Gaya angkat fluida memiliki nama lain yang disebut sebagai hukum Archimedes. Hukum ini membahas benda yang mengapung, melayang, atau tenggelam di dalam zat cair. Konsep ini juga diterapkan di dalam kehidupan sehari-hari. Berikut pengertian, rumus, penerapan dan contoh soal:
Hukum Archimedes Adalah
Archimedes membahas tentang sebuah prinsip mengapungnya benda di atas zat cair. Hal ini merincikan tentang benda yang bisa saja tenggelam, melayang, atau mengapung. Peristiwa ini terjadi karena adanya gaya ke atas yang dihasilkan oleh zat cair itu sendiri.
Prinsip hukum ini juga menyatakan bahwa benda yang mengapung dalam zat cair atau fluida berarti memiliki massa jenis yang lebih kecil daripada zat cair. Selain besar massa jenisnya, maka benda akan melayang hingga tenggelam ke dasar zat fluida.
Bunyi Hukum Archimedes
Archimedes hanya mempunyai satu hukum yang berbunyi “Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair mengalami gaya ke atas. Besarnya gaya tersebut sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”.
Penjelasan bunyi hukum tersebut tidak berarti bahwa berat benda akan berkurang atau menjadi enteng. Peristiwa mengapungnya benda disebabkan oleh adanya gaya yang berlawanan dengan gaya tarik bumi. Dengan kata lain, gaya apung adalah selisih gaya antara benda dengan fluida.
Penerapan Hukum Archimedes
1. Kapal Pesiar
Sebuah kapal pesiar memiliki berat hingga ratusan ribu ton. Kapal yang bisa menampung ribuan orang ini bisa mengambang di laut meski kerangkanya jelas menggunakan besi. Tanpa adanya gaya angkat air laut, tentunya kapal berukuran raksasa ini akan tenggelam.
Kapal pesiar memiliki dua badan yang akan tenggelam dan terapung. Keduanya akan memiliki porsi yang sama. Berat besi yang dipindahkan akan membuat air mengangkat badan kapal pesiar, sebanding dengan badan yang tercelup.
2. Kapal Selam
Kapal selam memiliki prinsip yang berbeda dengan kapal biasa. Untuk bisa menyelam, maka massa bendanya harus lebih besar daripada massa laut. Itu sebabnya, kapal selam memiliki sebuah ruang cadangan. Ruang tersebut akan diisi oleh air laut.
Untuk bisa tenggelam lebih dalam, maka kapal selam akan mengisi dirinya dengan air laut. Semakin dalam, maka porsi air laut yang masuk ke ruang cadangan akan semakin besar. Sebaliknya, air laut akan dikeluarkan dari ruang cadangan apabila kapal selam hendak naik ke atas.
3. Jukung
Jukung atau perahu menerapkan hukum ini, yakni Archimedes. Jukung umumnya terbuat dari kayu dan digunakan oleh para nelayan tradisional untuk menangkap ikan. Nelayan tidak akan bisa mengandalkan kayu gelondongan untuk dijadikan perahu karena akan tenggelam.
Jukung didesain dengan permukaan bagian bawahnya yang lebar. Bagian tersebut akan memperoleh gaya angkat dari air. Sementara bagian atasnya tentu akan dibuat kopong sehingga jukung menjadi ringan. Dengan begitu, jumlah fluida yang dipindahkan juga menjadi lebih besar.
4. Jembatan Ponton
Jembatan ponton akan sering ditemukan di pedesaan. Jenis jembatan ini terbuat dari drum-drum kosong yang disusun di atas air, biasanya sungai. Drum-drum kosong memiliki massa yang ringan, sehingga akan terangkat di atas sungai. Drum akan diikat menyerupai sebuah jembatan.
Rumus Hukum Archimedes
1. Rumus Umum
Fa = ρ g v
Keterangan:
Fa : gaya angkat ke atas
Ρ : massa jenis fluida
g : gravitasi bumi
v : volume
2. Benda Tenggelam
W > Fa
m . g > ρZC . Vb . g
ρb . Vb . g > ρZC . Vb . g
ρb > ρzc
Keterangan:
W : gaya berat benda
Fa : gaya berat archimedes
ρb : massa jenis benda
ρZC : massa jenis zat cair
3. Benda Melayang
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . Vb . g
ρb = ρzc
W : gaya berat benda
Fa : gaya berat archimedes
ρb : massa jenis benda
ρZC : massa jenis zat cair
4. Benda Terapung
ρb . Vb. g = ρZC . V2 . g
ρb . Vb= ρZC . V2
ρb < ρZC
ρb : massa jenis benda
ρZC : massa jenis zat cair
Contoh Soal Hukum Archimedes
Agar lebih memahami tentang hukum satu ini, ada baiknya jika mempelajarinya langsung dengan mengerjakan soal. Berikut contoh soal yang bisa dicoba untuk dipecahkan:
- Sebuah batu memiliki berat dengan total 10 Newton. Saat dimasukkan ke dalam minyak, berat batu tersebut menjadi 6 Newton. Diketahui massa jenis minyak tersebut adalah 0,8 gr/cm3 dan gravitasi 9,8 m/s2. Massa batu tersebut dalam kg/m3 adalah?
- Sebuah benda yang pejal memiliki volume 0,7 m3, kemudian benda tercelup ke dalam fluida dengan massa jenis 1.500 kg/m3. Apabila gravitasinya adalah 10 m/s2, maka berapa gaya yang mengalami gaya angkat ke atas?
- Sebuah balok kayu mengapung di dalam fluida. Bagian yang tercelup hanyalah 2/3-nya saja. Massa balok tersebut adalah 0,6 gr/cm3. Hitunglah massa jenis fluida tersebut dalam besaran kg/m3 menggunakan hukum Archimedes.
- Sebuah gumpalan es mengapung di dalam sebuah bejana. Massa jenis es tersebut adalah 900 kg/m3. Bagian volume yang tercelup hanyalah 0,18 m3 saja. Diketahui massa jenis air adalah 1.000kg/m3, maka berapa volume keseluruhan es dalam m3?
- Sebilah balok memiliki massa jenis 750 kg/m3. Tinggi balok tersebut adalah 30 cm. Balok mengapung di atas air yang massa jenisnya sebesar 1.200 kg/m3. Berapa tinggi balok yang terlihat muncul di permukaan air dalam cm?
Hukum Archimedes tak hanya tentang penyelesaian soal menggunakan rumus saja. Penerapannya cukup banyak digunakan, sehingga membantu kehidupan sehari-hari. Dengan mengetahui konsep hukum ini, siapapun bisa menciptakan terapan baru yang berguna untuk kehidupan.
