Tekanan Pada Zat Cair : Hukum Archimedes

 Tekanan Pada Zat Cair : Hukum Archimedes

Archimedes

Ada yang mengenal siapakah dia?

Ada sebuah cerita. Pada suatu waktu Sang Raja memesan sebuah mahkota. Ketika mahkotanya sudah jadi, Sang Raja ragu akan kemurnian emas dari mahkota tersebut. Kemudian Sang Raja memanggil Archimedes. Archimedes tidak bisa memenuhi keinginan Sang Raja. Archimedes kebingungan. 

Kemudian Archimedes pulang dan masuk ke bak air untuk mandi. Pada saat itulah, Archimedes menemukan jawaban atas pertanyaan Sang Raja. Saking gembiranya, Archimedes melompat-lompat...berteriak kegirangan dan berlarian sepanjang jalan dalam keadaan telanjang. Konon dialah penyanyi telanjang pertama di dunia.

"Eureka...eureka...eureka.." begitu yang dikatakannya.

Hukum Archimedes berbunyi

"suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya dalam suatu zat cair akan mengalami gaya tekan ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan (didesak) oleh benda tersebut"

Secara matematis  Hukum Archimedes dapat dituliskan sebagai :

F_A = W_U - W_A 

F_A = ρ_A V_A g

FA = gaya tekan ke atas pada benda (N)

ρ_A = massa jenis zat cair (kg/m³)

V_A = volume air yang terdesak (m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

Terapung, Tenggelam, dan Melayang

Benda yang dicelupkan ke dalam air akan mengalami 3 keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam yang ditentukan oleh besarnya gaya berat dan gaya ke atas yang dialami benda tersebut.

1) Mengapung :jika volume benda yang memindahkan cairan lebih kecil dari volume benda (massa jenis benda lebih kecil dari pada massa jenis cairan).

 ρ_benda< ρ_{zat cair}

2) Melayang jika volume benda yang memindahkan cairan sama dengan volume benda (massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cairan).

ρ_benda= ρ_{zat cair}

3) Tenggelam jika benda tercelup seluruhnya (massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis cairan)

ρ_benda> ρ_{zat cair}

Penerapan gaya Archimedes :

1. jembatan ponton

2. hidrometer (alat ukur massa jenis)

3. kapal laut

4. kapal selam

5. balon

Contoh Soal Hukum Archimedes

1. Sebuah benda jika di udara beratnya 10 N. Jika ditimbang di suatu zat cair ternyata beratnya 8,5 N. Tentukan besar gaya ke atas yang dialami benda tersebut?

Pembahasan

Gaya ke atas yang dialami benda di dalam zat cair sama besarnya dengan pengurangan berat benda dalam zat cair itu.

Gaya ke atas = berat di udara - berat di dalam zat cair

F_A = W_U - W_A = 10 N - 8,5 N = 1,5 N

2. Sebuah benda memiliki massa jenis 1800 kg/m³ berada di dalam air seperti pada gambar. 

Benda tenggelam

Benda tersebut memiliki volume 4000 cm³.

a. Berapa besar gaya ke atasnya?

b. Berapa berat benda di air?

(g = 10 m/s²)

Penyelesaian

a. Besar gaya ke atas

V_A = 4000 cm³ =  4000.10^-6 m³=4.10^-3 m³ 

ingat bahwa : 1 cm = 10^-2 m sehingga 1 cm³ = 10^-6 m³ 

F_A = ρ_A V_A g = 1200.4.10^-3.10 = 48 N

b. Berat benda di air

Berat benda di air = Berat benda di udara - gaya ke atas

V_B = V_A = 4.10^-3 m³ 

W_U =  ρ_B V_B g = 1500.4.10^-3.10 = 60 N

 W_A= W_U - F_A = 60 N - 48 N = 12 N

Wow..ternyata memang benda yang di dalam air akan terasa lebih ringan karena pengaruh gaya tekan ke atas.

Kita bisa merasakannya bukan saat membawa benda/batuan di dalam air sungai. Akan terasa lebih ringan dibanding jika batunya diangkat di atas air. Demikian juga saat menimba air. Saat timbanya di dalam air terasa ringan, semakin ke atas dan akhirnya di atas permukaan air maka akan terasa berat. 

Selamat belajar

Thanks for reading & sharing Sains Multimedia