RSS

4. Hukum Archimedes

03 Jun

            Sebuah benda ditimbang dengan neraca pegas ( gambar 1.5). Ketika benda ditimbang sambil dicelupkan ke dalam zat cair, ternyata berat benda itu berkurang dibanding ketika ditimbang di udara. Sesungguhnya benda yang dicelupkan ke dalam zat cair tidak berkurang beratnya. Gaya berat benda itu sebenarnya tetap, tetapi pada saat dicelupkan kedalam zat cair, ada gaya ke atas yang dikerjakan zat cair terhadap benda, sehingga berat benda seolah-olah berkurang.


Gambar 1.5 Benda ditimbang dengan neraca pegas.

1. Gaya Keatas

              Seorang ilmuwan Yunani Kuno, Archimedes (287-212 SM) yang pertama kali menyelidiki besar gaya keatas dalam zat cair, sehingga dikenal dengan hukum Archimedes yang berbunyi:
“sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya”.

Gambar Archimedes

Berdasarkan hukum Archimedes, besarnya gaya ke atas (FA) = berat zat cair (fluida) yang dipindahkan Wbf (dengan Wbf = mbf .g):

Dengan:

ρf   = massa jenis fluida yang dipindahkan (kg/m3)

Vbf = volume fluida yang dipindahkan (m3)

= volume benda yang tercelup dalam fluida

g  = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

FA = gaya ke atas atau gaya Archimedes (N)

2. Terapung, Melayang, dan Tenggelam.

          Pada saat benda dicelupkan ke dalam zat cair, ada gaya keatas yang dialami benda, maka jika benda (seperti balok) dimasukkan kedalam zat cair dapat terapung, melayang dan tenggelam. Syarat benda yang terapung, melayang dan tenggelam :

a). Terapung

 Perhatikan gambar 1.6 yang menunjukkan sebuah balok kayu yang terapung pada fluida.


Gambar 1.6 Balok kayu yang terapung pada suatu fluida.

Pada peristiwa mengapung, hanya sebagian volum benda yang tercelup di dalam fluida sehingga volum fluida yang berpindah lebih kecil dari volum total benda yang mengapung.

Karena Vt (volum benda yang tercelup) lebih kecil daripada Vb (volum benda total), maka syarat benda mengapung adalah:

  • gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
  • serta massa jenis benda harus lebih kecil daripada massa jenis fluida atau ρb <  ρf


B). Melayang

Perhatikan gambar 1.7 yang menunjukkan sebuah balok kayu yang melayang pada suatu fluida.

Gambar 1.7 Balok kayu yang melayang pada suatu fluida

Pada peristiwa melayang, volum fluida yang dipindahkan (volum benda yang tercelup) sama dengan volum total benda yang melayang.

Karena Vt (volum benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah:

  • gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
  • massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida atau ρb = ρf

C). Tenggelam

Perhatikan gambar 1.8 yang menunjukkan sebuah batu yang tenggelam pada fluida.

Gambar 1.8 Batu yang tenggelam pada fluida.

Pada peristiwa tenggelam, volum benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volum total benda yang mengapung, namun benda bertumpu pada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana pada benda sebesar N.

Karena Vt (volum benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda tenggelam adalah :

  • gaya apung Fa lebih kecil daripada berat benda w atau Fa < w
  • massa jenis benda harus besar daripada jenis fluida atau ρb > ρf

3. Aplikasi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya pada hidrometer, kapal laut dan kapal selam, balon udara, dan galangan kapal. Berikut ini prinsip kerja alat-alat tersebut.

a). Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hidrometer dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Berikut ini prinsip kerja hidrometer. Hidrometer terapung di dalam cairan, sehingga berlaku:

Gaya ke atas = berat hidrometer

FA  = whidrometer  , dengan berat hidrometer w tetap

Vbf . ρf . g = mg , dengan Vbf = Ahbf

(Ahbf).  ρf . g = mg

Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka dapat dituliskan :

Dengan:
= massa hidrometer (kg),
= luas tangkai (m2),
h
f = tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair (m), dan
ρf = massa jenis zat cair (kg/m3).

b). Kapal Laut dan Kapal Selam

Badan kapal laut sebagian besar terbuat dari besi atau baja. Massa jenis besi atau baja lebih besar daripada massa jenis air. Tetapi mengapa kapal laut dapat terapung?. Agar kapal laut dapat terapung, begian dalam badan kapal laut dibuat berongga. Rongga ini berisi udara yang memilik massa jenis lebih kecil daripada air. Dengan adanya rongga ini, massa jenis rata-rata badan kapal laut dapat dibuat lebih kecil daripada massa jenis air (ρbadan kapal <  ρair). Dengan massa jenis badan kapal yang lebih kecil daripada massa jenis air itu, akan diperoleh berat kapal(w) lebih kecil daripada gaya ke atas (Fa) dari air, sehingga kapal laut dapat tetap terapung di permukaan air.

Gambar Kapal laut yang terapung di permukaan air

Kapal selam memiliki sebuah bagian pemberat (gambar 1.10). Bagian pemberat ini dapat diisi dengan air. Ketika kapal akan menyelam, pemberat ini diisi dengan air sehingga gaya ke atas yang bekerja pada kapal lebih kecil daripada berat kapal, sehingga kapal tenggelam. Untuk muncul kembali ke permukaan, air dalam pemberat dikosongkan.

c). Balon Udara
Ketika balon udara diisi gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara, berat udara yang dipindahkan sama dengan gaya ke atas pada balon. Oleh karena itu, balon terangkat ke atas (gambar 1.11).


Gambar 1.11 Balon Udara

d). Galangan Kapal
Untuk memperbaiki kerusakan kapal pada bagian bawah kapal laut, kapal harus diangkat sampai di atas permukaan laut. Untuk keperluan ini, digunakan galangan kapal. Ketika galangan berisi penuh dengan air, kapal laut bisa masuk ke dalamnya. Ketika kapal sudah berada di galangan, airdi dalam galangan bisa dikeluarkan sehingga galangan kapal naik, dan kapal bisa diperbaiki (gambar 1.12).


 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Juni 3, 2012 in Uncategorized

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: