Contoh Soal Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari dan Pembahasannya

Hukum Archimedes merupakan salah satu prinsip fundamental dalam fisika yang menjelaskan fenomena mengapa benda bisa terapung, melayang, atau tenggelam di dalam fluida. Prinsip ini tidak hanya ditemukan di laboratorium, tetapi sangat dekat dengan kehidupan kita sehari-hari, mulai dari cara kerja kapal selam, balon udara, hingga penggunaan pelampung saat berenang.

Bagi pelajar maupun praktisi yang ingin mendalami mekanika fluida, memahami penerapan praktis dari gaya apung (buoyancy) adalah hal yang wajib. Artikel ini akan membahas secara mendalam konsep Hukum Archimedes, rumus-rumus pentingnya, serta kumpulan contoh soal yang diambil dari kasus kehidupan nyata lengkap dengan pembahasannya.

Memahami Konsep Dasar Hukum Archimedes

Sekitar abad ke-3 SM, ilmuwan Yunani bernama Archimedes menemukan bahwa ketika sebuah benda dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, benda tersebut akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya ke atas inilah yang kita kenal sebagai gaya apung atau gaya Archimedes.

Secara matematis, gaya apung dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

$$F_a = \rho \cdot g \cdot V_{cp}$$

Dimana:

• $F_a$ = Gaya apung atau gaya ke atas (Newton)
• $\rho$ = Massa jenis fluida ($kg/m^3$)
• $g$ = Percepatan gravitasi ($m/s^2$, biasanya $9,8$ atau $10$ $m/s^2$)
• $V_{cp}$ = Volume benda yang tercelup atau volume fluida yang dipindahkan ($m^3$)

Kondisi Benda di Dalam Cairan

Berdasarkan perbandingan antara berat benda ($W$) dan gaya apung ($F_a$), atau massa jenis benda ($\rho_b$) dengan massa jenis fluida ($\rho_f$), ada tiga kondisi yang mungkin terjadi:

1. Terapung: Terjadi jika $\rho_b < \rho_f$ atau $F_a = W$. Sebagian benda berada di atas permukaan.
2. Melayang: Terjadi jika $\rho_b = \rho_f$. Benda berada di tengah-tengah cairan, tidak menyentuh dasar namun tidak muncul ke permukaan.
3. Tenggelam: Terjadi jika $\rho_b > \rho_f$ atau $W > F_a$. Benda jatuh hingga menyentuh dasar wadah.

baca juga:Mahasiswi Universitas Teknokrat Indonesia Raih Juara 1 Miss Lampung Ambassador 2026

Contoh Soal Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut adalah simulasi kasus nyata yang sering ditemui sebagai materi ujian maupun dalam observasi harian.

Kasus 1: Kapal Selam yang Mengatur Kedalaman

Sebuah kapal selam memiliki volume total $2.000$ $m^3$. Agar kapal tersebut dapat melayang di dalam air laut (massa jenis air laut = $1.030$ $kg/m^3$), berapakah berat total kapal selam tersebut? (Gunakan $g = 10$ $m/s^2$)

Pembahasan:

Diketahui:

• $V = 2.000$ $m^3$
• $\rho_f = 1.030$ $kg/m^3$
• $g = 10$ $m/s^2$

Syarat benda melayang adalah gaya ke atas sama dengan berat benda ($F_a = W$).

$F_a = \rho \cdot g \cdot V$

$F_a = 1.030 \cdot 10 \cdot 2.000$

$F_a = 20.600.000$ Newton.

Jadi, berat total kapal selam tersebut harus diatur sebesar 20.600.000 Newton atau setara dengan massa $2.060.000$ kg.

Kasus 2: Balok Kayu di Kolam Renang

Sebuah balok kayu dengan volume $0,5$ $m^3$ muncul di permukaan air. Jika massa jenis kayu adalah $600$ $kg/m^3$ dan massa jenis air adalah $1.000$ $kg/m^3$, hitunglah volume balok kayu yang tercelup di dalam air!

Pembahasan:

Diketahui:

• $V_b = 0,5$ $m^3$
• $\rho_b = 600$ $kg/m^3$
• $\rho_f = 1.000$ $kg/m^3$

Pada kondisi terapung, berlaku rumus:

$\rho_b \cdot V_b = \rho_f \cdot V_{cp}$

$600 \cdot 0,5 = 1.000 \cdot V_{cp}$

$300 = 1.000 \cdot V_{cp}$

$V_{cp} = 300 / 1.000 = 0,3$ $m^3$.

Jadi, volume balok yang berada di bawah permukaan air adalah 0,3 $m^3$, sedangkan sisanya ($0,2$ $m^3$) berada di atas permukaan.

Kasus 3: Menghitung Berat Benda di Dalam Air

Berat sebuah batu di udara adalah $50$ N. Ketika batu tersebut ditimbang di dalam air, beratnya seolah-olah menjadi $42$ N. Berapakah gaya ke atas yang diberikan air kepada batu tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

• $W_u$ (Berat di udara) = $50$ N
• $W_a$ (Berat semu di air) = $42$ N

Gaya apung adalah selisih antara berat di udara dan berat di dalam zat cair.

$F_a = W_u – W_a$

$F_a = 50 – 42 = 8$ N.

Jadi, gaya Archimedes yang bekerja pada batu tersebut adalah 8 Newton.

Tabel Perbandingan Kondisi Benda

Untuk memudahkan pemahaman, berikut adalah rangkuman kondisi benda berdasarkan prinsip Archimedes:

Tips Menjawab Soal Hukum Archimedes dengan Cepat

1. Perhatikan Satuan: Selalu ubah volume ke dalam $m^3$ dan massa jenis ke dalam $kg/m^3$. Jangan mencampur gram/cm³ dengan Newton.
2. Identifikasi Kata Kunci: Jika soal menyebutkan “benda muncul 1/4 bagian”, maka volume yang tercelup ($V_{cp}$) adalah 3/4 bagiannya.
3. Gaya Angkat Udara: Ingat bahwa Hukum Archimedes juga berlaku untuk gas. Balon udara naik karena massa jenis udara panas di dalam balon lebih kecil daripada massa jenis udara dingin di luar.
4. Analisis Berat Semu: Jika soal menanyakan “berat benda di dalam air”, selalu cari selisih gaya apungnya terlebih dahulu.

baca juga:CoE Smart Agriculture Universitas Teknokrat Indonesia Kenalkan Irigasi Tetes Berbasis IoT di SMK Gajah Mada

Kesimpulan

Hukum Archimedes adalah kunci untuk memahami banyak teknologi transportasi air dan udara. Dengan menguasai konsep gaya apung, massa jenis, dan volume benda yang tercelup, kita dapat memprediksi perilaku benda di dalam fluida secara akurat. Latihan soal secara rutin dengan berbagai skenario kehidupan sehari-hari akan sangat membantu meningkatkan insting fisik Anda dalam memecahkan masalah mekanika fluida.

penulis:rinaldy