Hukum Archimedes: Pengertian Gaya Terapung Melayang Tenggelam Hidrometer Kapal Laut Selam Contoh Soal Rumus Perhitungan 12

Pengertian Hukum Archimedes: Hukum Archimedes menyatakan “bahwa Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya ataupun sebagian dalam suatu fluida, benda itu akan mendapat gaya apung atau Buoyant Force sebesar berat fluida yang dipindahkan”.

Hukum Archimedes mempelajari tentang gaya dorong ke atas (biasa disebut gaya apung) atau Buoyant Force yang dialami oleh benda apabila berada dalam fluida. Benda- benda yang dimasukkan ke dalam fluida seakan akan mempunyai berat yang lebih kecil dibandingkan saat berada di luar fluida.

Efek yang terasa ketika memindahkan benda di dalam air akan terasa lebih ringan jika dibandingkan dengan memindahkan benda yang sama namun tidak di dalam air (di udara atau darat). Hal ini disebabkan karena adanya tekanan air yang mendorong benda.

Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair mengalami gaya apung atau Buoyant Force yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya apung yang bekerja pada benda tersebut adalah gaya apung atau gaya angkat atau gaya buonyant force atau gaya Archimedes.

Rumus Hukum Archimedes

Secara matematis Hukum Archimedes dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut.

FA = ρc Vc g dengan:

FA = gaya ke atas atau apung (N),

ρc= massa jenis fluida (kg/m3),

Vc = volume fluida yang dipindahkan (m3), Volume Benda yang tercelup/ terendam,

g = percepatan gravitasi (m/s3).

Dengan adanya gaya ke atas Buoyant Force yaitu gaya apung atau gaya Archimedes pada suatu benda yang masuk ke dalam zat cair, akan menyebabkan benda tersebut dapat mengapung, melayang atau tenggelam.

Hukum Archimedes Benda Terapung Dalam Air

Terapung adalah keadaan seluruh benda tepat berada si atas permukaan zat cair atau hanya sebagian kecil berada di bawah permukaan zar cair. Benda akan terapung ketika massa jenis benda lebiih kecil dari pada massa jenis zat cair ( ρb < ρc),

Dengan demikian berat benda juga lebih kecil daripada gaya Archimedes (wb < FA). Contoh peristiwa terapaung adalah ketika gabus datau kaya diletakan ditaruh dalam air.

Rumus Hukum Archimedes Benda Terapung Dalam Air

Terapung terjadi jika wb < FA

Sedangkan Wb = ρb  g Vb

Dan FA = ρc g Vc  sehingga

wb < FA

 ρb  g Vb < ρc g Vc

Karena   Vb < Vc, maka

 ρb < ρc 

Hukum Archimedes Benda Melayang Dalam Air

Melayang adalah keadaan benda yang berada di antara permukaan dan dasar dari zat cair. Benda dapat melayang ketika benda tersebut memiki massa jenis sama dengan massa jenis zat cair (ρb  = ρc).

Hal ini menyebabkan berat benda sama dengan gaya Archimedes (wb =FA). Ini artinya berat benda dalam zat cair sama dengan Nol. Contoh peristiwa banda melayang adalah ikan di dalam air.

Rumus Hukum Archimedes Benda Melayang Dalam Air

Melayang terjadi jika wb = FA

Sedangkan Wb = ρb  g Vb

Dan FA = ρc g Vc  sehingga

wb =FA

 ρb  g Vb = ρg V

Karena   Vb = Vc, maka

ρb  = ρ

Hukum Archimedes Benda Tenggelam Dalam Air

Tenggelam adalah peristiwa dimana benda jika berada dalam zat cair akan turun sampai pada dasar zat cair. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis zat cair (ρb > ρc),

Dengan demikian berat benda lebih besar dari gaya Archimedes atau wb > FA. Contoh peristiwa benda tenggelam adalah batu yang dimasukan ke dalam air.

Rumus Hukum Archimedes Benda Tenggelam Dalam Air

Tenggelam terjadi jika wb > FA

Sedangkan Wb =  ρb  g Vb

Dan FAc  g Vc  sehingga

wb > FA

ρb g Vb > ρc  g Vc

Karena   Vb = Vc, maka

ρb > ρc

1). Conton Soal Perhitungan Hukum Archimedes Menentukan Gaya Apung

Sebuah benda memiliki berat 30 N Jika ditimbang di udara. Jika benda tersebut ditimbang di dalam air beratnya = 21 N. Jika massa jenis air adalah 1 g/cm3, tentukanlah:

  1. gaya ke atas Buoyant Force yang diterima benda,
  2. volume benda, dan
  3. massa jenis benda tersebut.

Jawab

Prinsip Archimedes, Gaya Apung Gaya Archimedes, Buoyant Force
Prinsip Archimedes, Gaya Apung Gaya Archimedes, Buoyant Force

Diketahui:

Wb = 30 N,

wbf =  berat benda dalam air

wbf = 21 N, dan

ρc = 1 g/cm3 = 1000kg/m3

m = w g = (30 N)/(10m/s2)

m = 3kg massa benda ditimbang di udara.

Rumus Menghitung Gaya Archimedes Buoyant Force Benda Dalam Air

Gaya Archimedes yang dialami oleh benda dalam air dapat  dihitung dengan rumus berikut:

wbf = wb – FA

21N = 30 N – FA

 FA = 9 N

Rumus Menentukan Volume Benda Yang Tenggelam Dalam Air

Volume benda yang tenggelam dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

FA = ρc Vb g

9N = (1000 kg/m3) (Vb ) (10 m/s2)

Vb = 9 x 10-4 m3

Rumus Cara Mencari Massa Jenis Benda Dalam Air

Massa jenis benda yang berada dalam air dapat dihitung dengan rumus seperti berikut:

ρb = m/V = (3kg)/(9 x 10-4 m3)

 ρb  = 3,333 kg/m3

Contoh Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan di Akhir Artikel

Contoh Penerapan Penggunaan atau Aplikasi Hukum Archimedes

Penerapan Hukum Archimedes Pada Hidrometer.

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis dapat dilihat pada skala yang terdapat pada hidrometer.

Hidrometer akan mengapung bila dimasukkan pada suatu cairan. Banyaknya bagian yang mengapung tergantung pada massa jenis cairan.

Penerapan Hukum Archimedes Pada Kapal Laut

Kapal laut terbuat dari besi dan baja yang memiliki massa jenis yang tinggi, lebih tinggi dari massa jenis air laut, namun demikian kapal laut tidak tenggelam. Kapal dibuat berbentuk sedemikan sehingga memiliki volume yang besar.

Bagian dalam kapal memiliki rongga sehingga tidak menyumbang massa tetapi memperbesar volume. Jadi, kerapatan kapal lebih kecil daripada kerapatan air laut. Disini seakan – akan massa jenis kapal laut lebih rendah dari massa air laut.

Penerapan Hukum Archimedes Kapal Selam

Kapal selam dapat mengapung tetapi juga dapat tenggelam. Kapal selam memiliki tangki-tangki pemberat di antara lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Kapal selam dapat mengubah kerapatannya dengan cara mengisi atau membuang air dalam tangki pemberat.

Saat kapal akan terapung ketika tangki dikosongkan. Agar kapal dapat tenggelam maka kapal diperberat dengan cara memasukkan air laut ke dalam tangki pemberat.

Agar kapal dapat melayang dalam air maka berat kapal harus sama dengan gaya apung pada kapal.

Apabila kapal diinginkan terapung kembali maka air laut yang berada ditangki pemberat dikeluarkan sehingga kapal menjadi lebih ringan dan dapat naik ke atas.

2). Contoh Soal Menentukan Gaya Apung Hukum Archimedes

Sebuah logam bervolume 0,1 m³ tercelup seluruhnya di dalam air. Jika massa jenis air 1 x10³ kg/m³, maka hitunglah gaya ke atas Buoyant Force yang dialami logam tersebut!

Diketahui:

V = 0,1 m3

ρ = 1000 kg/m³

g = 10 m/s²

Rumus Menghitung Gaya Apung Logam Dalam Air

Besar gaya apung atau gaya Archimedes  yang dialami oleh logam dalam air dapat diyatakan dengan persamaan berikut:

Fa = ρ  x V x g

Fa = 1000 × 10 × 0,1

Fa = 1000 N

Jadi, gaya apung Archimedes yang di alami logam adalah sebesar 1000 N.

3). Contoh Soal Perhitungan Hukum Arcimedes Volume Balok Es Terapung

Sebuah balok es bermassa jenis 920 kg/m3 mengapung di atas air bermassa jenis 1000 kg/m3. Hitung berapa bagian es yang tidak tercelup dalam air

Diketahui:

ρa = 1000 kg/m3

ρe = 920 kg/m3

Rumus Mencari Volume Balok Es Yang Tidak Tercelup Dalam Air

Besarnya volume es yang terapung (tidak tenggelam) dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

Fapung = Fberat

Fa = ρa x Va x g

Fb = ρe x Ve x g

ρa x Va x g = ρe x Ve x g

Va/Ve = ρe/ ρa

Va/Ve = 920/100

Va/Ve = 0,92 atau

Va = 0,92 Ve

Volume air yang dipindahakan adalah 0,92 atau 92% bagian volume es, ini artinya volume yang tenggelam adalah 92%.

Jadi volume es yang terapung adalah 100% – 92 % = 8 %

4). Contoh Soal Perhitungan Gaya Archimedes Buoyant Force Berat Benda Dalam Air

Sebuah benda bermassa 4 kg yang memiliki volume 2 x 10-3 m3 kemudian ditimbang di air yang bermassa jenis ρa = 1 gr/cm3 dan g = 10 m/s2 maka tentukan:

a). gaya Archimedes yang bekerja pada benda,

b). berat benda di air!

Diketahui:

m = 4 kg

g = 10 m/s2

V = 2 x 10-3 m3

ρa = 1 gr/cm3 atau

ρa = 1000 kg/m3

Rumus Menentukan Gaya Archimedes Benda Dalam Air

Gaya Archimedes yang dialami oleh benda dalam air dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Fa = ρa x Va x g

Fa = 1000 x 2 x 10-3 x 10

Fa = 20 N

Jadi benda mendapatkan gaya apung ke atas sebesar 20 N

Rumus Cara Menentukan Berat Benda Dalam Air

Berat benda dalam air dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

wba = wb – Fa

wba = berat benda dalam air

wb = berat benda

wba = m g − Fa

wba = 3 x10 − 15

wba = 15 N

Jadi berat benda dalam air adalah 15 N

5). Contoh Soal Hukum Archimedes Menghitung Massa Jenis Benda Terapung Di Air

Suatu benda yang massa jenisnya 800 kg/m3 terapung 1/4 volumeya di atas permukaan zat cair. Berapakah massa jenis zat cair.

Hukum Archimedes: Pengertian Rumus Gaya Apung Benda Terapung Melayang Tenggelam Hidrometer Kapal Laut Kapal Selam Jembatan Ponton Contoh Soal Perhitungan,
Contoh Soal Hukum Archimedes Menghitung Massa Jenis Benda Terapung Di Air

Diketahui:

ρb = 800 kg/m3

Va = Vb – 1/4Vb = 3/4Vb

Va = volume zat cair yang dipindahkan

Va = volume benda yang tercelup.

Rumus Menghitung Massa Jenis Zat Cair Hukum Archimedes

Massa jenis zat cair dapat dinyatakan dengan hukum Archimedes seperti berikut:

Fapung = Wberat

Fa = ρa x Va x g

Wb = ρb x Vb x g

ρa x Va x g = ρb x Vb x g

ρa = (ρb x Vb)/ Va

ρa = (800 x Vb)/(3/4Vb)

ρa = 1067 kg/m2

Jadi Massa jenis zat cair adalah 1067 kg/m3

6). Contoh Soal Perhitungan Tegangan Kawat Hukum Archimedes

Sebuah bola logam padat seberat 30 N diikatkan pada seutas kawat dan dicelupkan ke dalam minyak (ρ = 0,8 g/cm3). Jika massa jenis logam 7,8 g/cm3, berapakah tegangan kawat

Rumus Menentukan Tegangan Kawat Penggantung Benda Tercelup Zat Cair
Contoh Soal Rumus Mencari Perhitungan Tegangan Kawat Hukum Archimedes

Diketahui:

ρm = 0,8 g/cm3 atau

ρm =800 kg/m3

ρb = 7,8 g/cm3 atau

ρb = 7800 kg/m3

Wb = 30 N

g = 10 m/s2

maka massa bola adalah

mb = Wb/g

mb = 30/10 = 3 kg

dan volume bolanya adalah

Vb = mb/ ρb

Vb = 3/7800

Vb = 3,8 x 10-4 m3

Rumus Menentukan Tegangan Kawat Penggantung Benda Tercelup Zat Cair

Tegangan kawat yang digunakan untuk menggantung benda yang tercelup di zat cair dapat dirumuskan seperti berikut:

Berdasarkan uraian gaya-gaya yang bekerja pada bola, dapat dituliskan persamaan

T + Fa = Wb

T = Wb – Fa

T = Wb – ρm Vb g

T = 30 – (800 x 3,8 x 10-4 x 10)

T = 30 – 3,04

T = 26,96 N

Jadi tegangan tali yang digunakan untuk menggantung bola logam dalam zat cair adalah 26,96 N.

7). Contoh Soal Ujian Pembahasan Perhitungan Hukum Archimedes Volume Benda Di Atas Air

Sebuah benda memiliki volume 2 m3 dan massa jenisnya = 800 kg/m3. Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kg/m3, tentukanlah volume benda yang berada di atas permukaan air.

Diketahui:

Diketahui:

Vb = 2 m3,

ρb = 800 kg/m3, dan

Massa bendanya adalah

mb = 2 x 800

mb = 1600 kg

ρa = 1.000 kg/m3.

Rumus Menghitung Volume Benda Berada Di Atas Air

Besarnya volume suatu benda yang berada di atas air dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus hukum Archimedes berikut:

Fa = Wb

Fa = ρa V g

V = Volume air yang dipindahkan atau

V = volume benda yang tercelup

Wb = mb.g

ρa V g = mb g

V = mba

V = 1600/1000

V = 1,6 m3

Jadi volume yang tercelup adalah 1,6 m3

Volume Yang Tidak Tercelup

Vmuncul = 2,0 – 1,6

Vmuncul = 0,4 m3

Jadi volume benda yang tidak tercelup adalah 0,4 m3

8). Contoh Soal Perhitungan Hukum Archimedes Beban Maksimum Balok Terapung,

Balok kayu bermassa 40 kg memiliki volume 0,1 m3. Jika balok dimasukkan dalam air (ρ = 1000 kg/m3) kemudian diberi beban di atasnya, maka berapakah massa beban maksimum yang dapat ditampung di atas balok itu

Diketahui:

mb = 40 kg

Vb = 0,1 m3

ρa = 1000 kg/m3

Rumus Menghitung Beban Masimum Balok Terapung Di Air

Agar balok masih terapung, maka massa beban maksimum dapat dihitung dengan persamaan keseimbangan berikut:

Fa = W + Wb

Wb = berat balok

Wb = mb g

W = beban di atas balok

W = m g

Fa = ρa g Vb

sehingga

ρa g Vb  = m g + mb g

m = ρa Vb  – mb

m = (1000 x 0,1) – 40

m = 60 kg

Jadi Beban maksimum yang dapat diletakan di atas balok adalah 60 kg.

9). Contoh Soal Perhitungan  Hukum Archimedes Menentukan Jumlah Orang Dalam Perahu

Berat perahu kosong adalah 500 N. Perahu akan digunakan untuk kegiatan menyeberang danau. Perahu dapat mengapung dengan aman jika volume perahu yang ada di bawah permukaan air adalah 0,5 m3. Berat rata rata orang beserta bawaannya adalah 562,5 N. Massa jenis air danau adalah 1000 kg/m3. Hitung jumlah orang yang dapat ikut dalam perahu.

Diketahui:

Wp = Berat perahu

Wp = 500 N

Va = volume perahu tercelup atau

Va = volume air yang dipindahkan

Va = 0,5 m3

Wo = berat satu orang dan bawaannya

Wo = 562,5 N

ρa = 1000 kg/m3

Rumus Menghitung Gaya Archimedes Pada Perahu

Besar gaya apung yang berkerja pada perahu dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

Fa = ρa Va g

Fa = 1000 x 0,5 x 10

Fa = 5000 N

Jadi gaya Archimedes pada perahu adalah 5000 N

Rumus Menghitung Jumlah Orang Yang Dapat Naik Perahu

Jumlah orang yang dapat menaiki perahu secara aman dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

Fa = Wp + Wo

Fa = Wp + Wo

Wo = Fa – Wp

Wo = 5000 – 500

Wo = 4500 N

Menghitung Jumlah Orang Naik Perahu

n = 4500/562,5

n = 8 orang

Jadi jumlah orang yang dapat naik perahu adalah 8 orang.

10). Contoh Soal Menentukan Massa Jenis Zat Cair Hukum Archimedes

Berat benda dalam zat cair 120 N dan memiliki volume 1x 104 cm3 dengan berat benda saat di udara adalah 200 N. Apabila percepatan gravitasi 10 m/s2, hitung massa jenis zat cair tersebut

Diketahui:

Wu = berat benda di udara

Wu = 200 N

Wa = berat benda di zat cair

Wa = 120 N

Vb = volume benda

Vb = 10.000 cm3 atau

Vb = 1 x 10-2 m3

g = 10 kg/m3

Rumus Menentukan Gaya Archimedes Pada Benda Oleh Zat Cair

Gaya apung yang dialami oleh benda dalam zat cair dapat dirumuskan seperti berikut:

Fa = Wu – Wa

Fa = 200 – 120

Fa = 80 N

Rumus Menentukan Massa Jenis  Zat Benda Hukum Archimedes

Fa = ρa Vb g

ρa = Fa/(Vb g)

ρa = 80/(1 x 10-2 x 10)

ρa = 800 kg/m3

Jadi massa jenis benda adalah 800 kg/m3

11). Contoh Soal Rumus   Hukum Archimedes Menentukan Massa Jenis Zat Cair

Sebuah benda dimasukkan ke dalam air dan hanya 10% dari volume benda yang terapung di atas permukaan air. Berapakah massa jenis benda tersebut

Dikehtahui:

Vu = volume benda yang terapung

Vu = 10 %

Va = volume benda yang tercelup

Va = volume air yan dipindahkan

Va = 100 – 10

Va= 90 % atau

Va = 0,90 Vb

Vb = volume benda

g = 10 kg/m3

ρa = 1000 kg/m3

Rumus Cara Menentukan Massa Jenis Benda Hukum Archimedes

Massa jenis benda yang Sebagian terapung dapat dinyatakan dengan rumus berikur:

Fa = Wb

Fa = ρa Va g

Wb = mb g

mg = massa benda

mg = ρb Vb  jadi

ρa Va g = ρb Vb g

ρb = (ρa Va)/Vb

ρb = (1000 x0,90 Vb)/Vb

ρb = 900 kg/m3

Jadi massa jenis benda yang tercelup 90% volumenya adalah 900 kg//m3

Daftar Pustaka:

  1. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  2. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  3. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  4. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  5. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  6. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  7. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  8. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  9. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.