Hukum Archimedes

Apabila kamu berdiri di dalam kolam renang yang sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut kamu akan merasa seolah-olah badanmu semakin ringan. Bahkan apabila air kolam sudah sampai kepala, kamu dapat terapung. Prinsip ini biasa juga digunakan agar kapal laut terapung di permukaan air. Supaya kamu dapat merancang sebuah kapal laut, tentu kamu 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 yang lebih kecil. Peristiwa ini tentu bukan berarti ada massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil percobaan, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (F_A). Ternyata gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air.

F_A= W_u–W_a (11–8)

dengan: 

F_A = gaya apung atau gaya ke atas (N)

W_u = gaya berat benda di udara (N)

W_a = gaya berat benda di dalam air (N)

Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa :

Apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. 

Secara matematis ditulis sebagai berikut.

Dengan: 
F_A = gaya apung (N)
ρf = massa jenis zat cair (kg/m³)
V = volume zat cair yang didesak atau volume benda yang tercelup (m³)
g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s²)

Benda di dalam zat cair dapat berada pada tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Telur tenggelam menunjukkan bahwa berat telur lebih besar dari gaya ke atas yang bekerja padanya. Hal ini karena massa jenis telur lebih besar dari pada massa jenis air. Ketika garam dimasukkan ke dalam air sehingga telur melayang, massa jenis air sama dengan massa jenis telur. Jika garam ditambahkan lagi maka telur menjadi terapung, artinya massa jenis telur lebih kecil dari massa jenis air.

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa besarnya massa jenis air garam lebih besar daripada air tawar. Hal inilah yang menyebabkan tubuhmu lebih mudah mengapung di atas air laut daripada di air tawar. Jadi, keadaan benda di dalam air dapat disimpulkan sebagai berikut.
a. Benda terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair. ρ_{b <}ρ_a
b. Benda melayang jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair. ρ_b= ρ_a

c. Benda tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. ρ_b > ρ_a

Tuhan telah menetapkan hukum alam bahwa air memiliki gaya apung yang dikenal dengan prinsip Archimedes. Beberapa teknologi yang memanfaatkan prinsip ini adalah kapal selam, balon udara, hidrometer, dan jembatan ponton.

a. Kapal Selam

Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam. Pada badan kapal selam terdapat bagian yang dapat diisi udara dan air. Ketika kapal selam ingin terapung maka bagian tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.

b. Hidrometer

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Biasanya alat ini digunakan oleh usaha setrum accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu sudah tidak bisa digunakan maka harus diukur dengan hidrometer. Cara menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan nilai massa jenis dari zat cair tersebut.

c. Jembatan Ponton

Di pelabuhan kamu dapat melihat jembatan yang terbuat dari drum-drum besar yang mengapung di atas air. Jembatan ini disebut jembatan ponton. Drum-drum itu biasanya terbuat dari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair.

d. Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer sehingga balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas, misalnya diisi udara yang dipanaskan.

Label :IPA