Hukum Archimedes



  Hukum Archimedes
Pernahkah melihat kapal laut ? jika belum pernah melihat kapal laut secara langsung, mudah-mudahan pernah melihat kapal laut melalui televise. Coba bayangkan, kapal yang massanya sangat besar tidak tenggelam, sedangkan sebuah batu yang ukurannya kecil dan terasa ringan bisa tenggelam. Aneh bukan? Mengapa bisa demikian ?
Jawabannya sangat mudah jika memahami konsep pengapungan dan prinsip Archimedes. Pada kesempatan ini kami ingin membimbing untuk memahami apa sesungguhnya prinsip archimedes.
Sebelum membahas prinsip Archimedes lebih jauh, kami ingin mengajak kalian untuk melakukan percobaan berikut ini.

1.3.1.      Tenggelam
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).
w > Fa
ρb X Vb X g > ρa X Va X g
ρb > ρa
Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

1.3.2.      Melayang
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w) sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang
w = Fa
ρb X Vb X g = ρa X Va X g
ρb = ρa
Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :
(FA)tot = Wtot
rc . g (V1+V2+V3+V4+…..)  =  W1 + W2 + W3 + W4 +…..

1.3.3.      Terapung
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).
w = Fa
ρb X Vb X g = ρa X Va X g
ρb < ρa
Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :
FA > Wrc . Vb . g  >  rb . Vb . grc $rb
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).
Fn =  FA - W
Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :
FA’ = Wrc . Vb2 . g  =  rb . Vb . g
Dengan :
Ø  FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Ø  Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
Ø  Vb2 =    Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb = Vb1 + Vb 2
FA’  =  rc . Vb2 . g
Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan
Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :
·         Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.
·         Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.
·         Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.
Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam penyelaman. Selama bergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutral bouyancy.
a.    Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.
Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?
·         Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(miskonsepsi).
·         Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)
·      Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah).
·         Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).
·         Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda
b.    Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
1.      Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis cairan dapat kita ketahui dengan membaca skala pada hidrometer. Misalnya, dengan mengetahui massa jenis susu, maka dapat ditentukan kadar lemak dalam susu, dan dengan mengetahui massa jenis zat cairan anggur, dapat ditentukan kadar alkohol dalam cairan anggur.  Hidrometer umumnya digunakan untuk memeriksa muatan aki mobil. Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian.
Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung haruslah dibebani dengan butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung juga harus dibuat lebih besar supaya volum zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Jadi, gaya apung yang dihasilkan menjadi lebih besar sehingga hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair.
Perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis cairan menjadi lebih jelas karena tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam cairan.
Ø  Prinsip kerja Hidrometer :
Gaya ke atas = berat hidrometer
Vbf ρfg = w, w hidrometer konstan
(Ahbf) ρf g = mg, sebab Vbf = Ahbf
Ø  Persamaan Hidrometer :           
hbf =
m

f





Ket :    hbf = tinggi tangkai yang tercelup (m)
            m = massa hidrometer (kg)
            A = luas tangkai (m2)
            ρf  =  massa jenis cairan (kg/m3)
Massa hidrometer m dan luas tangkai A adalah tetap, sehingga tinggi tangkai yang tercelup di dalam cairan hbf berbanding terbalik dengan massa jenis cairan ρf.  Jika massa jenis cairan kecil (ρf kecil), tinggi hidrometer yang tercelup di dalam cairan besar (hbf besar). Akan didapat bacaan skala yang menunjukkan angka yang lebih kecil.
2.      Kapal Laut
Massa jenis besi lebih besar daripada massa jenis air laut, tetapi mengapa kapal laut yang terbuat dari besi mengapung di atas air? Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat berongga. Ini menyebabkan volum air laut yang di pindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volum air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung ini mampu mengatasi berat total kapal sehingga kapal laut mengapung di permukaan laut. Jika dijelaskan berdasarkan konsep massa jenis, maka massa jenis rata-rata besi berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut. Itulah sebabnya kapal laut mengapung.
Ø  Titik penting dalam stabilitas kapal
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/id/thumb/7/70/Stabilitas.jpg/300px-Stabilitas.jpgDiagram stabilitas kapal, pusat gravitasi (G), pusat daya apung (B), dan Metacenter (M) pada posisi kapal tegak dan miring. Sebagai catatan, G pada posisi tetap sementara B dan M berpindah kalau kapal miring. Ada tiga titik yang penting dalam stabilitas kapal, yaitu:
§   G adalah titik pusat gravitasi kapal.
§   B adalah titik pusat apung kapal.
§   M adalah metacenter kapal (titik perpotongan garis vertikal B dengan garis pusat kapal).
Ø  Bagaimana kapal laut bisa tenggelam?
Jika M di bawah G, kopel menghasilkan torsi yang searah dengan jarum jam. Torsi ini justru membuat kapal lebih miring lagi, dan keseimbangan menjadi tidak stabil sehingga dapat membuat kapal tenggelam. Untuk kestabilan maksimal, haruslah G rendah dan M tinggi.
3.    Kapal Selam
Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam.
Pada badan kapal selam terdapat tangki pemberat yang dapat diisi udara atau air. Tangki ini terletak di antara lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Ketika kapal selam ingin terapung maka tangki tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.

4.    Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer sehingga balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas, misalnya diisi udara yang dipanaskan.
Secara sepintas, mungkin kamu tidak melihat hubungan antara balon udara yang naik tinggi di angkasa dengan kapal selam yang menyelam di lautan. Sebenarnya, kapal selam maupun balon udara harus diatur beratnya untuk naik, turun, ataupun melayang pada ketinggian atau kedalaman tertentu. Beratnya diatur berdasarkan besar gaya apungnya.
Catatan :
·         Pada cairan bisa terjadi hanya sebagian benda yang tercelup dalam cairan, hingga Vbf belum tentu sama dengan Vb. Dalam udara, volum benda yang tercelup selalu sama dengan volum benda (Vbf = Vb).
·         Massa jenis gas panas lebih kecil daripada massa jenis udara

0 Response to "Hukum Archimedes"

Post a Comment