Hukum Archimedes

Apabila kamu berdiri di dalam kolam renang yang sedang diisi oleh 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 kedalam 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.

F_A = W_u - W_a

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 ini dikenal dengan hukum Archimedes yang menyatakan bahwa “Apabila suatu benda dicelupkan kedalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapatkan gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut”.

Secara matematis ditulis sebagai berikut :

F_A = W_f

karena                                                 W_f = m_fg

dan                                                      m_f = ρ_fV

maka                                                   W_f = ρ_fVg

Dengan :          F_A = gaya apung                      (N)

                        ρ_f = massa jenis zat cair           (kg/m³)

                        V = volume benda                   (m³)

                         g = 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 daripada 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 akan mengapung artinya massa jenis telur lebih kecil daripada massa jenis air.

           Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besarnya massa jenis air garam lebih besar daripada air tawar. Hal inilah yang menyebabkan tubuhmu lebih muda mengapung di atas air laut daripada di air tawar. Jadi, keadaan benda di dalam air dapat disimpulakan sebagai berikut :

a.      Benda terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair ρ_β < ρ_α

b.      Benda melayang jika massa jenis benda sama besar dari massa jenis zat cair ρ_β = ρ_α

c.       Benda tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair ρ_β > ρ_α

Beberapa teknologi yang memanfaatkan prinsip Archimedes sebagai berikut :

a.      Kapal selam

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

b.      Hidrometer

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. 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.       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.