Konsep Gaya Archimides dan Aplikasinya

Dalam kehidupan sehari-hari sering kali kita melihat fenomena tenggelam, melayang, dan terapung. Apa yang menyebabkan benda-benda tersebut mengalami keadaan tersebut dalam suatu cairan tertentu? Penyebabnya adalah massa jenis zat dan massa jenis cairan. Secara lebih detil peristiwa tersebut dapat dibahas mengunakan prinsip Archimides. Suatu sejarah yang menarik bahwa seorang Archimides ditantang untuk menentukan apakah sebuah mahkota terbuat dari emas asli atau tidak? "Eureka" adalah sebuah kata yang terlontar dari Archimides ketika berhasil menentukan metode yang tepat untuk menentukan massa jenis mahkota tersebut. Salah satu aplikasi dari prinsip ini adalah aplikasi pada kapal selam. Dengan menyesuaiakan jumlah air dan udara dalam kapal, kapal dapat berada dalam keadaan melayang atau tenggelam.

Marilah kita pahami konsep gaya apung yang bekerja pada benda yang berada dalam fluida. Untuk lebih konkrit marilah kita tinjau sebuah bejana yang diisi  dengan air. Kemudian sebuah benda ditimbang di udara dan didalam air yang ada dalam bejana tersebut.

Hasil pengukuran neraca pegas untuk benda yang ditimbang diudara (a) lebih besar daripada penunjukkan neraca pegas untuk benda yang ditimbang dalam air (b). Ini artinya air memberikan gaya ke atas pada benda untuk mengimbangi berat benda. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya Archimides yang bekerja pada benda yang tercelup dalam zat cair. Gaya ini besarnya sama dengan selisih berat benda diudara dengan berat semu benda dalam zat cair dan gaya ini pula sama besarnya dengan berat cairan yang dipindahkan akibat adanya benda.

FA menunjukkan gaya apung, Wu menunjukkan berat benda diudara, Wzc menunjukkan berat semu benda dalam zat cair, rho massa jenis fluida, dan Vbt menunjukkan volume benda yang tercelup dalam cairan.

Kaji-1: Sebuah benda terbuat dari logam tertentu ditimbang dengan menggunakan neraca pegas mempunyai berat 10N. Benda yang sama ditimbang dalam cairan tertentu dan neraca menunjukkan 2N. Jika benda tersebut berbentuk kubus dengan sisi 10 cm, tentukanlah massa jenis cairan yang digunakan!

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Massa jenis zat cair dapat ditentukan dengan persamaan gaya Archimides sebagai berikut.



 

Latih-1: Sebuah benda terbuat dari logam tertentu ditimbang dengan menggunakan neraca pegas mempunyai berat 10N. Benda yang sama ditimbang dalam cairan tertentu dan neraca menunjukkan 8N. Jika benda tersebut berbentuk kubus dengan sisi 10 cm, tentukanlah massa jenis cairan yang digunakan!

Kaji-2: Sebuah bongkahan es terapung di lautan dengan volume yang berada diudaranya 10 persen dari volume total es. Jika massa jenis air laut adalah 1000 kg/meter kubik, tentukanlah massa jenis dari es tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Sketsa permsalahan dapat digambarkan sebagai berikut.

Massa jenis es dapat dihitung dengan melihat kesetimbangan gaya yaang bekerja pada es.



 



Latih-2: Sebuah bongkahan es terapung di lautan dengan volume yang berada diudaranya 20 persen dari volume total es. Jika massa jenis es adalah 600 kg/meter kubik, tentukanlah massa jenis dari air laut tersebut!

Kaji-3: Perhatikanlah sistem seperti pada gambar di bawah ini.Sebuah benda ditimbang diudara mempunyai berat 0.2N.

Ketika benda ditimbang dalam keadaan seperti pada gambar, berat semua benda adalah 0.8N. Jika kerapatan air adalah 1000 kg/ meterkubik. Tentukanlah kerapatan atau massa jenis benda tersebut!

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Karena benda lebih kecil massa jenisnya dari air. Gaya apung benda nilainya akan sama dengan jumlah berat benda diudara dengan berat semu di air.





Latih-3: Sebuah benda ditimbang seperti keadaan di atas mempunyai berat benda diudara 0.4N. Jika massa jenis benda adalah 400 kg/meter kubik dan massa jenis air 1000 kg/meter kubik, tentukanlah berat semua benda ketika ditimbang dalam air!