hukum archimedes dan aplikasinya

BAB I

PNDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Apabila Anda berdiri di dalam kolam renang yg sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut Anda akan merasa seolah-olah badanmu semakin ringan. Bahkan apabila air kolam sudah sampai kepala, Anda dapat terapung. Prinsip ini biasa juga digunakan agar kapal laut terapung di permukaan air. Supaya Anda dapat merancang sebuah kapal laut, tentu Anda harus tahu hukum alam yang terjadi pada peristiwa tersebut.

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Hal ini terlihat dari penunjukkan neraca pegas yg lebih kecil. Peristiwa ini tentu bukan berarti ada massa benda yg hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yg mendorong benda yg arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Gaya apakah itu? Seorang ahli Fisika yg bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yg sama dengan hasil percobaan Anda, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air.

1.2  Rumusan Masalah

1.         Deskripsikan Keadaan Benda berdasarkan Hukum Archimedes?

2.         Bagaimana pengaplikasian Hukum Archimedes?

1.3  Tujuan

1.         Mendeskripsikan Keadaan Benda berdasarkan Hukum Archimedes.

2.         Menjelaskan aplikasi dari Hukum Archimedes.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1              Hukum Archimedes

Konsep Hukum Archimedes adalah menjelaskan adanya gaya yang mempengaruhi benda pada zat cair. Zat cair mempunyai kemampuan memberikan tekanan kepada benda-benda disekitarnya. Selain itu, zat cair juga mempunyai gaya yang diberikan ke benda-benda di sekitarnya.

Pernahkah kamu berenang? ketika kamu berada di dalam air kamu merasakan tubuhmu menjadi lebih ringan, jika kamu berada di kolam yang kedalamannya sama dengan tinggi badanmu maka secara otomatis badanmu akan mengapung Mengapa hal itu dapat terjadi? hukum Archemedes merupakan salah satu hukum tentang tekanan hidrostatis yang dikemukakan oleh Archimedes seorang ahli matematika yang hidup 2 abad sebelum masehi.

Bunyi hukum Archimedes ” ketika sebuah benda di celupkan atau dimasukkan ke dalam suatu zat cair maka benda tersebut akan mendapat gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat yang dicelupkan”.
Gaya apung mengakibatkan berat benda ketika berada di dalam zat cair menjadi berkurang, sehingga benda yang diangkat di dalam zat cair terasa lebih ringan dibandingkan diangkat di darat. Hal ini disebabkan adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda, sehingga resultan gaya antara gaya berat dan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Berat benda ketika berada di dalam zat cair disebut berat semu karena bukan berat benda yang sebenarnya.
Rumus hukum Archimedes :

Ws = W – Fa

Dimana
Ws : berat benda di dalam zat cair (Kg⋅m/s2)

W : berat benda yang sebenarnya (Kg⋅m/s2)

Fa :  gaya apung (N)

Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yg didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yg didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yg menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yg besarnya sama dengan berat zat cair yg didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Maksud dipindahkan yaitu volume zat cair “terdesak” karena kehadiran benda tersebut. Besar zat cair yang dipindahkan atau terdesak sama dengan volume benda yang dicelupkan/tenggelam kedalam zat cair tersebut.

Besarnya gaya apung (Fa) dirumuskan:

FA = ρcair.V.g

dengan:

FA = gayaapung (N),

ρcair = massajenis zat cair (kg/m3),

V = volume zat cair yg didesak atau volume benda yang tercelup (m3),

g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s2). 

Ada 3 Keadaan Benda berdasarkan Hukum Archimedes yaitu:

1.    Terapung

Benda akan terapung jika massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda sehingga benda di atas permukaan zat cair.

Gambar 1. Benda terapung

Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu Fa dan W, dalam keadaan setimbang maka:

W< Fa

ρ_b. V_b . g < ρzc . V₂ . g

ρ_b . V_b < ρzc . V₂

karena V_b <V_2, maka : ρb < ρzc

Syarat benda terapung yaitu massa jenis benda lebih kecil dibandingkan massa jenis fluida.

2.    Melayang

Benda akan melayang jika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda sehingga posisi benda berada diatas dasar zat cair dan dibawah permukaan zat cair.

Gambar 2. Benda melayang

 Pada saat melayang, besarnya gaya apung Fa sama dengan berat benda (w).

W = Fa

ρ_b. V_b . g = ρ_zc . V_b . g

ρ_b = ρ_zc

Pada peristiwa benda melayang, volum benda yang tercelup = volume benda total.  

Syarat benda melayang yaitu:

a.       Massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida.

b.      Berat benda sama dengan gaya Archimedes.

c.       Semua benda tercelup dalam fluida sehingga volume benda yang tercelup sama dengan volume benda seluruhnya.

d.      Pada saat benda tepat pada dasar bejana, benda tidak menekan pada dasar bejana.

3.    Tenggelam

Benda akan tenggelam jika massa jenis zat cair lebih kecil dari massa jenis benda sehingga posisi benda berada pada dasar tempat zat cair.

Gambar 3. Benda tenggelam

Pada saat tenggelam, besarnya gaya apung Fa lebih kecil daripada berat benda (w). Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu:

W = gaya berat benda

Fa = gaya archimedes

N = gaya normal bidang

Dalam kaeadaan setimbang maka W = N + Fa sehingga:

W > F_a

m . g > ρ_{zc .} V_{b .} g

ρ_b . V_{b .} g > ρ_zc . V_b

ρ_b > ρ_zc

ρ_b = massa jenis benda

ρ_zc = massa jenis zat cair

Syarat benda tenggelam yaitu:

a.       Massa jenis benda besar dibandingkan massa jenis fluida.

b.      Berat benda lebih besar dibandingkan gaya archimedes.

c.       Semua benda tercebur didalam fluida.

Benda menekan pada dasar bejana.

2.2              Aplikasi Hukum Archimdes

1.        Kapal Selam

Pada kapal selam dimana kapal dapat melayang ( tidak tenggelam tidak juga mengapung). Ini dikarenakan perbedaan massa jenis air garam dengan benda. Karena massa jenis air laut umumnya sama maka berat kapal selam sudah didisain sedemikian rupa agar kapal bisa melayang.

2.        Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Alat ini berbentuk tabung yang berisi pemberat dan ruang udara sehingga akan terapung tegak dan stabil seketika. Nilai massa jenis cairan dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair.

3.        Kapal Laut

Badan kapal yang terbuat dari besi berongga, ini menyebabkan volum air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Jadi massa jenis rata–rata besi berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut. Oleh karena itu kapal itu mengapung.

4.        Jembatan proton

Jembatan proton merupakan jembatan yang tersusun dari drum kosong. Drum kosong berisi udara ditutup rapat sehingga massa jenis drum lebih kecil dari massa jenis zat cair yang menyebabkan drum terapung.  

5.        Balon udara

Agar dapat terbang balon udara harus diisi dengan zat yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara.

BAB III

PENUTUP

3.1              KESIMPULAN

Bunyi hukum Archimedes ”ketika sebuah benda di celupkan atau dimasukkan ke dalam suatu zat cair maka benda tersebut akan mendapat gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat yang dicelupkan”. Ada 3 Keadaan Benda berdasarkan Hukum Archimedes yaitu terapung, melayang dan tenggelam. Adapun pengaplikasian hukum archimedes yaitu kapal selam, hidrometer, kapal laut, jembatan proton dan balon udara.

3.2              SARAN

Semoga makalah ini dapat berguna dan bermanfaat dalam pembuatan makalah selanjutnya dan kami mohon kritik dari pembaca.