Bunyi Hukum Archimedes, Prinsip Kerja, dan Contoh Penerapannya

Ilustrasi Hukum Archimedes. Foto: Pexels.com

Bunyi Hukum Archimedes merupakan salah satu materi pelajaran dalam Ilmu Fisika. Hukum temuan Archimedes tersebut menjelaskan tentang hubungan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda ketika dimasukkan ke dalam air.

Salah satu contoh yang kerap kita temukan sehari-hari ketika berada di kamar mandi, yakni gayung yang mengapung saat diletakkan ke bak berisi air. Hal tersebut merupakan contoh gaya apung yang ada dalam penjelasan Hukum Archimedes.

Selain gaya apung, benda yang tenggelam di air juga merupakan salah satu contoh dari Hukum Archimedes. Misalnya, kapal Titanic yang tenggelam ke dasar lautan setelah menabrak sebuah gunung es dan mengalami kebocoran.

Pengertian Hukum Archimedes

Ilustrasi Hukum Archimedes. Foto: Unsplash.com

Lalu, apa itu hukum Archimedes? Mengutip dari buku berjudul Ilmu Pengetahuan Alam 2: SMP/MTs Kelas VIII yang disusun oleh Wasis dan Sugeng Yuli Irianto, Hukum Archimedes merupakan salah satu hukum dalam Ilmu Fisika.

Hukum Archimedes ditemukan oleh seorang insinyur pada zaman Yunani Kuno bernama Archimedes. Ia merupakan matematikawan, filsuf, astronom, dan fisikawan terkemuka pada masanya.

Hukum tersebut ditemukan secara tidak sengaja, ketika Archimedes diperintahkan Raja Hieron II untuk menyelidiki kemurnian emas mahkota milik sang raja. Ia ingin mengetahui apakah mahkota emas milik raja dicampurkan perak atau tidak?

Archimedes pun menemukan jawabannya ketika ia masuk ke bak mandi. Air tersebut naik dan meluap keluar. Archimedes memasukkan mahkota ke dalam air dan melihat seberapa jauh air tersebut naik.

Hal yang sama juga dilakukan pada sebatang emas murni dengan berat yang sama. Kenaikan airnya ternyata berbeda, sehingga terbukti bahwa mahkota tersebut dicampur dengan perak.

Dari hal tersebut, Archimedes menemukan bahwa setiap benda memiliki gaya ke atas yang berbeda di dalam zat cair.

Lalu, bagaimana bunyi Hukum Archimedes? Mengutip dari buku Modul Fluida Statis yang ditulis oleh Abdul Azis, bunyi Hukum Archimedes adalah sebagai berikut:

“Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Dengan begitu, Hukum Archimedes ini menjelaskan keterkaitan gaya berat dan gaya ke atas pada suatu benda jika dimasukkan ke dalam air. Akibat adanya gaya angkat ke atas (gaya apung), berat benda tersebut akan berkurang.

Oleh karena itu, benda yang diangkat saat berada di dalam air akan terasa lebih ringan jika dibandingkan pada saat di darat.

Rumus Hukum Archimedes

Ilustrasi Hukum Archimedes. Foto: Pixabay.com

Setelah membahas pengertian Hukum Archimedes, terdapat beberapa rumus untuk menghitungnya. Berikut ini rumus Hukum Archimedes menurut buku Modul Fluida Statis yang ditulis oleh Abdul Azis.

Dengan keterangan:

F = gaya ke atas oleh zat cair (Newton)

Ρ = massa jenis fluida (zat cair) (kg/m³, gr/cm³)

V = volume fluida yang dipindahkan (volume yang tercelup di dalam fluida)

g = gravitasi bumi (9,8 m/s²)

Sementara itu, berikut ini rumus untuk menghitung gaya apung dalam Hukum Archimedes:

Dengan keterangan:

Fa = gaya tekan ke atas

W udara = berat di daratan

W fluida = berat di dalam kolam air

Sedangkan untuk rumus persamaan Hukum Archimedes, yaitu:

Dengan keterangan:

Fa = gaya tekan ke atas

Pb = massa jenis cairan

Pf = massa jenis benda

W = berat benda

Prinsip Kerja Hukum Archimedes

Ilustrasi Hukum Archimedes. Foto: Pexels.com

Prinsip kerja Hukum Archimedes ialah suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas, sehingga beratnya menjadi berat semu. Gaya ke atas ini disebut dengan gaya apung, yaitu suatu gaya ke atas yang dikerjakan oleh zat cair pada suatu benda.

Dari penelitian berjudul Pengembangan Pemahaman Siswa Tentang Prinsip Archimedes (Peristiwa Mengapung, Tenggelam, dan Melayang) melalui Pembelajaran Menggunakan Simulasi PhET: Sebuah Studi Kasus yang dilakukan Veranda Nova, ada tiga keadaan yang mengisyaratkan Hukum Archimedes, yaitu:

1. Mengapung

Keadaan mengapung terjadi saat massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda. Pada peristiwa benda mengapung, kondisi benda tidak menyentuh dasar wadah zat cair.

Adapun gaya yang bekerja pada benda mengapung adalah gaya apung (Fa) dan juga gaya berat (W). Dengan ketentuan, besar gaya apung sama dengan besar gaya berat dan massa tekanan air lebih besar daripada massa benda yang dicelupkan.

Contohnya adalah gabus sintetis (styrofoam) atau plastik akan terapung jika dimasukkan ke dalam air.

2. Tenggelam

Keadaan Hukum Archimedes berikutnya adalah tenggelam. Keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair lebih kecil daripada massa jenis benda. Pada peristiwa benda tenggalam, kondisi benda menyentuh dasar wadah zat cair.

Adapun gaya yang bekerja pada peristiwa benda tenggelam adalah gaya apung (Fa), gaya berat (W), dan juga gaya normal (N). Dengan ketentuan pada peristiwa benda tenggelam, volume zat cair sama dengan volume benda seluruhnya.

Contohnya adalah besi akan tenggelam jika dimasukkan ke dalam air. Sebab, massa jenis besi lebih besar daripada massa jenis air.

3. Melayang

Terakhir ialah keadaan melayang yang terjadi ketika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda. Pada peristiwa benda melayang, benda tidak menyentuh dasar wadah zat cair.

Adapun gaya yang bekerja pada benda tenggelam adalah gaya apung (Fa) dan juga gaya berat (W). Dengan ketentuan besar gaya apung sama dengan besar gaya berat benda tersebut.

Contohnya telur yang dimasukkan ke dalam air dan ditambahkan sedikit garam akan melayang. Sebab, massa jenis benda dan zat cair yang sudah tercampur garam akan sama.

Penerapan Hukum Archimedes

Ilustrasi Hukum Archimedes. Foto: Pixabay.com

Menurut buku Mata Pelajaran Fisika Fluida oleh Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, aplikasi Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai dalam berbagai sektor.

Berikut merupakan salah satu contoh penerapan Hukum Archimedes, yaitu rancangan kapal pesiar untuk menampung beban yang berat. Badan kapal yang terbenam dibuat sangat luas untuk memindahkan zat cair, sehingga timbul gaya angkat yang besar.

Selain itu, terdapat juga contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari, yaitu:

1. Hidrometer

Hidrometer merupakan alat untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Prinsip gaya apung akan digunakan dalam proses membuat hidrometer ini.

Semakin besar massa jenis zat cair, semakin tinggi batang hidrometer yang muncul di permukaan air. Sebaliknya, semakin kecil massa jenis fluida, semakin tenggelam batang hidrometer.

2. Kapal selam

Contoh Hukum Archimedes selanjutnya adalah kapal selam. Bagian Kapal selam terdiri dari katup (valves) untuk mengisi dan membuang air laut.

Pada saat kapal hendak menyelam, katup bagian atas terbuka dan air laut masuk memenuhi rongga dinding kapal selam. Akibatnya massa jenis kapal selam membesar, kapal selam tengelam.

Sebaliknya saat hendak mengapung, bagian tangki udara akan membuka katup untuk mengalirkan udara dan mendorong air laut dari rongga dinding.

(FNS)