GAYA APUNG dan HUKUM ARCHIMEDES

Melalui materi pembelajaran di blog ini, Sobat elpedia akan mampu:

1. Siswa memahami konsep Gaya Apung
2. Siswa memahami konsep Gaya Archimedes
3. Siswa memahami konsep Gaya Apung Pada Kapal

Ketika suatu benda dimasukkan dalam air, beratnya seperti berkurang. Ini disebabkan oleh gaya apung (F_a) yang mendorong benda keatas atau berlawanan dengan arah berat benda.

Secara sistematis, dapat dituliskan :

F_a = W_u – W_a
Sehingga,
W_a = W_u – F_a

dengan :
F_a  = gaya apung (N)
W_a = berat benda di air (N)
W_u = berat benda di udara (N)

Berikut gaya pada batu yang tenggelam :

Contoh Soal:
Sebuah benda yang ditimbang di udara sebesar 12 N tetapi saat ditimbang di air ternyata beratnya tinggal 8 N. tentukan gaya angkat yang dialami benda tersebut!

Penyelesaian:
W_u = 12 N
W_a = 8 N
ρ_a = 1 gr/cm³ = 1000 kg/m³ = 10³ m³
g = 10 m/s²

Hitung gaya angkat yang dilakukan oleh fluida yakni:
F_a= W_u – w_a
F_a = 12 N – 8 N
F_a = 4 N

Hukum Archimedes : jika benda dicelupkan kedalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut.

Menurut Archimedes, benda lebih ringan bila diukur dalam air daripada diukur diudara, karena di dalam air benda mendapat gaya keatas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah :

W = m × g
dan
m = ρ × V

Sehingga berat air yang didesak benda adalah :

W = ρ × g × V

Berarti, menurut Archimedes, besar gaya keatas adalah :

F_a = ρ × g × V

Dengan :
F_a = gaya apung (N)
ρ  = massa jenis zat cair (kg/m³)
g  = percepatan gravitasi (m/s²)
V  = volume zat cair yang dipindahkan (m³)

Contoh Soal:
Sebuah besi yang volumenya 0,02 m³ tercelup seluruhnya di dalam air. Jika massa jenis air 10³ kg/m³, maka hitunglah gaya ke atas yang dialami besi tersebut!

Penyelesaian:
V = 0,02 m³ = 2x10^-2 m³
ρ = 10³ kg/m³
g = 10 m/s²

Gaya ke atas atau gaya angkat yang dialami besi dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

F_a = ρ.g.V
F_a = (10³)(10)(2x10^-2)
F_a = 200 N

Jadi, gaya ke atas yang dialami besi tersebut adalah 200 N

Hukum Archimedes digunakan sebagai pembuatan dasar kapal laut dan kapal selam. Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (F_a).

Jika gaya apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan terapung.
F_a > W

Jika gaya apung lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam.
F_a < W

Jika gaya apung maksimum sama dengan gaya berat maka benda akan melayang.
F_a = W

Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada dibawah permukaan zat cair.

Kapal laut dapat terapung karena ketika diletakkan secara tegak di lautan, kapal laut dapat memindahkan banyak air laut, sehingga kapal laut mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat kapal laut. Berikut struktur kapal laut di air :

Kapal selam dapat terapung, melayang dan tenggelam di laut karena berat kapal selam dapat diperbesar dengan cara memasukkan air kedalam badan kapal dan dapat diperkecil dengan cara mengeluarkan air dari badan kapal. Ketika kapal selam akan tenggelam, air laut dimasukkan ke penampungan badan kapal.

Berat kapal selam menjadi lebih besar daripada gaya keatas sehingga kapal selam tenggelam. Agar tidak tenggelam terus, air dalam badan kapal dikeluarkan dari penampungan sehingga berat kapal selam sama dengan gaya keatas dan kapal selam melayang dalam air.

Saat kapal selam akan mengapung, air di penampungan badan kapal dikeluarkan sehingga volume kapal selam menjadi lebih kecil dari gaya keatas dan kapal selam dapat mengapung. Berikut mekanisme keluar masuknya air di badan kapal selam :

Untuk memperkuat pemahaman sobat elpedia, Jawab Pertanyaan Berikut!

SOAL 1

Sebuah drum besi dapat mengapung di dalam air disebabkan oleh ....

A.	massa jenis seluruh drum lebih kecil daripada massa jenis air
B.	massa jenis seluruh drum lebih besar daripada massa jenis air
C.	massa jenis bahan pembuat drum lebih kecil daripada massa jenis air
D.	massa jenis bahan pembuat drum lebih besar daripada massa jenis air

SOAL 2

Teknologi berikut ini yang tidak menggunakan prinsip Archimedes adalah ....

A.	hidrometer
B.	balon udara
C.	dongkrak mobil
D.	jembatan ponton

SOAL 3

Perhatikan gambar berikut!

Sebuah benda memiliki berat 50 N, ketika ditimbang di dalam air beratnya hanya 45 N, maka gaya ke atas yang menekan benda sebesar ....

A.	5 N
B.	25 N
C.	45 N
D.	50 N

SOAL 4

Jika sebuah ember di timbang di atas udara sekitar 50 N akan tetapi setelah di timbang dalam air beratnya berubah menjadi 30 N. Maka gaya angkat yang dialami ember tersebut adalah ....

A.	10 N
B.	20 N
C.	30 N
D.	40 N

SOAL 5

Menurut Archimedes setiap benda yang dimasukan ke dalam zat cair akan mengalami gaya keatas yang nilainya ....

A.	Sama dengan volume benda tersebut
B.	Lebih ringan dari massa benda
C.	Sama dengan berat zat cair yang di pindahkan
D.	Sama dengan berat benda tersebut