Pendahuluan
Hukum Archimedes adalah salah satu konsep penting dalam fisika, terutama dalam materi fluida. Hukum ini menjelaskan mengapa benda dapat terapung, melayang, atau tenggelam dalam sebuah fluida. Banyak siswa yang merasa konsep ini sulit karena melibatkan gaya apung, massa jenis, volume benda, hingga tekanan fluida. Padahal, jika dipahami dengan benar, Hukum Archimedes menawarkan cara sederhana untuk menganalisis benda di dalam air atau zat cair lainnya.
Dalam artikel ini, kita akan membahas konsep dasar Hukum Archimedes, rumus yang digunakan, serta contoh soal lengkap beserta pembahasannya. Dengan penjelasan yang sistematis, kamu dapat memahami konsep ini hanya dalam beberapa menit.
Baca juga : Rahasia Jadi Cloud Infrastructure Security Architect yang Dicari Perusahaan Besar
1. Apa Itu Hukum Archimedes?
Hukum Archimedes berbunyi:
“Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.”
Dalam bentuk persamaan, gaya apung dirumuskan sebagai: Fa=ρ⋅g⋅VF_a = \rho \cdot g \cdot VFa=ρ⋅g⋅V
dengan:
- FaF_aFa = gaya apung (Newton)
- ρ\rhoρ = massa jenis fluida (kg/m³)
- ggg = percepatan gravitasi (10 m/s² atau 9,8 m/s²)
- VVV = volume fluida yang dipindahkan (m³)
Konsep ini lazim digunakan dalam perhitungan benda terapung di air, kapal, balon udara, hingga hidrometer.
2. Prinsip Terapung, Melayang, dan Tenggelam
Hukum Archimedes dapat menjelaskan perilaku benda dalam fluida:
- Terapung → Gaya apung lebih besar dari berat benda
- Melayang → Gaya apung sama dengan berat benda
- Tenggelam → Gaya apung lebih kecil dari berat benda
Syarat lainnya dapat dilihat dari massa jenis benda:
- Terapung: ρ benda < ρ fluida
- Melayang: ρ benda = ρ fluida
- Tenggelam: ρ benda > ρ fluida
3. Contoh Soal Dasar Hukum Archimedes
Soal 1
Sebuah benda dicelupkan ke dalam air dan memindahkan 200 cm³ air. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan g=10 m/s2g = 10 \, m/s²g=10m/s2, hitung gaya apung yang bekerja pada benda tersebut.
Penyelesaian:
Konversi volume:
200 cm³ = 200 × 10⁻⁶ m³ = 2 × 10⁻⁴ m³
Gunakan rumus: Fa=ρgVF_a = \rho g VFa=ρgV Fa=1000×10×2×10−4F_a = 1000 \times 10 \times 2 \times 10^{-4}Fa=1000×10×2×10−4 Fa=2 NF_a = 2 \, NFa=2N
Jadi, gaya apungnya adalah 2 Newton.
Soal 2
Sebuah batu bermassa 1 kg dicelupkan seluruhnya ke dalam air. Jika gaya apung yang bekerja sebesar 3 N, berapa berat batu di dalam air?
Penyelesaian:
Berat asli: W=m⋅g=1⋅10=10 NW = m \cdot g = 1 \cdot 10 = 10 \, NW=m⋅g=1⋅10=10N
Berat dalam air: W′=W−Fa=10−3=7 NW’ = W – F_a = 10 – 3 = 7 \, NW′=W−Fa=10−3=7N
Berat batu dalam air = 7 N.
Soal 3
Sebuah balok kayu memiliki volume 0,01 m³ dan massa jenis 600 kg/m³. Apakah balok tersebut akan terapung atau tenggelam di air?
Penyelesaian:
Massa jenis air = 1000 kg/m³
Massa jenis kayu = 600 kg/m³
Karena 600 < 1000, maka benda akan terapung.
4. Contoh Soal Menengah (Dengan Volume Terendam)
Soal 4
Sebuah benda dicelupkan ke dalam air dan terapung dengan 25% bagiannya berada di atas permukaan air. Jika volumenya 4.000 cm³, hitung volume bagian yang terendam.
Penyelesaian:
Bagian terendam = 75% Vterendam=0.75×4000=3000 cm3V_{\text{terendam}} = 0.75 \times 4000 = 3000 \, cm^3Vterendam=0.75×4000=3000cm3
Konversi (opsional): 3000 cm³ = 3 × 10⁻³ m³
Jadi, volume terendamnya adalah 3000 cm³.
Soal 5
Sebuah balok terapung di minyak dengan massa jenis 800 kg/m³. Jika massa jenis balok 600 kg/m³, berapa persen volume balok yang terendam?
Penyelesaian:
Gunakan rumus perbandingan massa jenis: VterendamVtotal=ρbendaρfluida\frac{V_{\text{terendam}}}{V_{\text{total}}} = \frac{\rho_{\text{benda}}}{\rho_{\text{fluida}}}VtotalVterendam=ρfluidaρbenda =600800=0.75= \frac{600}{800} = 0.75=800600=0.75
Artinya 75% volume benda terendam.
5. Contoh Soal Aplikasi (Hidrometer, Kapal, Benda Besar)
Soal 6: Hidrometer
Hidrometer dengan volume 50 cm³ dicelupkan ke dalam air dan terendam 40 cm³. Berapa massa jenis hidrometer tersebut?
Penyelesaian:
Gunakan konsep Archimedes untuk benda melayang: ρbenda=VterendamVtotalρfluida\rho_{\text{benda}} = \frac{V_{\text{terendam}}}{V_{\text{total}}} \rho_{\text{fluida}}ρbenda=VtotalVterendamρfluida ρ=4050×1000\rho = \frac{40}{50} \times 1000ρ=5040×1000 ρ=0.8×1000=800 kg/m3\rho = 0.8 \times 1000 = 800 \, kg/m^3ρ=0.8×1000=800kg/m3
Jadi massa jenis hidrometer adalah 800 kg/m³.
Soal 7: Kapal Terapung
Kapal memiliki massa 20.000 kg. Berapa volume air yang dipindahkan agar kapal terapung?
Penyelesaian:
Jika terapung, gaya apung = berat kapal. Fa=ρgVF_a = \rho g VFa=ρgV 20.000⋅10=1000⋅10⋅V20.000 \cdot 10 = 1000 \cdot 10 \cdot V20.000⋅10=1000⋅10⋅V 200.000=10.000V200.000 = 10.000 V200.000=10.000V V=20 m3V = 20 \, m^3V=20m3
Kapal memindahkan 20 m³ air.
Soal 8: Balon Udara
Massa jenis udara = 1,2 kg/m³
Balon udara memiliki volume 500 m³. Berapa gaya apung udara?
Penyelesaian: Fa=ρgV=1.2×10×500=6000 NF_a = \rho g V = 1.2 \times 10 \times 500 = 6000 \, NFa=ρgV=1.2×10×500=6000N
Gaya apung = 6000 N.
6. Soal Cerita Hukum Archimedes
Soal 9
Batu dicelupkan ke dalam minyak sehingga memindahkan 0,002 m³ minyak. Jika massa jenis minyak 900 kg/m³, hitung gaya apungnya.
Penyelesaian: Fa=900×10×0.002F_a = 900 \times 10 \times 0.002Fa=900×10×0.002 Fa=18 NF_a = 18 \, NFa=18N
Gaya apung = 18 N.
Soal 10
Sebuah benda 5 kg dimasukkan ke dalam air sehingga beratnya menjadi 30 N. Hitung gaya apungnya.
Penyelesaian:
Berat asli: W=5×10=50 NW = 5 \times 10 = 50 \, NW=5×10=50N
Berat dalam air = 30 N
Gaya apung: Fa=W−W′=50−30=20 NF_a = W – W’ = 50 – 30 = 20 \, NFa=W−W′=50−30=20N
Gaya apung = 20 N.
7. Tips Mudah Memahami Hukum Archimedes
1. Visualisasikan Air yang Terdorong
Bayangkan benda masuk ke air → air terdorong → air yang terdorong itu menghasilkan gaya ke atas.
2. Hafalkan Rumus Utama
Fa=ρgVF_a = \rho g VFa=ρgV
Hanya tiga variabel utama yang harus diperhatikan.
3. Pahami Massa Jenis
Perbandingan massa jenis benda dan fluida menentukan apakah benda akan tenggelam atau terapung.
4. Buat Sketsa
Sketsa posisi benda di fluida sangat membantu memahami volume terendam.
5. Latihan Soal
Semakin sering latihan, semakin cepat memahami logika gaya apung.
Kesimpulan
Hukum Archimedes adalah konsep penting dalam memahami perilaku benda yang berada di dalam fluida. Dengan mengetahui hubungan antara gaya apung, volume fluida yang dipindahkan, dan massa jenis, kita dapat menentukan apakah benda terapung, melayang, atau tenggelam. Melalui contoh soal dasar, menengah, dan aplikasi di atas, kamu diharapkan dapat memahami materi ini secara lebih mendalam.
Penulis : adilah az-zahra
Post Comment