = ρc). Benda melayang akan berada di antara permukaan zat car dan dasar bejana.
Karena massa jenis benda dan zat cair sama, maka berlaku :
FA = ρc.Vb.g = ρb.Vb.g
Dengan :
-
FA = gaya apung
-
(N) ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
-
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
-
Vb = volume benda (m3)
-
g = gravitasi (m/s2)
3. Benda Tenggelam
Saat massa jenis benda lebih besar daripada masas jenis zat cair (ρb > ρc), maka benda akan tenggelam dan berada di dasar bejana. Berlaku:
FA = Wu − Wc
Dengan :
-
FA = gaya apung (N)
-
Wu = berat benda di udara/ berat sebenarnya (N)
-
WC = berat benda dalam zat cair
-
(N) g = gravitasi (m/s2) Wu > Wc
Karena berata benda merupakan hasil kali massa dengan gravitasi, maka diperoleh :
ρc.Vb = mu − mc
Dengan :
-
ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
-
mu = massa benda di udara (kg)
-
mc = massa seolah-olah benda dalam zat cair (kg)
-
Vb = volume benda (m3)
Contoh Soal Hukum Archimedes1. Hitunglah gaya apung yang dialami oleh benda bervolume 400 cm3 yang dimasukkan ke dalam air dan berada dalam posisi melayang.
Pembahasan :
Dik : Vb = 4 x 10-4 m3 ; ρc = 103 kg/m3.
FA = ρc.Vb.g
⇒ FA = 103.(4 x 10-4) (10)
⇒ FA = 4 N.
Penerapan Hukum Archimedes
Berikut ini beberapa penerapan hukum archimedes dalam kehidupan sehari-hari :
1. Kapal selam
Tahukah Anda kenapa kapal selam bisa menyelam serta bisa mengapung? itu karena terdapat tangki dimana jika kapal selam berada di darat tangki itu akan terisi udara sehingga bisa mengapung. Dan jika kapal selam dimasukan ke dalam air maka tangki akan terisi air sehingga kapal bisa menyelam.
2. Hidrometer
Penerapan hukum archimedes juga diterapkan untuk mengukur massa jenis zat cair dengan hidrometer. Hidrometer berbentuk tabung yang ruang udara dan pemberat sehingga akan terapung tegak dan stabil seketika.
3. Jembatan poton
Jembatan poton merupakan jembatan yang berasal dari kumpulan drum kosong yang mengapung di atas air da diatur sehingga bisa menyerupai sebuah jembatan. Atau biasa juga disebut dengan jembatan apung. Agar dapat mengapung, drum yang dijadikan sebagai jembatan poton harus dalam keadaan kosong dan tertutup rapat agar udara di dalam drum tidak bisa keluar dan air tidak bisa masuk ke dalam drum
4. Balon Udara
Penerapan hukum archimedes dalam kehidupan sehari-hari bukan hanya berlaku untuk benda jenis cair tetapi juga benda jenis gas. Agar bisa melayang di udara balon udara harus diisi dengan gas yang mempunyai masa jenis lebih kecil daripada udara atmosfer. Balon udara bisa melayang karena mendapatkan gaya ke atas, misalkan balon udara diisi dengan udara yang dipanaskan, karena udara yang dipanaskan mempunyai tingkat kerenggangan lebih besar daripada udara biasa.