Bunyi Hukum Archimedes serta Rumus dan Penjelasannya

Ilustrasi Hukum Archimedes, Foto:Unsplash/Getty Images

Hukum Archimedes merupakan salah satu konsep fundamental dalam fisika yang telah dikenal luas sejak zaman kuno.

Penemuan hukum ini dikaitkan dengan seorang ilmuwan dan matematikawan asal Yunani bernama Archimedes. Kisah penemuannya kerap diceritakan secara menarik dalam buku-buku pelajaran sains.

Hukum Archimedes

Ilustrasi Hukum Archimedes. Foto: Unsplash/Patrick Tomasso

Dikutip dari laman umsu.ac.id, Hukum Archimedes merupakan salah satu prinsip dasar dalam ilmu fisika, khususnya dalam cabang mekanika fluida.

Hukum ini pertama kali ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani Kuno yang hidup pada abad ke-3 sebelum Masehi.

Hukum ini muncul dari pengamatan terhadap benda yang dimasukkan ke dalam air, dan bagaimana benda tersebut mengalami gaya yang mendorongnya ke atas.

Cerita terkenal menyebutkan bahwa Archimedes menemukan hukum ini saat mandi dan berteriak “Eureka!” karena merasa menemukan sesuatu yang luar biasa.

Hukum Archimedes menjadi fondasi dalam memahami bagaimana benda dapat mengapung, melayang, atau tenggelam dalam suatu fluida, baik itu cairan maupun gas.

Dalam kehidupan sehari-hari, hukum ini menjelaskan prinsip kerja kapal laut, balon udara, hingga alat pengukur massa jenis.

Artikel ini akan membahas secara menyeluruh bunyi hukum Archimedes, rumus yang digunakan, serta penjelasan ilmiah yang mendasari hukum tersebut.

Bunyi Hukum Archimedes

Secara umum, Hukum Archimedes berbunyi:

Gaya ke atas ini dikenal sebagai gaya apung. Ketika suatu benda berada di dalam fluida, fluida tersebut memberikan tekanan dari segala arah.

Namun, tekanan pada bagian bawah benda lebih besar dibandingkan tekanan di bagian atas, karena tekanan fluida meningkat seiring kedalaman. Selisih tekanan inilah yang menyebabkan benda terdorong ke atas.

Rumus Hukum Archimedes

Gaya apung (Fb) dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

Keterangan:

Fb = gaya apung (Newton)

ρ (rho) = massa jenis fluida (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

V = volume fluida yang dipindahkan oleh benda (m³)

Rumus ini menunjukkan bahwa besar gaya apung tergantung pada tiga faktor, yaitu massa jenis fluida, percepatan gravitasi, dan volume fluida yang dipindahkan.

Penjelasan Ilmiah tentang Gaya Apung

Tekanan fluida bekerja secara vertikal terhadap permukaan benda yang tercelup.

Karena tekanan meningkat seiring kedalaman, maka bagian bawah benda mendapat tekanan lebih besar dibandingkan bagian atas. Selisih tekanan inilah yang menghasilkan gaya ke atas atau gaya apung.

Jika gaya apung yang dialami benda lebih besar dari berat benda, maka benda akan mengapung. Jika sama besar, benda akan melayang. Namun, jika gaya apung lebih kecil dari berat benda, maka benda akan tenggelam.

Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh 1:

Sebuah benda dicelupkan seluruhnya ke dalam air. Volume benda tersebut adalah 0,02 m³, dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Hitung besar gaya apung yang dialami benda!

Jawaban:

Fb = ρ × g × V

= 1000 × 9,8 × 0,02

= 196 N

Jadi, benda tersebut mengalami gaya apung sebesar 196 Newton.

Contoh 2:

Sebuah benda memiliki berat 60 N di udara dan hanya 45 N ketika berada di dalam air. Berapakah gaya apung yang dialami benda?

Jawaban:

Gaya apung = berat di udara - berat di dalam air

= 60 N - 45 N = 15 N

Faktor yang Mempengaruhi Gaya Apung

Berikut merupakan beberapa faktor yang mempengaruhi gaya mengapung:

Volume benda yang terendam

Semakin besar volume benda yang terendam, maka semakin besar volume fluida yang dipindahkan, sehingga gaya apung pun bertambah besar.

Massa jenis fluida

Fluida yang lebih rapat (massa jenis tinggi), seperti air laut, akan menghasilkan gaya apung yang lebih besar dibandingkan air tawar.

Gravitasi

Dalam kondisi gravitasi rendah, seperti di luar angkasa, gaya apung juga menjadi sangat kecil.

Kondisi Apung, Melayang, dan Tenggelam

Berikut merupakan penjelasan kondisi apung, melayang, dan tenggelam:

Mengapung: jika massa jenis benda < massa jenis fluida.

Melayang: jika massa jenis benda = massa jenis fluida.

Tenggelam: jika massa jenis benda > massa jenis fluida.

Contoh menariknya seperti telur akan tenggelam dalam air tawar karena massa jenisnya lebih besar daripada air. Namun, jika air ditambahkan garam, maka massa jenis air meningkat dan telur bisa mengapung.

Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut merupakan penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari:

Kapal Laut

Kapal yang terbuat dari logam berat bisa mengapung karena bentuknya yang dirancang sedemikian rupa agar mampu memindahkan volume air yang besar, sehingga menghasilkan gaya apung yang lebih besar dari berat kapal.

Balon Udara

Balon udara diisi dengan gas seperti helium atau udara panas yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada udara sekitar, sehingga balon bisa terangkat.

Pengukuran Volume Benda Tidak Beraturan

Benda dengan bentuk tak teratur bisa diukur volumenya dengan mencelupkan benda ke dalam air dan mengamati perubahan volume air. Prinsip ini memanfaatkan hukum Archimedes secara langsung.

Penyelaman dan Pelampung

Para penyelam mengatur gaya apung dengan menambahkan pemberat atau mengatur volume udara dalam rompi selam. Sementara pelampung memberikan gaya ke atas agar seseorang tetap terapung di air.

Eksperimen Sederhana

Salah satu eksperimen paling sederhana untuk membuktikan hukum Archimedes dapat dilakukan di rumah:

Alat dan bahan:

Langkah-langkah:

Aplikasi dalam Dunia Teknik dan Industri

Berikut merupakan penerapan Hukum Archimedes dalam dunia teknik dan industri:

Desain Kapal Selam

Kapal selam mengatur gaya apungnya dengan mengisi tangki ballast dengan air untuk tenggelam dan memompa keluar air untuk naik ke permukaan. Mekanisme ini sepenuhnya bergantung pada prinsip Archimedes.

Teknologi Medis

Dalam beberapa pengukuran komposisi tubuh manusia, hukum Archimedes digunakan untuk menentukan massa jenis tubuh dan persentase lemak tubuh dengan cara pencelupan.

Hidrometer

Alat ini digunakan untuk mengukur massa jenis suatu cairan. Hidrometer akan tenggelam lebih dalam dalam cairan ringan dan kurang tenggelam dalam cairan berat, menunjukkan prinsip gaya apung.

Hukum Archimedes adalah prinsip fundamental dalam fisika yang menjelaskan bagaimana benda-benda berinteraksi dengan fluida, baik itu air, udara, atau gas lainnya, melalui gaya apung.

Gaya apung ini menyebabkan benda dapat mengapung di atas permukaan air atau bahkan tenggelam jika gaya apung lebih kecil dari berat benda tersebut.

Penemuan hukum ini oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani kuno, bukan hanya memberi penjelasan tentang fenomena alami yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, tetapi juga membuka banyak pintu untuk pengembangan teknologi dan berbagai aplikasi praktis dalam berbagai bidang.

Secara sederhana, benda akan mengapung jika gaya apung yang bekerja padanya lebih besar atau sama dengan berat benda itu sendiri.

Sebaliknya, jika berat benda lebih besar dari gaya apung, benda tersebut akan tenggelam.

Fenomena ini terlihat jelas pada benda-benda yang mengapung di air, seperti kapal yang besar sekalipun, yang bisa terapung karena volume air yang dipindahkan cukup besar untuk menghasilkan gaya apung yang cukup kuat.

Hukum ini tidak hanya berlaku pada benda-benda yang mengapung, tetapi juga untuk benda-benda yang tenggelam sebagian atau seluruhnya di dalam air.

Misalnya, jika sebuah benda tenggelam, itu berarti gaya apung yang bekerja tidak cukup untuk mengimbangi berat benda tersebut, namun masih ada interaksi antara benda dan fluida yang memungkinkan kita untuk mengukur massa jenis benda atau mengidentifikasi sifat-sifat fluida tersebut.

Konsep dasar dari hukum ini adalah hubungan antara volume fluida yang dipindahkan oleh benda dan massa jenis fluida itu sendiri.

Misalnya, ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam air, benda tersebut akan menggantikan volume air sesuai dengan bentuk dan ukuran benda tersebut.

Semakin besar volume yang dipindahkan, semakin besar pula gaya apung yang bekerja pada benda tersebut.

Massa jenis fluida juga berperan penting, karena fluida yang lebih padat akan menghasilkan gaya apung yang lebih besar dibandingkan fluida yang lebih ringan. (KIKI)

Baca juga: 50 Soal UAS Matematika Kelas 7 Semester 2 Kurikulum Merdeka