Latihan Soal Hukum Archimedes: Menghitung Gaya Angkat ke Atas pada Benda dalam Fluida

Halo, Sobat Sains! Pernahkah kamu merasa tubuhmu menjadi jauh lebih ringan saat masuk ke dalam kolam renang? Atau mungkin kamu pernah mencoba menekan bola plastik ke dalam air, lalu bola itu justru memantul kembali ke permukaan dengan kekuatan yang cukup besar? Nah, fenomena seru itu bukan sihir, melainkan hasil kerja dari Hukum Archimedes.

Baca juga:Kumpulan Contoh Soal Pengantar Kerja untuk Siswa SMK dan Mahasiswa Disertai Pembahasan

Belajar fisika terkadang memang terlihat menakutkan karena deretan angka dan variabelnya yang cukup banyak. Namun, jika kita sudah memahami konsep dasarnya, mengerjakan soal-soal Hukum Archimedes akan terasa seperti memecahkan teka-teki yang menyenangkan. Artikel ini hadir untuk menemanimu belajar melalui kumpulan latihan soal yang fokus pada cara menghitung gaya angkat ke atas (gaya apung) secara detail dan ramah bagi pelajar. Yuk, kita mulai petualangannya!

Mengapa Air Bisa “Mendorong” Benda?

Sebelum masuk ke hitungan, mari kita segarkan ingatan tentang inti dari hukum ini. Ilmuwan Yunani kuno bernama Archimedes menemukan bahwa ketika sebuah benda dicelupkan ke dalam fluida (zat cair atau gas), fluida tersebut akan memberikan tekanan balik ke atas. Tekanan balik inilah yang kita sebut sebagai gaya apung atau gaya angkat ke atas ($F_a$).

Prinsip utamanya sangat sederhana: besarnya gaya angkat ini sama persis dengan berat fluida yang digeser atau dipindahkan oleh benda tersebut. Jadi, jika kamu memasukkan benda berukuran besar, air yang tumpah atau bergeser juga banyak, sehingga gaya dorong ke atasnya pun makin besar.

Senjata Utama: Rumus Gaya Archimedes

Untuk bisa mengerjakan soal dengan lancar, kamu butuh “senjata” berupa rumus dasar berikut ini:

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

Di mana:

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

Bagian 1: Latihan Soal Level Dasar (Memahami Variabel)

Mari kita mulai dengan soal yang simpel agar kita terbiasa menggunakan satuannya terlebih dahulu.

Soal 1

Sebuah benda bervolume $0,05\ m^3$ dicelupkan seluruhnya ke dalam air yang memiliki massa jenis $1.000\ kg/m^3$. Jika percepatan gravitasi bumi adalah $10\ m/s^2$, hitunglah gaya angkat yang dialami benda!

Pembahasan:

Diketahui:

• $V_{bf} = 0,05\ m^3$ (karena tercelup seluruhnya).
• $\rho = 1.000\ kg/m^3$.
• $g = 10\ m/s^2$.

Langkah:

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

$F_a = 1.000 \cdot 10 \cdot 0,05$

$F_a = 500\ N$.

Jadi, benda tersebut didorong ke atas dengan gaya sebesar 500 Newton.

Soal 2

Sebuah balok plastik memiliki volume $0,2\ m^3$. Saat dimasukkan ke dalam air, ternyata hanya setengah dari bagian balok tersebut yang berada di bawah permukaan air. Berapakah gaya Archimedes yang dialami balok tersebut? ($\rho_{air} = 1.000\ kg/m^3$, $g = 10\ m/s^2$)

Pembahasan:

Hati-hati di sini, Sobat! Ingat, volume yang digunakan dalam rumus adalah volume yang tercelup saja.

• $V_{total} = 0,2\ m^3$.
• $V_{tercelup} = 1/2 \cdot 0,2 = 0,1\ m^3$.

Langkah:

$F_a = 1.000 \cdot 10 \cdot 0,1$

$F_a = 1.000\ N$.

Gaya angkatnya adalah 1.000 Newton.

Bagian 2: Latihan Soal Level Menengah (Analisis Berat Semu)

Sering kali soal fisika bertanya tentang “berat semu”, yaitu berat benda yang seolah-olah berkurang saat berada di dalam air.

Soal 3

Sebuah batu memiliki berat di udara sebesar $80\ N$. Ketika batu tersebut ditimbang di dalam air, beratnya menjadi $65\ N$. Berapakah gaya angkat ke atas yang diberikan air pada batu tersebut?

Pembahasan:

Ini adalah soal logika sederhana. Selisih berat benda di udara dan di dalam air merupakan nilai dari gaya Archimedes.

$F_a = W_{udara} – W_{air}$

$F_a = 80\ N – 65\ N$

$F_a = 15\ N$.

Jadi, gaya angkatnya adalah 15 Newton.

Soal 4

Berdasarkan hasil dari Soal 3, jika massa jenis air adalah $1.000\ kg/m^3$ dan $g = 10\ m/s^2$, berapakah volume batu tersebut?

Pembahasan:

Kita gunakan hasil $F_a = 15\ N$ untuk mencari volume.

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

$15 = 1.000 \cdot 10 \cdot V$

$15 = 10.000 \cdot V$

$V = 15 / 10.000 = 0,0015\ m^3$.

Volume batu tersebut adalah 0,0015 meter kubik.

Bagian 3: Tips Menghadapi Jebakan Soal Archimedes

1. Satuan Harus Kompak: Sering kali volume diberikan dalam $cm^3$ atau liter. Pastikan kamu mengubahnya ke $m^3$ sebelum menghitung. Ingat: $1\ m^3 = 1.000.000\ cm^3$.
2. Perhatikan Posisi Benda:
   • Terapung: Berat benda = Gaya Archimedes.
   • Melayang: Massa jenis benda = Massa jenis zat cair.
   • Tenggelam: Berat benda > Gaya Archimedes.
3. Jangan Pakai Massa Jenis Benda: Dalam rumus gaya Archimedes ($F_a$), yang digunakan adalah massa jenis fluida atau zat cairnya, bukan massa jenis bendanya. Banyak siswa yang terkecoh di poin ini.

Baca juga: Mahasiswa Universitas Teknokrat Indonesia Juara Nasional Lomba Karya Ilmiah RnDC 2025

Penutup: Teruslah Bereksperimen!

Sobat Sains, menguasai Hukum Archimedes adalah kunci untuk memahami teknologi hebat seperti kapal selam, galangan kapal, hingga balon udara. Dengan banyak berlatih menghitung gaya angkat ke atas, insting fisikamu akan semakin tajam dan kamu tidak akan bingung lagi saat menghadapi soal ujian.

Penulis: marfel