Hukum Archimedes: Pengertian, Bunyi, Rumus dan Contoh Soal

Hukum Archimedes

Kalimat.ID – Masih seputaran dengan dunia fisika, pada kesempatan kali ini kita akan mencoba mengulas mengenai hukum Archimedes yang sampai saat ini masih menjadi salah satu penemuan penting yang terus berkaitan langsung dengan ilmu fisika.

Untuk mempermudah pengetahuan mengenai keseluruhan bab yang membahas mengenai hukum Archimedes, pada ulasan di bawah ini akan di bahas secara lengkap mengenai sejarah, pengertian, bunyi, rumus dan contohnya.

Semoga dengan mempelajari beberapa hal yang berkaitan langsung dengan hukum Archimedes, anda akan semakin dekat dengan ilmu fisika dan memahami semua hal yang berkaitan langsung di kehidupan sehari-hari.

Sejarah Hukum Archimedes

Hukum Archimedes diawali dari salah satu penemuan penting yang dilakukan oleh ilmuwan bernama Archimedes yang pada waktu itu dapat menemukan sebuah cara untuk menghitung sebuah volume benda yang tidak memiliki satuan baku.

Awalnya pada masa pemerintahan Raja Hiero II, archimedes ditugaskan untuk meneliti mahkota yang dipesannya. Karena pada dasarnya bahan dari mahkota tersebut merupakan emas murni yang diberikan kepada seorang ahli pembuat mahkota.

Raja ingin memastikan apakah emas yang terdapat di dalam mahkotanya tidak ada campuran logam apapun. Awalnya soroti buruknya jika mahkota yang dipakai hanya terdapat beberapa campuran perak dan beberapa sebagian emas diambil oleh sang pembuat mahkota.

Pada waktu itu Archimedes sedang berada di bak mandi setelah melakukan rutinitas mandi dengan cara berendam. Dia menyaksikan sendiri jika air yang terdapat dalam bak mandinya tumpah karena adanya tekanan besar dari tubuhnya yang masuk ke dalam bak mandi. Lantas Archimedes menyadari dari jika hal tersebut bisa dipakainya untuk menghitung isi dan volume mahkota sang raja.

Dengan melakukan pembagian berat dari mahkota bersama maka volume air saat dipindahkan maka kerapatan dan juga berat jenis mahkota akan bisa dihitung. Mengingat dia menyadari jika berat jenis sebuah mahkota memang sangat rendah dibandingkan dengan emas.

Hal tersebut tentu saja akan bisa membuktikan jika pembuat mahkota memang terbukti bertindak curang dengan menambahkannya memakai perak dan logam lainnya. Akhirnya sang pembuat mahkota dikenai hukuman atas perbuatannya mencurangi raja.

Pengertian Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan jika terdapat benda yang seluruhnya tenggelam atau sebagian yang tenggelam didalam sebuah fluida, maka benda tersebut akan memperroleh gaya keatas dengan besarnya sama dengan benda yang dipindahkan oleh fluida.

Hukum Archimedes mempelajari sepenuhnya mengenai adanya gaya dorong ke arah atas (dalam artian gaya apung) yang sedang dialami sebuah benda didalam sebuah fluida. Semua benda yang dimaksukkan dalam fluida akan memiliki berat yang cenderung lebih kecil jika dibandingkan dengan berat benda yang berada diluar fluida.

Jika ada benda yang dipindahkan dalam air maka kita akan merasakan kalau benda itu akan terasa sangat ringan. Mengingat zat cair akan mempengaruhi beratnya secara keseluruhan. Meskipun saat diangkat kepermukaan, benda tersebut memiliki berat yang sama. Karena air mempengaruhi dan mendorong benda kearah berlawanan.

Gaya yang mendorong keatas tersebut merupakan gaya yang bekerja pada benda. Biasanya haya tersebut dinamakan gaya apung. Ada juga yang menyatakan jika gaya tersebut merupakan gaya angkat/gaya Archimedes. Yang mana sampai saat ini, pernyataan yang berkaitan erat dengan gaya apung banyak dikatakan jika gaya Archimedes adalah hal yang menjadi pengaruh utamanya.

Bunyi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes merupakan sebuah hukum yang mempelajari semua prinsip pengapungan yang terjadi terhadap benda yang dimasukkan dalam zat cair. Dimana dalam hukum ini terdapat beberapa kaitannya erat dengan adanya gaya keatas dan gaya berat benda yang mempengaruhinya. Hal ini sangat berlaku pada benda-benda yang dimasukkan kedalam air.

Dari pernyataan tersebut, bunyi Hukum Archimedes “jika ada benda yang dicelupkan ke sebuah zat cair, maka benda tersebut akan mendapatkan gaya keatas (gaya apung) sebanyak berat dari zat cair yang saat itu dipindahkannya”.

Dari adanya gaya apung yang diberikan ke sebuah benda maka berat benda yang dikenai gaya tersebut akan nampak berkurang. Sehingga hal ini membuat berat benda seakan lebih ringan jika dibandingkan benda yang diangkat pada saat ada dipermukaan (darat dan udara). Hal ini memang dikarenakan oleh massa air yang menekan keatas dari benda yang dimasukkan tersebut.

Kejadian ini membuat terjadinya resultan yang terjadi diantara gaya bera dan gaya keatas sebuah benda didalam zat cair. Berat benda tersebut biasanya dikatakan sebagai berat semu atau berat benda yang sama sekali tidak sebenarnya. Mengingat hal ini dipengaruhi oleh keadaan benda yang dikenai gaya didalam zat cair tersebut.

Rumus Hukum Archimedes

Secara matematis Hukum Archimedes dapat dituliskan: FA = ρc.Vb.g
keterangan:
FA = gaya apung (ke atas) (N)
ρc = massa jenis zat cair (fluida) (kg/m3)
Vb = volume benda yang tercelup (m3)
g = gravitasi (m/s2)

Jika benda yang dimasukkan ke air (fluida), maka akan ada 3 hal atau kemungkinan yang akan mempengaruhi yaitu: terapung, melayang dan tenggelam. Berikut ini adalah penjelasan lengkap dari ketiga peristiwa tersebut.

Terapung

Terapung adalah kondisi benda yang tepat berada diatas permukaan zat cair dan hanyalah sebagian kecil saja yang ada di posisi bawah dari permukaan zat cair tersebut. Benda akan mengalami peristiwa terapung jika massa jenis benda memiliki berat yang lebih ringan dibandingkan dengan massa zat cair. Jika dituliskan (ρb < ρc).

Volume total benda akan memiliki jumlah sama dengan volume benda yang pada saat itu tercelup dan mengalami penambahan dari valume benda yang sedang mengapung. Pernyataan ini dapat dituliskan rumus:
Vb = V’+V”.FA = ρc.V”.g

keterangan:
Vb = volume dari benda keseluruhan (m3)
V’ = volume dari benda yang terapung (m3)
V” = volume dari benda yang tercelup (m3)
FA = gaya ke atas (apung)(N)
ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = gravitasi (m/s2)
pada saat benda dalam posisi setimbang, bisa dihitung dengan memakai persamaan:
FA = W
ρc.V”.g = ρb.Vb.g ρc.V” = ρb.Vb
atau
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . V2 . g
ρb . Vb = ρZC . V2
karena Vb > V2 maka : ρb < ρZC

keterangan:
ρb = massa jenis benda (kg/m3).

Melayang

Melayang merupakan posisi benda yang tepat diantara sisi permukaan zat cair dengan dasar zat cair yang ditempatinya. Sebuah benda dikatakan melayang jika memiliki massa jenis sama dengan zat cair. Bisa dituliskan dengan: (ρb = ρc). Dalam kondisi melayang maka benda tersebut bisa dijatakan memiliki berat 0 (nol).

Karena massa zat cair dan berat benda sama, maka dapat dituliskan rumus:
FA = ρc.Vb.g = ρb.Vb.g

keterangan:
FA = gaya apung
ρb = massa jenis dari benda (kg/m3) (N)
ρc = massa jenis dari zat cair (kg/m3)
Vb = volume dari benda (m3)
g = gravitasi (m/s2)

Tenggelam

Tenggelam merupakan peristiwa dimana sebuah benda yang masuk dalam zat cair akan berada didasar zat cair tersebut secara keseluruhan. Hal ini diakibatkan karena massa jenis dari benda memang lebih besar/berat jika dibandingkan dengan massa zat cair tersebut. Jika dituliskan maka: (ρb > ρc).

Dari peristiwa tenggelam dapat dirumuskan menjadi:
FA = Wu − Wc

keterangan:
FA = gaya apung (N)
Wu = berat benda di udara/ berat sebenarnya (N)
WC = berat benda dalam zat cair (N)
g = gravitasi (m/s2) Wu > Wc
mengingat didalam peristiwa tenggelam berat sebuah benda merupakan hasil perkalian dari massa dan grafitasi, maka juga bisa dihitung dengan rumus:
ρc.Vb = mu − mc

keternagan:
ρc = massa jenis dari zat cair (kg/m3)
mu = massa benda saat ada di udara (kg)
mc = massa semu benda didalam zat cair (kg)
Vb = volume dari benda (m3)

Penerapan Hukum Archimedes di Kehidupan Sehari Hari

Teori yang sudah terbukti dari hukum Archimedes, ternyata juga bermanfaat pada kehidupan manusia selama ini. Dan pada umumnya beberapa kegiatan dan penerapan pada beberapa alat juga mengacu pada hukum Archimedes. Berikut ini merupakan beberapa contoh penerapan dari hukum Archimedes yang terdapat pada beberapa alat yang dimanfaatkan oleh manusia.

Kran Otomatis Pada Penampungan Air

Sebagian besar masyarakat tentu saja menggunakan salah satu alat berupa pompa air untuk memenuhi kebutuhan air di rumah tangga. Bahkan sebagian orang menempatkan tangki penampung air yang mana air nya bersumber pada air tanah yang diambil pada kedalaman tertentu.

Alasannya sangat jelas mengapa tangki penampung air harus berada pada ketinggian tertentu. Karena fungsinya memang untuk mendapatkan tekanan besar supaya air di dalam tabungan bisa mengalir dan dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari.

Di dalam tangki air tersebut biasanya dipasang sebuah pelampung yang memiliki fungsi sebagai bagian dari kran otomatis. Otomatis yang terdapat di dalam keran tersebut akan mengikuti volume air yang terdapat di dalam tangki.

Pada saat air di dalam penampungan kosong maka penampung yang turun pada ketinggian tertentu akan otomatis membuka keran dan mengalirkan air menuju ke tangki. Pada saat air di dalam tangki sudah penuh, maka kran tersebut juga akan otomatis menutup keran dan menghentikan aliran air.

Dengan penggunaan otomatis di dalam tangki penampungan air, tentu saja hal tersebut mengacu pada prinsip hukum Archimedes.

Kapal selam

Sesuai dengan prinsip kerjanya galangan kapal biasanya hampir mirip dengan apa yang diterapkan pada sistem kerja kapal selam. Kapal selam juga menggunakan teori hukum Archimedes di dalam pengoperasiannya. Di mana pada saat akan menyelam, terdapat sebuah ruang yang otomatis membuka katupnya sehingga air akan masuk ke ruangan tersebut. Hal ini tentunya akan menambah massa berat kapal selam dan membuatnya tenggelam di bawah permukaan air.

Pada saat kapal ingin mengapung di atas permukaan air, maka semua cadangan air yang masuk ke ruangan di dalam kapal akan dibuang memakai tekanan hidrostatis. Perasaan inilah yang membuat kapal selam memiliki perhitungan waktu tertentu untuk berada dibawah permukaan air atau menyelam. Jika terlalu lama berada di bawah permukaan air, adanya tekanan hidrostatis membuat kapal selam akan rusak.

Hidrometer

Hidrometer merupakan sebuah alat yang dipromosikan sebagai pengukur massa jenis dari zat cair. Bentuknya serupa tabung serta memiliki pemberat dan juga ruangan udara yang membuatnya stabil dan mengapung. Hidrometer juga mengacu pada prinsip hukum Archimedes.

Dari adanya massa jenis zat cair yang terlalu besar, maka bagian dari hidrometer akan semakin sedikit yang tenggelam. Biasanya hydro water dipakai untuk mengukur kandungan air yang terdapat di dalam minuman, susu atau bir.

Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan merupakan bejana atau wadah yang sama sekali tidak memiliki bagian atau sekat yang berkaitan. Pada saat bejana berisi zat cair yang memiliki jenis sama, maka tinggi dari permukaan zat cair didalamnya akan sama tinggi. Hal ini tidak akan sama ketika terdapat beberapa zat cair berbeda yang dimasukkan ke dalam bejana.

Kapal Laut

Kapal laut sudah menggunakan prinsip hukum Archimedes. Di mana dalam badan kapal terdapat beberapa rongga untuk mencegahnya tenggelam. Tujuan utama pembuatan kapal yaitu untuk sarana transportasi dan mengangkut barang dalam skala besar.

Jika di dalam kapal tidak terdapat rongga maka kemungkinan berat tambahan dari barang yang diangkut akan membuat kapal sedikit berat dan bahkan bisa tenggelam. Dengan adanya gaya apung yang diterapkan di dalam kapal laut, semua aktivitas transportasi air menjadi lebih mudah dijalankan oleh manusia.

Jembatan ponton

Jembatan ponton merupakan beberapa kumpulan drum yang disusun di sebuah jembatan di tepi laut. Tujuannya agar jembatan tersebut tetap berada pada ketinggian yang sama dengan permukaan air laut.

Pada saat kondisi air laut sedang pasang maka jembatan tersebut akan mengikuti ketinggian air laut. Cuaca di fungsi dari jembatan ponton adalah untuk sarana prasarana di pinggiran laut dan tingginya jembatan menyesuaikan pasang surut air laut.

Contoh Soal Hukum Archimedes

Sebagai bahan mempelajari sepenuhnya tentang hukum Archimedes, tentu saja pemahaman tentang bagaimana cara mengerjakan soal haruskah lebih ditingkatkan. Supaya Anda semakin memiliki banyak pengetahuan tentang soal dan cara menyelesaikannya, pelajarilah beberapa soal berikut ini.

1. Sebuah benda memiliki volume 400 cm3 dan dimasukkan dalam air serta dalam posisi melayang. Hitung besarnya gaya apung bendar tesebut!

jawab:
diketahui: Vb = 4 x 10-4 m3 dimana ρc = 103 kg/m3.
Penyelesaian:
FA = ρc.Vb.g sehingga FA = 103.(4 x 10-4) (10)
maka volume FA = 4 N.

2. Ada benda memiliki massa jenis 0,6 g/cm3 dan dimasukkan ke sebuah air. Besarnya volume benda yang saat itu dalam kodisi terapung 40 cm3, Berapakan volume benda itu?

jawab:
diketahui:
V’ = 40 cm3; ρc = 1 g/cm3
ρb = 0,6 g/cm3.
Vb = V’ + V”
⇒ Vb = 40 + V”

Cara menghitung dalam keadaan setimbang yakni:
ρc.V” = ρb.Vb
1 (V”) = 0,6 (40 + V”)
V” = 24 + 0,6 V”
0,4 V” = 24
V” = 60 cm3

Jadi dapat dihitung jika Vb = 40 + 60 = 100 cm3.

3. Sebuah gabus yang saat itu terapung di atas air, bagian dalam air memiliki volume sebesar 40%. Kemudian air itu mempunyai massa jenis 0,8 g/cm3 diambil dari 30% bagian dari volume benda terendam minyak. Silahkan menghitung massa jenis benda itu?.
jawab:

Vm = 30% Vb = 0,3 Vb
Va = 40% Vb = 0,4 Vb

diberlakukannya hukum archimedes
Fa + Fm = W
⇒ ρa.Va.g

maka:
ρm.Vm.g = ρb.Vb.g
1 x (0,4 Vb) + 0,8 x (0,3 Vb) = ρb.Vb
0,4 Vb + 0,24
Vb = ρb.Vb
(0,4 + 0,24) = 0,64 g/cm3.

Itulah beberapa hal yang bisa dipelajari tentang hukum Archimedes dari segi pengertian, sejarah, bunyi, rumus dan beberapa contohnya di dalam soal. Semoga dengan mendapatkan banyak pengetahuan dari beberapa penjelasan di atas, anda akan semakin mudah memahaminya. Semoga bermanfaat!