Hukum Archimedes: Bunyi, Rumus, Contoh Soal

Ketika kita mengamati sekeliling, kita menemukan bahwa sebuah kapal besar dan berat dapat mengapung di atas air. Padahal, pada saat yang sama ketika sebatang logam dimasukkan ke dalam air, tentu saja logam tersebut akan tenggelam. Ternyata ada konsep fisika yang membahas fenomena tersebut yaitu hukum Archimedes.

Sejarah Hukum Archimedes

Salah satu hukum fisika yang menarik untuk dibahas adalah hukum Archimedes. Hukum Archimedes berbicara tentang fenomena alam yang berkaitan dengan benda-benda dalam zat cair seperti air murni, air asin dan lain sebagainya.

Nama hukum Archimedes sendiri berasal dari penemu teorema ini, Archimedes. Archimedes adalah seorang ilmuwan dan filsuf Yunani yang hidup pada zaman sebelum Masehi, yaitu tahun 287 hingga 212 SM.

Pada suatu ketika, Archimedes diperintahkan oleh Raja Hieron untuk memeriksa apakah emas yang ia gunakan pada mahkotanya terbuat dari emas murni atau terdapat paduan di dalamnya.

Archimedes yang bingung membuktikan apakah mahkota raja itu terbuat dari emas murni, lalu merendamnya dalam bak berisi air. Saat berendam, Archimedes memperhatikan air di bak mandi meluap bahkan tumpah.

Dari fenomena tersebut, Archimedes kemudian mendapat ide untuk menyelesaikan masalah raja tersebut. Archimedes.

Archimedes merumuskan konsep bahwa suatu benda yang tercelup seluruhnya atau sebagian ke dalam air akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda yang terendam tersebut.

Memahami Hukum Archimedes

Bunyi hukum Archimedes adalah:

“Gaya ke atas yang dialami suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.”

Gaya ke atas yang disebut juga gaya apung ini membantu benda agar tidak tenggelam saat dimasukkan ke dalam air.

Misalnya sebuah balok dicelupkan ke dalam zat cair seperti air, maka volume balok yang terendam sebagian adalah Vx, maka fluida yang berpindah karena volume balok yang terendam juga adalah Vx. Dari sini kita dapat menghitung besarnya gaya tekan ke atas yang dirasakan balok:

F_A = W_{cairan yang dipindahkan}

F_A = M_air xg

F_A = ρ_air xg X ay_X

Informasi:

F_A = Gaya tekan atau gaya apung ke atas (N)
ρ_air = Massa jenis zat cair (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (umumnya percepatan gravitasi yang digunakan di bumi adalah 10 m/s²)
ay_X = Volume zat cair yang dipindahkan atau volume balok yang direndam dalam air

Bunyi Hukum Archimedes

1. Tenggelam

Benda tenggelam adalah keadaan tenggelamnya suatu benda ke dasar zat cair. Benda yang ditaruh di dalam zat cair dapat tenggelam karena massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair ρb > ρc.

Semakin besar massa jenis suatu benda berarti gaya Archimedes yang diterima benda tersebut semakin kecil dibandingkan dengan berat benda tersebut W_B > F_A

2. Penerbangan

Benda terapung adalah suatu keadaan dimana benda tersebut berada di antara dasar zat cair dan permukaan zat cair. Benda dapat mengapung dalam zat cair karena massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda ρb = ρc.

Massa jenis zat cair dan benda yang sama dapat membuat gaya Archimedes sama dengan berat benda W_B = F_A . Ikan yang berenang di perairan merupakan salah satu contoh ikan yang hanyut.

3. Mengapung

Benda terapung adalah suatu keadaan dimana seluruh benda berada di atas permukaan zat cair atau sebagian benda terendam dalam zat cair dan sebagian berada di atas. Benda dapat mengapung karena massa jenis benda lebih kecil dibandingkan massa jenis zat cair ρb < ρc.

Semakin kecil massa jenis suatu benda, maka berat benda tersebut akan lebih kecil dibandingkan dengan gaya ke atas yang dilakukan oleh zat cair W_B < F_A . Benda-benda seperti gabus dan kayu biasanya akan mengapung jika dimasukkan ke dalam air.

Penerapan Hukum Archimedes

1. Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis atau berat jenis zat cair. Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian hidrometer akan tenggelam. Semakin besar massa jenis zat cair yang diukur maka semakin sedikit bagian alat yang tenggelam.

Hidrometer biasa digunakan untuk mengukur jumlah kandungan air dalam susu dan minuman lainnya. Hidrometer terbuat dari tabung kaca yang bagian bawahnya diisi butiran timbal.

Diameter tempat penyimpanan butiran timah lebih besar sehingga volume cairan yang dipindahkan alat lebih besar. Dengan semakin besar volume zat cair yang dipindahkan maka gaya ke atas semakin besar sehingga hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair.

2. Mengirimkan

Banyak orang yang penasaran bagaimana sebuah kapal besar dan berat masih bisa mengapung di atas air. Padahal, konsep fisika yang membuat kapal tetap bertahan sebenarnya adalah konsep gaya Archimedes.

Untuk mencegah kapal tenggelam, perancang kapal akan mendesain badan kapal menjadi berongga. Lambung kapal yang dibuat berongga akan membuat bobot kapal menjadi lebih kecil dibandingkan dengan volume air laut yang dipindahkan.

Hal ini akan membuat gaya apung menjadi sangat besar karena volume zat cair yang dipindahkan juga besar.

Contoh Soal Hukum Archimedes

Sebuah bola padat mempunyai berat 80 N ketika ditimbang di udara. Ketika bola ditimbang dalam air, berat yang dinyatakan adalah 50 N. Tentukan besar gaya ke atas yang diterima bola padat dan volume bola padat tersebut.

Sebuah benda dicelupkan ke dalam air yang massa jenisnya 1000 kg/m³ di tempat yang gravitasi buminya 10 m/s². Volume suatu benda yang dicelupkan ke dalam air adalah 40 m³. Tentukan besarnya gaya tekan yang dilakukan benda pada benda tersebut.

Hukum Archimedes menyatakan bahwa gaya apung yang diterima suatu benda sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Oleh karena itu, teorema ini berkaitan dengan benda-benda dalam zat cair seperti air murni, air garam dan sebagainya.