Ketika menjatuhkan sebuah benda ke dalam wadah berisi air, pernahkah kamu berpikir mengapa ada benda yang tenggelam, terapung, dan mengambang di air. Peristiwa semacam itu sering kali terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Secara tidak langsung, peristiwa tersebut memiliki kaitan dengan hukum Archimedes.
Lalu, hukum seperti apakah itu? Mari simak penjelasan dan bagaimana penerapan hukum tersebut dalam kehidupan sehari-hari di bawah ini!
Daftar ISI
Apa Itu Hukum Archimedes?
Hukum Archimedes merupakan suatu prinsip yang berkaitan dengan pengapungan di atas zat cair. Pengertian lengkapnya adalah suatu prinsip yang menjelaskan mengenai besar gaya dorong yang dihasilkan suatu benda memiliki massa yang sama dengan zat cair.
Proses tersebut pada akhirnya menyebabkan terjadinya gaya apung. Gaya apung sendiri dapat diartikan sebagai gaya ke atas suatu benda yang masuk ke dalam air, yang terjadi akibat massa benda yang berkurang. Hal itu menyebabkan setiap benda yang masuk ke dalam air memiliki berat yang berbeda dengan yang ada di darat.
Sejarah
Awal mula terbentuknya hukum Archimedes adalah tahun 287-212 sebelum Masehi. Hukum ini dicetuskan oleh ilmuwan besar di Yunani pada masa itu yang bernama Archimedes. Archimedes merupakan ilmuwan yang menguasai berbagai bidang ilmu pengetahuan.
Raja Hiero II yang berkuasa pada masa itu memerintah Archimedes untuk membuktikan kemurnian emas di mahkota milik raja. Merasa stress memikirkan jawaban dari sang raja, Archimedes menceburkan dirinya ke dalam bak mandi yang berisi air.
Peristiwa tersebut membuat Archimedes menyadari bahwa ketika ia masuk ke dalam bak, sebagian besar air di dalamnya bertumpahan ke lantai. Archimedes mengulang kejadian tersebut beberapa kali dan mendapatkan ilham dari peristiwa ketidaksengajaan tersebut.
Archimedes akhirnya melakukan percobaan terkait pertanyaan raja, ia memasukkan mahkota raja ke wadah berisi air. Setelah itu, volume air berubah dan akibat perubahan tersebut, Archimedes bisa menentukan massa jenis mahkota itu.
Archimedes lalu membandingkan massa jenis mahkota tersebut dengan massa jenis dari emas murni melalui percobaan itu. Hasilnya, keduanya memiliki massa jenis yang berbeda. Hal ini mengartikan bahwasanya kandungan emas pada mahkota raja tidak murni.
Bunyi Hukum
Hukum Archimedes memiliki bunyi, “bahwasanya memasukkan benda ke dalam suatu zat cair akan menyebabkan benda mendapat tekanan ke atas sebesar massa zat cair yang berpindah akibat benda tersebut”.
Syarat Hukum Archimedes
Terdapat tiga syarat atau keadaan yang terjadi pada prinsip Archimedes, yakni:
1. Mengapung
Keadaan benda mengapung terjadi apabila suatu benda berada di permukaan air. Hal ini terjadi akibat massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda tersebut. Contohnya ketika styrofoam yang dimasukkan ke dalam air akan mengapung di permukaan.
2. Melayang
Keadaan suatu benda melayang terjadi apabila posisi benda tersebut di bawah permukaan air dan di atas dasar air. Hal ini terjadi akibat massa jenis zat cair sama besarnya dengan massa jenis benda. Contohnya pada ikan yang hidup di dalam kolam. Ikan tidak tenggelam, karena menerapkan prinsip ini.
3. Tenggelam
Benda tenggelam terjadi ketika posisi benda berada tepat di dasar air. Hal ini terjadi karena massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. Contohnya batu yang tenggelam di dasar kolam.
Rumus Hukum Archimedes
Terdapat tiga hal yang dapat mempengaruhi gaya Archimedes pada suatu benda, yaitu:
1. Massa Jenis Zat Cair ( ρ)
Semakin besar massa jenis zat cair, maka akan menghasilkan gaya tekan ke atas yang besar pula. Hal sebaliknya juga terjadi ketika massa jenis zat cair kecil.
2. Volume Benda (v)
Volume benda yang besar akan mengakibatkan gaya tekan ke atas juga besar. Sebaliknya, apabila volume benda berukuran kecil, maka gaya tekan ke atas juga kecil.
3. Gravitasi Benda (g)
Prinsipnya, semakin besar gravitasi benda, maka akan menghasilkan gaya tekan ke atas yang besar pula. Sebaliknya, gaya gravitasi benda yang kecil mengakibatkan gaya tekan ke atas semakin kecil.
Berdasarkan tiga hal di atas, menghasilkan rumus prinsip Archimedes sebagai berikut:
Fa= ρ x g x V
Keterangan:
Fa = gaya Archimedes (N)
ρ = massa jenis zat cair (Kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
V= volume (m³)
Contoh Soal
Berikut beberapa contoh soal mengenai hukum Archimedes beserta penjelasan lengkapnya:
1. Contoh Soal Pertama
Sebuah kayu tercelup seluruhnya dalam minyak. Kayu tersebut memiliki volume sebesar 5 m³, sedangkan minyak tanah memiliki massa jenis sebesar 500 kg/m³. Berapakah gaya angkat yang dialami benda tersebut?
Penyelesaian:
Volume balok (V) = 5 m³
Percepatan gravitasi (g) = 10 N/ Kg
Massa jenis minyak (ρ)= 500 kg /m³
Gaya angkat (Fa) = ?
Jawab:
Fa = ρ x g x V= 500 kg/ m³ x 10 N/kg x 5 m³= 25.000 N
2. Contoh Soal Kedua
Sebuah bola tercelup seluruhnya dalam air. Bila air memiliki massa jenis sebesar 1.000 kg/m³ dan gaya angkat yang dialami bola 0,4 N. Berapakah volume bola?
Penyelesaian:
Gaya angkat (Fa) = 0,4 N
gravitasi (g) = 10 N/ Kg
Massa jenis air (ρ) = 1.000 kg /m³
volume (V) = …?
Jawab:
Fa = ρ x g x V
0,4 N = 1.000 kg/m³ x 10 N/ Kg x V
0,4 N = 10.000 x V x N/m³
0,4 N = 10⁴ x V x N/m³
V = 0,4 N x 10⁴ N/ m³
V = 4 x 10³ m³
V = 4.000 m³
3. Contoh Soal Ketiga
Pada sebuah wadah penuh terisi air, dimasukkan sepotong besi 3 cm³. Peristiwa tersebut mengakibatkan sebagian air tumpah. Berapa massa air yang tumpah?
Penyelesaian:
Volume besi (V) = 3 cm³ = 3 x 10⁻⁶ m³
Gaya gravitasi besi (g) = 10 m/s²
Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m³
Massa air yang tumpah (m)?
Jawab:
W = Fa
m x g = ρ x g x V
m = ρ x V
m = 1000 .x 3 x 10⁻⁶
m = 3 x 10⁻³ kg
m = 3 gram
Penerapan Hukum Archimedes
Dalam kehidupan sehari-hari, dapat ditemui penerapan hukum Archimedes tanpa kamu sadari. Berikut beberapa benda yang menerapkan prinsip hukumnya:
1. Kapal
Pembuatan kapal mengikuti prinsip Archimedes, bahwasanya sebagian dari kapal memiliki rongga di dalamnya. Rongga ini berfungsi untuk menjaga kepadatan kapal agar lebih rendah dari air.
Hal ini mengakibatkan berat kapal menjadi lebih kecil dari berat air, sehingga kapal dapat mengapung di permukaan air.
2. Ikan
Ikan juga menggunakan prinsip Archimedes untuk dapat berenang dan hidup di dalam air. Faktanya, ikan memiliki kantong renang yang membantu mengontrol gaya apung.
Kantong renang tersebut akan diisi dengan udara, supaya ikan dapat naik ke permukaan air. Hal itu terjadi karena volumenya bertambah dan air yang berpindah bertambah banyak, sehingga daya apungnya juga meningkat.
Sedangkan untuk menyelam, ikan akan melepas udara dari kantong renangnya untuk mengurangi volumenya. Hal ini menyebabkan gaya apung yang bekerja juga berkurang.
3. Kapal Selam
Kapal selam bekerja dengan melakukan tiga keadaan, yaitu melayang, mengapung, dan tenggelam. Desain dari kapal selam membuatnya dapat mengatur massa jenisnya dan menyesuaikan dengan air laut.
Di dalam kapal selam terdapat tangki air yang berfungsi untuk mengatur massa jenisnya di dalam air, dengan cara membuat jalur keluar masuk air untuk menambah dan mengurangi massanya.
4. Balon Udara
Balon udara juga memanfaatkan hukum Archimedes dalam prosesnya. Panas api yang ada di balon udara berfungsi untuk memperkecil massa jenis benda dari massa jenis udara. Sehingga, balon dapat naik ke atas udara.
5. Berenang
Tanpa kamu sadari, berenang juga menerapkan prinsip Archimedes. Saat berenang, terdapat gaya ke atas yang mempengaruhi massa tubuh. Perenang memanfaatkan tekanan di atas dengan gerakan, sehingga massa jenis air lebih besar dari massa jenis air yang menyebabkan perenang dapat mengapung.
Sudah Lebih Paham dengan Hukum Archimedes?
Nah, itulah penjelasan mengenai hukum Archimedes beserta contoh soal dan penjelasannya. Berdasarkan penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa terdapat sebab dan akibat yang mempengaruhi suatu benda dalam mengalami kondisi tertentu. Seperti yang terjadi ketika suatu benda tenggelam, menyelam, dan mengapung.
Dengan memahami hukum ini, juga dapat mempermudah kamu saat belajar mata pelajaran Fisika. Nah, agar lebih mudah dalam menghitung rumusnya, kamu bisa menggunakan kalkulator scientific.
