Hukum ArchimedesBy : Ema Tria Wahyuningtihas Aulia Ekwin PermanasariPratiwi Galuh Putri

Konsep Pengetahuan Sains dan Teknologi

PENDAHULUAN

Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang tercelup sebagian atau

seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat

zat cair yang dipindahkannya. Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam

suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida

fluida yang dipindahkan. Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat

diturunkan dari hukum newton juga.

Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya =0 dan benda

melayang.

Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang.

Bila FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam.

Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa benda maka agar benda

berada dalam keadaan seimbang, volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari

pada volume benda. Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan

perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang

dipindahkan harus sama dengan volume benda dan rapat massa cairan sama dengan rapat

rapat massa benda. Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka

benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan

jatuh tenggelam.

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan

mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat

cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut

yaitu seperti berikut.

Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)

lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

ρb X Vb X g > ρa X Va X g

ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ).

Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)

sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang.

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtot

rc . g (V1+V2+V3+V4+…..)  =  W1 + W2 + W3 + W4 +…..

Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w)

lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb < ρa

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang?

a) Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

b) Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.

c) Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.

d) Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

e) Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda.

f) Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda.

Penemu Hukum Archimedes dan Metode Ilmiah yang Digunakan

Archimedes adalah ilmuwan terbesar sebelum Newton. Ia adalah ahli matematika

Yunani (terutama geometri), ahli fisika (terutama mekanika, statika dan hidrostatika), ahli

optika, ahli astronomi, warga negara Sisillia, pengarang dan penemu. Ia mendapat julukan

Bapak IPA Eksperimental karena mendasarkan penemuannya pada eksperimen. Kebenaran

penemuan-penemuannya telah ia buktikan dengan eksperimen.

Ketika sedang mandi di tempat permandian umum, Archimedes menyadari lengannya

terapung diatas air. Sebuah ide kemudian terbesit di benaknya. Dia menarik tangannya

kedalam air dan dia merenggangkan lengannya. Lengannya dengan sendiri mengapung

kembali ke atas. Kemudian dia mencoba berdiri dari bak, level air menjadi menyusut,

kemudian dia duduk kembali, level air meningkat kembali. Dia berbaring, air naik lebih

tinggi lagi, dan dia merasa lebih ringan. Dia berdiri, level air menurun dan dia merasa

dirinya lebih berat. Air harusnya telah mendorong dia keatas sehingga dia merasa ringan.

Dia kemudian mengambil sebuah batu dan sebalok kayu yang memiliki ukuran sama

ke dalam bak dan merendamkan mereka kedua-duanya. Batu tenggelam tetapi terasa ringan.

Dia harus menekan kayu supaya tenggelam. Itu artinya air harus menekan ke atas dengan

gaya yang relatif terhadap jumlah air yang tergantikan oleh ukuran objek daripada berat dari

objek. Seberat apa objek itu dirasakan di air mempengaruhi kepadatan objek.

Jadi Hukum Archimedes mengatakan bahwa ”Jika suatu benda dicelupkan ke dalam

sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya

zat cair yang terdesak oleh benda tersebut”.

Aplikasi Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan

sehari-hari.

a. Hidrometer

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini digunakan utuk

mengetahui bahwa air accu sudah tidak dapat digunakan lagi. Penggunaan Hidrometer

dengan cara yaitu mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya.

b. Jembatan Ponton

Jembatan ponton dibuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran

sungai. Jembatan ponton dibuat dengan memanfaatkan hukum Archimedes. Volume air

yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum dan

benda-benda yang melintas diatasnya. Setiap drum penyusun jembatan harus tertutup

agar air tidak dapat masuk kedalamnya.

c. Kapal Selam

Kapal selam dapat diposisikan mengapung, melayang, dan tenggelam di dalam air

laut. Oleh karena itu, kapal selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan

penelitian. Bentuk badan kapal selam dirancang agar dapat melayang, mengapung, dan

telenggelam dalam air. Selain itu, dirancang untuk menahan tekanan air dikedalaman

laut.

Badan kapal selam diberi rongga udara yang berfungsi sebagai tempat masuk dan

keluarnya air atau udara. Rongga udara terletak di lambing kapal. Rongga tersebut

dilengkapi dengan katup bagian atas dan bawahnya.

Ketika rongga terisi udara, volume air yang dipindahakan sama dengan berat kapal,

kapal selam mengapung. Ketika rongga katup atas dan bawah pada rongga kapal dibuka,

udara dalam rongga keluar atau air massuk mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal

selam mulai tenggelam. Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman

yang diinginkan. Dalam keadaan tersebut, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika

katup udara pada rongga dibuka kembali, volume air dalam rongga akan bertambah

sehingga kapal selam akan tenggelam.

Jika kapal selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam

rongga dipompa keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal

selam mengalami gaya apung sama dengan berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam

akan naik ke permukaan dan mengapung.

d. Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi

dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer. Sehingga,

balon udara dapat terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang

dipanaskan.

CONTOH SIMULASI HUKUM DAN FENOMENA

Percobaan Hukum Archimedes (Telur Tenggelam dan Terapung)

Tujuan Percobaan:

Untuk membuktikan peristiwa tenggelam dan mengapungnya suatu benda dan apa pengaruh

garam yang dicampurkan dalam air terhadap keadaan benda tersebut.

Alat dan Bahan:

1. 2 gelas

2. 2 telur

3. Sendok

4. Air

5. Garam

Prosedur Kerja:

1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk melakukan percobaan.

2. Gelas diberi air, jangan sampai penuh agar pada saat telur dimasukkan air di dalam gelas

tidak tumpah.

3. Tambahkan garam ke dalam salah satu gelas secukupnya dan aduk hingga larut.1

4. Masukkan telur ke dalam air yang berisi air tawar, dan masukkan lagi telur ke dalam

gelar yang berisikan air garam.

5. Amati yang terjadi.

Analisis Data:

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (W) lebih besar dari gaya ke atas (FA). Pada saat telur dimasukkan dalam gelas yang bukan berisikan air garam maka telur tersebut akan tenggelam karena massa jenis telur lebih besar daripada massa jenis air tawar. Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (W) lebih kecil dari gaya ke atas (FA). Pada saat air diberi 3-4 sendok garam dan diaduk secara perlahan-lahan maka telur itu akan terapung karena massa jenis air lebih besar daripada massa jenis telur. Hal ini terjadi karena semakin banyak garam yang diberikan maka semakin besar pula massa jenis zat cairnya atau air tawar. Jadi, garam berfungsi untuk memperbesar massa jenis air dengan begitu semakin banyak garam yang diberikan maka semakin besar pula massa jenis airnya.

KESIMPULAN

Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair. Benda dapat

tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. Terapung, melayang

dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda dan dipengaruhi juga oleh berat dan massa

benda. Contoh hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari diantaranya pada hidrometer,

jembatan ponton, kapal selam, dan balon udara.