Hukum Archimedes

Disini saya akan memaparkan tentang hukum Archimedes, Kita tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes.

Menurut  Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.

Berdasarkan Persamaan diatas dapat diketahui bahwa besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida, volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi Bumi.

Kita telah mengetahui bahwa suatu benda yang berada di dalam fluida dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Agar Anda dapat mengingat kembali konsep Fisika dan persamaan yang digunakan untuk menyatakan ketiga perisiwa tersebut, pelajarilah uraian berikut.

A. Terapung

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida ( ρ_b < ρ_f ). Massa jenis benda yang terapung dalam fluida memenuhi persamaan berikut.

                                 Atau

Dengan :

              V_bf     = Volume benda yang tercelup dalam fluida (m³),

              V_b     = Volume benda (m³),

              h_bf     = Tinggi benda yang tercelup dalam fluida (m),

              h_b      = Tinggi benda (m),

              ρ_b      = Massa jenis benda (kg/m³), dan

              ρ_f       = Massa jenis fluida (kg/ m³).

Sebuah balok kayu (ρ = 0,6 kg/m³) bermassa 60 g dan volume 100 cm³ dimasukkan ke dalam air. Ternyata, 60 cm³ kayu tenggelam sehingga volume air yang dipindahkan sebesar 60 cm³ ( 0,6 N ).

               sumber : icroso t ncarta, 2004

Gambar : balok kayu bervolume 100 cm³ dimasukkan ke dalam air.

B. Melayang

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida ( ρ_b = ρ_f ).Dapatkah Anda memberikan contoh benda-benda yang melayang di dalam zat cair ?

C. Tenggelam

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida ( ρ_b > ρ_f ).Jika benda yang dapat tenggelam dalam fluida ditimbang di dalam fluida tersebut, berat benda akan menjadi.

                                                 Atau

dengan:

              W_bf      = berat benda dalam fluida (N), dan

              W        = berat benda di udara (N).

           sumber : icroso t ncarta, 2004

Gambar : ( a ) balok aluminium dengan volume 100 cm³ di udara.

( b ) balok aluminium dengan volume 100 cm³ di timbang didalam air.

Perhatikanlah gambar diatas. Aluminium (ρ = 2,7 g/cm) yang bermassa 270 g dan memiliki volume 100 cm³, ditimbang di udara. Berat aluminium tersebut sebesar 2,7 N. Ketika penimbangan dilakukan di dalam air, volume air yang dipindahkan adalah 100 cm³ dan menyebabkan berat air yang dipindahkan sebesar 1 N (m = ρ V dan w = mg). Dengan demikian, gaya ke atas F_A yang dialami aluminium sama dengan berat air yang dipindahkan, yaitu sebesar 1 N. Berat aluminium di dalam air menjadi :

W_bf        = w – F_A

              = 2,7 N – 1 N

              = 1,7 N