Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, 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. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :
     Fa = ρ v g
Keterangan :
Fa = gaya ke atas (N)
V = volume benda yang tercelup (m3)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (N/kg)
 
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 balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.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 balok 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
Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus
tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :
FA > W
rc . Vb . g  >  rb . Vb . g
rc $rb
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).
Fn =  FA – W
Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :
FA’ = W
rc . Vb2 . g  =  rb . Vb . g
FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
Vb2 =    Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb = Vb1 + Vb 2
FA’  =  rc . Vb2 . g
Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan
Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :
1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.
2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.
3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.

Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam penyelaman. Selama
bergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutral
bouyancy.

Penerapan Hukum Arcimedes

Setelahnya memahami ilmu tentang pentingnya konsep gaya archimedes kini kita akan lebih mengetahui seberapa besar ilmu yang ditemukan secara tidak sengaja ini.Penerapan hukum Archimedes dapat Anda jumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih, misalnya hidrometer, kapal laut, kapal selam, galangan kapal, balon udara, dan jembatan ponton.

a. Hidrometer
Hidrometer merupakan alat untuk mengukur berat jenis atau massa jeniszat cair. Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Hidrometer banyak digunakan untuk mengetahui besar kandungan air pada bir atau susu.

Hidrometer terbuat dari tabung kaca. Supaya tabung kaca terapung tegak dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbal.
Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. Tangkai tabung kaca hidrometer didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam massa jenis zat cair) menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangki yang tercelup di dalam zat cair. Artinya perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas.

b. Jembatan Ponton
Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.

c. Kapal Laut
Pada saat kalian meletakkan sepotong besi pada bejana berisi air, besi akan tenggelam. Namun, mengapa kapal laut yang massanya sangat besar
tidak tenggelam? Bagaimana konsep fisika dapat menjelaskannya? Agar kapal laut tidak tenggelam badan kapal harus dibuat berongga. hal ini
bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar. Berdasarkan persamaan besarnya gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan, sehingg gaya apungnya menjadi sangat besar. Gaya apung inilah yang mampu melawan berat kapal, sehingga kapal tetap dapat mengapung di permukaan laut.

d. Kapal Selam dan Galangan Kapal
Pada dasarnya prinsip kerja kapal selam dan galangan kapal sama. Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah. Pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan, menyebabkan kapal selam dapat menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Jika akan mengapung, maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan. Berdasarkan konsep tekanan hidrostastis, kapal selam mempunyai batasan tertentu dalam menyelam. Jika kapal menyelam terlalu dalam, maka kapal bisa hancur karena tekanan hidrostatisnya terlalu besar. Untuk memperbaiki kerusakan kapal bagian bawah, digunakan galangan kapal. Jika kapal akan diperbaiki, galangan kapal ditenggelamkan dan kapal dimasukkan. Setelah itu galangan diapungkan. Galangan ditenggelamkan dan diapungkan dengan cara memasukkan dan mengeluarkan air laut pada ruang cadangan.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s