15 Contoh Soal Hukum Archimedes dan Jawabannya

Ilustrasi Contoh Soal Hukum Archimedes, Foto: Unsplash/Artturi Jalli

Contoh soal Hukum Archimedes dan jawabannya menjadi salah satu materi penting dalam pembelajaran fisika, khususnya saat membahas konsep gaya apung pada benda yang berada di dalam zat cair.

Melalui latihan soal yang disertai pembahasan, siswa dapat lebih mudah memahami bagaimana prinsip Archimedes bekerja dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari benda yang mengapung, melayang, hingga tenggelam.

15 Contoh Soal Hukum Archimedes dan Jawabannya

Ilustrasi Contoh Soal Hukum Archimedes, Foto: Unsplash/Bozhin Karaivanov

Dikutip dari situs daftarsekolah.spmb.teknokrat.ac.id dan sampoernaacademy.sch.id, inilah deretan contoh soal Hukum Archimedes dan jawabannya.

1. Permasalahan Benda Terapung dan Tenggelam

Diketahui sebuah objek memiliki massa 500 gram dan volume 400 cm³, kemudian dimasukkan ke dalam air.

Untuk menentukan apakah objek tersebut akan mengapung atau justru tenggelam, terlebih dahulu dihitung massa jenisnya. Massa jenis benda diperoleh dari perbandingan massa terhadap volume, yaitu:

ρ_benda = m / V = 500 / 400 = 1,25 g/cm³.

Nilai tersebut menunjukkan bahwa massa jenis benda lebih besar dibandingkan massa jenis air. Oleh karena itu, benda tersebut akan tenggelam di dalam air.

Secara umum, suatu benda akan tenggelam jika massa jenisnya melebihi massa jenis zat cair tempat benda tersebut berada, sedangkan benda dengan massa jenis yang lebih kecil akan cenderung terapung.

2. Soal Perhitungan Gaya Apung

Diketahui sebuah balok kayu memiliki massa sebesar 2 kg dan volume 0,002 m³. Balok tersebut dimasukkan ke dalam air yang mempunyai massa jenis 1000 kg/m³.

Untuk menentukan besar gaya apung yang bekerja, digunakan persamaan gaya apung yaitu:

Fa = ρ × g × V.

Dengan memasukkan data yang tersedia, diperoleh Fa = 1000 × 10 × 0,002 sehingga hasil perhitungannya adalah 20 N.

Berdasarkan prinsip Archimedes, besar gaya apung yang diterima suatu benda di dalam fluida setara dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Oleh karena itu, gaya apung yang dialami balok kayu adalah 20 N.

Sebagai cara cepat, langkah utama yang perlu diperhatikan adalah memastikan nilai volume benda dan massa jenis zat cair sebelum melakukan proses perhitungan.

3. Contoh Perhitungan Berat Benda Saat Berada di Dalam Air

Sebuah objek memiliki massa sebesar 5 kg dan dicelupkan ke dalam air dengan volume 0,004 m³. Ketika berada di udara, berat benda tersebut dapat dihitung menggunakan rumus m × g, sehingga diperoleh 5 × 10 = 50 N.

Selanjutnya, air memberikan gaya ke atas yang disebut gaya apung, yang nilainya dihitung dengan persamaan ρ × g × V, yaitu 1000 × 10 × 0,004 = 40 N.

Akibat adanya gaya apung ini, berat benda yang terasa saat berada di dalam air menjadi berkurang, yaitu 50 − 40 = 10 N.

Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan fluida menyebabkan berat benda tidak lagi dirasakan penuh karena sebagian ditahan oleh gaya apung.

4. Menentukan Volume Benda dari Persentase Tenggelam

Sebuah benda bermassa 200 g mengapung di air dengan 60% volumenya terendam. Volume benda dapat dicari dari perbandingan massa jenis, sehingga diperoleh:

V_benda = 200 / 0,6 = 333,33 cm³.

Benda mengapung karena hanya sebagian volumenya yang tercelup.

5. Menghitung Massa Jenis Benda Terapung Sebagian

Sebuah benda mengapung dengan setengah bagian terendam di air yang bermassa jenis 1000 kg/m³. Massa jenis benda dihitung menggunakan perbandingan volume, yaitu:

ρ_benda = 0,5 × 1000 = 500 kg/m³.

Benda dapat mengapung karena massa jenisnya lebih kecil dari air.

6. Benda Terapung di Minyak

Sebuah benda bermassa 6 kg dan volume 0,01 m³ mengapung di minyak dengan massa jenis 800 kg/m³. Volume yang tercelup diperoleh dari persamaan gaya Archimedes, sehingga:

V_tercelup = 6 / 800 = 0,0075 m³.

Besarnya volume tercelup ditentukan oleh massa benda dan massa jenis fluida.

7. Penerapan Hukum Archimedes pada Kapal

Sebuah kapal bermassa 20 ton berada di air dengan volume tercelup 25 m³. Berat kapal adalah 20.000 × 10 = 200.000 N. Gaya apung air sebesar 1000 × 10 × 25 = 250.000 N.

Sebab gaya apung lebih besar daripada berat kapal, kapal dapat terapung. Konsep ini menjadi dasar perancangan kapal agar tetap stabil di air.

8. Menentukan Massa Jenis Cairan dari Benda Terapung

Suatu benda mengapung dengan 40% volumenya tercelup dalam cairan. Massa benda 2 kg dan volumenya 0,004 m³. Massa jenis cairan diperoleh dari ρ = 2 / (0,004 × 0,4) = 1250 kg/m³.

Benda dapat terapung sebagian karena massa jenis cairan lebih besar daripada massa jenis benda sesuai Hukum Archimedes.

9. Hubungan Berat dan Gaya Apung

Bola logam bermassa 1 kg dimasukkan ke dalam air dan memiliki volume 0,0008 m³. Berat bola sebesar 1 × 10 = 10 N, sedangkan gaya apungnya 1000 × 10 × 0,0008 = 8 N.

Berat yang dirasakan bola di dalam air adalah 10 − 8 = 2 N. Nilai ini disebut berat efektif dan sering digunakan dalam perhitungan fisika fluida.

10. Soal Keseimbangan Benda Terapung

Sebuah balok kayu mengapung di air dengan kondisi setengah terendam. Jika balok tersebut diganti dengan kayu yang massanya lebih ringan, bagian kayu yang masuk ke dalam air akan berkurang.

Hal ini karena kayu yang lebih ringan memiliki massa jenis lebih kecil sehingga posisinya lebih tinggi di permukaan air. Sesuai Hukum Archimedes, besar volume yang terendam ditentukan oleh perbandingan massa jenis benda dan zat cair.

11. Contoh Soal Percepatan Gravitasi

Sebuah objek dengan volume 16 m³ dimasukkan ke dalam air yang memiliki massa jenis 1000 kg/m³. Diketahui percepatan gravitasi sebesar 10 m/s². Tentukan besar gaya Archimedes yang bekerja pada objek tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

ρ = 1000 kg/m³

g = 10 m/s²

V = 16 m³

Ditanya:

Fa = ?

Rumus gaya Archimedes:

Fa = ρ × g × V

Perhitungan:

Fa = 1000 × 10 × 16

Fa = 16.000 N

12. Contoh Soal Percepatan Gravitasi Balok

Sebuah balok berukuran 10 cm × 5 cm × 20 cm dimasukkan ke dalam minyak bermassa jenis 800 kg/m³. Percepatan gravitasi yang digunakan adalah 10 m/s². Ditentukan gaya Archimedes saat balok dicelupkan seluruhnya dan saat hanya setengah bagian yang tercelup.

Diketahui:

V = 10 cm × 5 cm × 20 cm = 1.000 cm = 10 m³

ρ = 800 kg/m³

g = 10 m/s²

Ditanya:

Fa (penuh) dan Fa (½)

Penyelesaian:

Gaya Archimedes dihitung dengan rumus:

Fa = ρ × g × V

Untuk balok yang dicelupkan seluruhnya:

Fa = 10 × 800 × 10 = 80.000 N

Jika balok hanya dicelupkan setengah bagian:

Fa = 10 × 800 × ½ × 10 = 45.000 N

13. Contoh Soal Balok

Sebuah balok terendam sepenuhnya di dalam minyak. Jika volumenya 8 m³ dan massa jenis minyak 800 kg/m³, tentukan besar gaya angkat yang bekerja pada balok.

Diketahui:

V = 8 m³

ρ = 800 kg/m³

g = 10 N/kg

Ditanya: gaya angkat (Fa)

Jawab:

Fa = ρ × g × V

Fa = 800 × 10 × 8

Fa = 64.000 N

14. Contoh Soal Batu Dicelupkan ke Dalam Minyak

Sebuah batu tercelup seluruhnya dalam minyak. Volume batu 10 cm³. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 N/kg, tentukan gaya angkat yang dialami batu.

Diketahui:

V = 10 cm³ = 10⁻⁶ m³

ρ = 1000 kg/m³

g = 10 N/kg

Ditanya: gaya angkat (Fa)

Jawab:

Fa = ρ × g × V

Fa = 1000 × 10 × 10⁻⁶

Fa = 10⁻² N

Fa = 0,01 N

15. Contoh Bola dalam Air

Sebuah bola tercelup seluruhnya dalam air. Massa jenis air 1.000 kg/m³ dan gaya angkat yang dialami bola sebesar 0,2 N. Tentukan volume bola tersebut.

Diketahui:

Fa = 0,2 N

ρ = 1.000 kg/m³

g = 10 N/kg

Ditanya: volume bola (V)

Jawab:

Fa = ρ × g × V

0,2 = 1000 × 10 × V

0,2 = 10⁴ × V

V = 0,2 / 10⁴

V = 2 × 10³ m³

V = 2.000 m³

Itulah deretan contoh soal Hukum Archimedes dan jawabannya. Dengan adanya contoh soal ini, pembaca diharapkan dapat lebih mudah memahami konsep gaya angkat dan menerapkannya dalam berbagai permasalahan fisika sehari-hari. (IF)