Mengapa zat padat memiliki bentuk volume tetap?

Pengertian Hukum Archimedes – Pernah lihat film titanic? Film yang cukup menyedot perhatian dunia karena mengangkat kisah nyata tentang tenggelamnya kapal Titanic. Titanic dikenal sebagai kapal mewah. Pelayarannya pada saat itu sangat dinantikan. Peristiwa tenggelam kapal terjadi setelah kapal menabrak gunung es dan terjadi kebocoran.

Kapal yang semula berlayar tenang di lautan kemudian mengalami tabrakan sehingga agak menggesek ini mengakibatkan pelat lambung Titanic melengkung ke dalam di sejumlah tempat di sisi kanan kapal dan mengoyak lima dari enam belas kompartemen kedap airnya. Selama dua setengah jam selanjutnya, kapal perlahan terisi air dan tenggelam.

Kita akan menyaksikan penampakan penumpang serta benda- benda yang terapung dan juga penumpang serta benda-benda yang tenggelam pada film tersebut. Mengapa ada benda yang bisa tenggelam? Mengapa ada benda yang terapung? Dan mengapa ada benda yang melayang?

Nah, film ini sebetulnya penuh dengan teorinya Hukum Archimedes loh! teori ini digagas oleh seorang ilmuwan bernama Archimedes dari Yunani. Ada unik  kisah dibalik penemuan hukum Archimedes, mau tahu?

Daftar Isi

• Sejarah Hukum Archimedes
• Pengertian / Bunyi Hukum Archimedes
  • 1.1. Tenggelam
  • 1.2. Melayang
  • 1.3. Terapung
• Rumus Hukum Archimedes
  • 2.1. massa jenis fluida ( ρ)
  • 2.2.  volume benda (v)
  • 2.3.  gravitasi benda (g)
• Contoh Soal Hukum Archimedes
  • 3.1. Contoh Soal 1
  • 3.2. Contoh Soal 2
  • 3.3. Contoh Soal 3
  • 3.4. Contoh Soal 4
  • 3.5 Contoh Soal 5
  •  3.6. Contoh Soal 6
  • 3.7. Contoh Soal 7
• Contoh Penerapan Hukum Archimedes
  • 1. Kapal selam
  • 2. Kapal Laut
  • 3. Balon udara
• Rekomendasi Buku & Artikel
  • • Buku Terkait
    • Materi Terkait Fisika

Sejarah Hukum Archimedes

Jadi gini, Archimedes adalah  seorang ilmuwan terkemuka yang berasal dari Syracuse, Yunani. Ilmuwan satu ini kemungkinan sih  hidup di zaman 287 – 212 sebelum Masehi. Sebagai seorang ilmuwan besar di zaman itu, Archimedes dapat menguasai beberapa bidang sekaligus, mulai Matematika, Fisika, Filsafat, Astronomi, dan Teknik.

Archimedes yang hidup pada zaman sebelum adanya kertas maupun pensil, namun ia mampu merumuskan berbagai hukum mengenai gaya apung, prinsip tentang tuas, sistem katrol, dan masih banyak lagi yang dibahas dalam buku STD 16: ARCHIMEDES.

Hebat banget ya si Mbah ini, padahal  dia orang jaman dahulu yang terbatas informasi, ponsel aja ga da. Lah kita yang segala tersedia belajar  matematika bengong, ngerjain fisika bingung, ngintip kimia  pingsan dadakan.

Archimedes mulai dikenal orang setelah ia mendapat perintah  dari  Raja Hiero II untuk membuktikan kemurnian emas mahkota milik sang raja. Entah iseng atau memang raja itu ingin mengetahui kehebatan Archimedes.

Ditantang  tugas seperti itu, Archimedes pun sempat kebingungan. Namun ia berpikir keras untuk mendapatkan solusi masalah ini. Disaat kebingungannya memuncak karena belum juga mendapatkan cara untuk membuktikan kemurnian emas, Archimedes malah memilih  lalu menceburkan dirinya ke dalam bak mandi.

Ya Archimedes juga kan manusia mungkin dia merasa otaknya dah mulai panas dan harus didinginkan dengan mandi.

Ketika ia masuk ke dalam bak mandi yang penuh dengan air, dia memperhatikan bahwa ternyata ada air yang tumpah ke lantai.  Penasaran dia coba berulang-ulang.

Sambil pikiran menerawang memikirkan mahkota raja, sebuah ide pun  turun. Dan dia sempat berteriak
“EUREKA!”

Tak dinyana dari kejadian dia mandi itu dia mendapatkan teori yang pada akhirnya kemudian bisa  membuktikan kemurnian emas milik sang raja.
Makanya harus rajin mandi ya gaess, halah

Nah, bagaimana caranya Archimedes membuktikan⁰?. Berbekal hipotesisnya selepas mandi Archimedes lalu memasukkan mahkota ke dalam air. Perubahan volume air akibat masuknya mahkota tersebut lalu  dijadikan dasar untuk menentukan  massa jenis. Kemudian dia  membagi massa mahkota dengan besarnya perubahan volume air.

Nah,Massa jenis yang ia dapat  dari hasil percobaan itu lalu disamakan dengan massa jenis emas murni. Jadi dia masukkan mahkota dan emas murni ke dalam air dengan volume sama.
Eh, air yang terpindahkan oleh emas dengan mahkota tidaklah yang seharusnya sama ternyata didapatkan kenyataan beda.nah, didapatkanlah kesimpulan emas yang ada di mahkota raja ternyata bukanlah emas murni, tetapi campuran.

Sekarang kita bahas lebih dalam hukum Archimedes:

Pengertian / Bunyi Hukum Archimedes

Hukum archimedes berbunyi suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya

Jadi Hukum ini menjelaskan adanya keterkaitan gaya berat dan gaya ke atas pada suatu benda jika dimasukkan ke dalam air.  Akibat adanya gaya angkat ke atas (gaya apung), tentunya benda yang ada di dalam zat cair beratnya akan mengalami pengurangan. Akibatnya benda yang diangkat dalam air akan terasa lebih ringan jika dibandingkan saat diangkat di darat.

Nah, hukum archimedes mengisyaratkan 3 keadaan

1.1. Tenggelam

Keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair lebih kecil dari massa jenis benda. Contohnya besi atau baja akan tenggelam jika dimasukkan ke dalam air karena massa jenis besi lebih besar dari massa jenis air.
Pada keadaan tenggelam, berat benda di dalam cairan lebih besar dibandingkan gaya ke atas oleh cairan.

Gaya tekan air  < berat benda

1.2. Melayang

Keadaan ini terjadi ketika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda. Benda yang melayang berada di antara dasar bejana dan permukaan cairan. Contohnya telur yang dimasukkan ke dalam air yang lalu ditambahkan sedikit garam akan melayang karena massa jenis keduanya sama.

Gaya tekan air = berat benda

Hal yang sama terjadi pada ikan?ikan dapat menyamakan beratnya dengan berat air yang dipindahkan supaya bisa melayang. Caranya apakah ikan akan mengisi pundi-pundi berenangnya dengan udara.

1.3. Terapung

Keadaan ini terjadi saat massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda. Contohnya sterofoam atau plastik akan terapung jika dimasukkan ke dalam air. Contoh penerapan hukum archimedes benda terapung \

Gaya tekan air > berat benda.

Rumus Hukum Archimedes

Jadi Hukum Archimedes  akan menghitung  gaya tekan ke atas (Fa) dipengaruhi oleh 3 hal yaitu

2.1. massa jenis fluida ( ρ)

Semakin besar massa jenis fluidanya maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan sebaliknya
semakin besar kecil jenis fluidanya maka semakin kecil gaya atas yang dihasilkan

2.2.  volume benda (v)

Semakin besar volume benda maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan,  sebaliknya
Semakin kecil  volume benda yang diangkat  maka semakin kecil  gaya atas yang dihasilkan

2.3.  gravitasi benda (g)

Semakin besar gravitasi benda maka semakin besar gaya atas yang dihasilkan,  sebaliknya
Semakin kecil  gravitasi  benda yang diangkat  maka semakin kecil  gaya atas yang dihasilkan.

Rumus dari hukum Archimedes

F = ρ . g . V

Dimana Fa = gaya tekan keatas satuan Newton (N)
ρ = massa jenis satuan Kg/L
g = gravitasi satuan N /Kg
V= volume satuan m³

Untuk kondisi terapung , penerapan hukum archimedes adalah sebagai berikut:
misalkan ada  kayu. Maka pada kayu  tersebut ada 2 gaya yang bekerja yaitu  gaya angkat air dan gaya berat kayu.

Besar gaya angkat sama dengan berat air yang di desak oleh bagian kayu yang berada di bawah permukaan air.

Fa = ρair . g . Vair

Dimana
Vair = volume air yang terdesak oleh kayu (m³)
ρair  = massa jenis air satuan Kg/L

Berat kayu adalah

w =  ρkayu . g . Vtotal

w = berat kayu
V total = volum kayu seluruhnya
ρkayu = massa jenis kayu
Karena kayu diam di permukaan air, maka terjadi hubungan

Gaya angkat = berat kayu
Fa = w
ρair.g. Vair=  ρkayu . g . Vtotal

Karena g atau nilai gravitasi di ruas kanan dan kiri sama, maka akan diperoleh persamaan

ρair.Vair=  ρkayu .  Vtotal

Temukan berbagai rumus fisika lainnya pada Kamus Fisika yang merangkum berbagai jenis rumus fisika yang rumit dan cukup membingungkan yang berhubungan dengan benda yang ada di alam, gejala, serta kejiadan alam.

Contoh Soal Hukum Archimedes

3.1. Contoh Soal 1

Sebuah balok tercelup seluruhnya dalam minyak. Bila volume balok 8 m³, tentukan berat balok dalam minyak tanah yang memiliki massa jenis 800 kg/m³ , berapakah gaya angkat yang dialami balok
Penyelesaian

Diketahui :

Volume balok : V = 8 m³
gravitasi : 10 N/ Kg
Massa jenis minyak  ρ = 800 kg /m³
Ditanya:  gaya angkat Fa?
Jawab:
Fa = ρ . g . V
= 800 kg/ m³ . 10 N/kg . 8 m³
= 64.000 N

3.2. Contoh Soal 2

Sebuah batu tercelup seluruhnya dalam minyak.Bila volume balok 10 cm³, tentukan berat balok dalam air yang memiliki massa jenis 8
1000 kg/m³ , berapakah gaya angkat yang dialami balok (gravitasi: 10 N/kg)

Penyelesaian

Diketahui :

Volume balok : V = 10 cm³
= 10______
1.000.000
= 1________
100.000
= 10-6 m³
gravitasi : g = 10 N/ kg
Massa jenis air :  ρ = 1000 kg /m³
Ditanya:  gaya angkat Fa?
Jawab:
Fa = ρ . g . V
= 1000 kg/ m³ . 10 N/kg . 10-6 m³
= 103 . Kg/ m³ .10 N/kg.  10-6 m³
= 10-2  N
= 0,01 N

3.3. Contoh Soal 3

Diketahui balok dengan tinggi 30 cm mempunyai massa jenis 750 kg/m³ mengapung di atas zat cair yang massa jenisnya 1.200 kg/ m³ tinggi balok yang muncul ke permukaan..

Penyelesaian :

Tinggi balok = 30 cm³
= 30 m³
1.000.000
= 3
100.000

= 3. 10⁵m³
Massa jenis balok : ρbalok= 750  kg /m
Massa jenis zat cair : ρcair= 1.200kg /m³
Volume balok keseluruhan = Vt
Volume balok yang tenggelam : V1
Ditanya: tinggi balok yang muncul di permukaan

ρzatcairV1=  ρbenda.  Vtotal

1.200 V1 = 750 Vt
V1 = 750    Vt
1.200
V1 = 75  Vt
120   kita bagi 15
V 1 = 5 Vt
8
Jika keseluruhan balok dianggap 1 bagian
Maka tinggi balok yang muncul dipermukaan bisa kita cari
V2 = Vt – V1
= 1 – ⅝  V
= ⅜
Karena V total = 30 cm
Maka V2 = ⅜ .30 cm
= 11,25 cm
Jadi V2 atau  tinggi yang muncul di permukaan 11,25 cm

3.4. Contoh Soal 4

Sebuah bola tercelup seluruhnya dalam air. Bila air massa jenis 1.000 kg/m³ , dan  gaya angkat yang dialami bola 0, 2 N
Berapakah volume bola ?
Penyelesaian :

Diketahui
Gaya angkat : Fa = 0,2 N
gravitasi : 10 N/ Kg
Massa jenis air :  ρ = 1.000 kg /m³
Ditanyakan : volume : V = …?
Jawab:
Fa     = ρ . g . V
0,2 N = 1000 kg/m³ . 10 N/ Kg . V
0,2 N = 10.000. V N. m³
0,2 N = 10⁴ . V. N/ m³
V       =    0,2 N
10⁴ N/ m³
= 2.10³ m³
= 2.000 m³

3.5 Contoh Soal 5

Berat sepotong logam di udara 0,63 N. Jika ditimbang dalam minyak tarbantin, logam mengalami pengurangan berat sebesar 0,0522 N. Berapakah beratnya jika ditimbang bensin? Diketahui  massa jenis bensin 700 kg/ m³ dan massa jenis minyak tarbantin 870 kg/ m³

Diketahui:
Gaya angkat minyak tarbatin :Fa1 = 0,0522 N
Massa jenis minyak tarbantin :  ρ1= 870 kg /m³
Massa jenis bensin  :  ρ1= 700 kg /m³
Fa1= ρ1. g . V
0,0522 N = 870kg/m³ . 10 N/ Kg . V
0,0522 N = 8700 N/ m³ V
V = 0,0522 N
8700 N
= 522.10-4 N
87.10² N/m³
= 6.10-6 m³

Kita cari gaya angkat bensin
Fa2= ρ2. g . V
= 700kg/m³ . 10 N/ Kg . 6.10-6 m³
= 7.10² kg/m³ .10 N/ Kg . 6.10-6 m³
= 42.10-3 N
= 0,042 N
Jadi , berat logam dalam bensin adalah selisih gaya angkat pada minyak tarbantin dengan bensin
W logam = 0,63 N – 0,042 N
= 0,588N

 3.6. Contoh Soal 6

Sepotong es memiliki massa jenis 900 kg/ m³ terapung di air laut yang massa jenisnya 1.030 kg/m³. Bila volume bagian es yang menonjol di air laut 0,65 m³. Berapakah volume es seluruhnya?

Penyelesaian
Diketahui:
Massa jenis es:  ρes = 900 kg/ m³
Massa jenis air:  ρair = 1.030 kg/ m³
Volume menonjol :V1 = 0,65 m³
Misalnya volume es seluruhnya kita simbolkan dengan Vtotal

ρair.Vair=  ρes .  Vtotal

1.030 kg/ m³ ( Vtotal-V1) m³= 900. Vtotal
1.030 kg/ m³ ( Vtotal – 0,65 m³) = 900 kg/ m³ .Vtotal
1.030 kg/ m³ Vtotal – (1.030.0,65 kg/m³ .m³) = 900 kg/ m³. Vtotal
1.030 kg/ m³ Vtotal – (6.695 kg / m³.m³) = 900 kg / m³ .Vtotal
(1.030  Vtotal – 900  Vtotal) kg/ m³= 669,5  kg /m³.m³
130 kg / m³. Vtotal = 669,5 kg / m³.m³
Vtotal = 669,5 kg/m³.m³
130 kg/ m³
= 5,15 m³

3.7. Contoh Soal 7

Sebuah benda bermassa jenis 1.200 kg/ m³ terapung pada zat cair 1/5nya, massa jenis benda tersebut adalah…
Penyelesaian:
Diketahui
Massa jenis zat cair :  ρ1= 1200 kg/ m³
Volume terapung = V1
Volume total = V1
V1= ⅕ Vt
Volume tercelup= V2
V2= Vtotal – V1
= 1- ⅕
= ⅘ Vt
Ditanya:
massa jenis benda: ρbenda

Jawab:
ρ1.Vt =  ρbenda.  V2

1200 kg/ m³. Vt = ρbenda.  ⅘ Vt
ρbenda=  1200 kg/ m³. Vt
⅘ Vt
= 960 kg / m³

Berbagai soal dan pembahasan lainnya yang dapat membantu Grameds untuk lebih memahami hukum archimedes juga dapat kamu temukan pada Buku Saku Pintar Fisika: Kumpulan Rumus dan Aplikasi SMA/MA Kelas 10,11,12 dibawah ini.

Contoh Penerapan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh benda yang menggunakan hukum ini adalah

1. Kapal selam

Uniknya kapal selam dia bisa mengapung, dia sanggup melayang dan dia baik-baik saja menyelam. Kapal selam akan mengatur massa jenisnya di dalam air sehingga posisinya  bisa menyelam, melayang atau mengapung di permukaan air . Caranya adalah dengan mengeluarkan atau memasukkan air untuk mengurangi atau menambahkan massanya

Kenali berbagai fakta menarik tentang kapal selam ini melalui buku Mengenal Alat Transportasi Bersama Mike: Kapal Selam karya David West.

2. Kapal Laut

Aneh ga sih,  Kapal laut kan  biasanya terbuat dari baja atau besi, nah kok bisa tetap mengapung di atas laut, harusnya dengan bahan berat begitu tenggelam dong?

Mengapa demikian? Nah, ternyata Hal ini karena gaya angkat pada  kapal sebanding dengan berat kapal. Bagaimana caranya? Begini ,Kapal laut memiliki bentuk berongga sehingga volume air yang dipindahkan lebih besar dan gaya angkat ke atas lebih besar juga.

Nah, kapal Titanic bisa tenggelam kemungkinan karena fungsi rongga untuk memindahkan air sudah rusak sehingga berat kapal menjadi lebih besar dari air. Pengetahuan lengkap seputar kapal laut beserta transportasi air lainnya bisa kamu temukan pada buku Ensiklopedia Junior: Kapal Laut.

3. Balon udara

Ternyata Penerapan Hukum Archimedes juga berlaku pada benda jenis gas yaitu pada balon udara loh. Kan gas memiliki sifat nyaris sama dengan air.

Konsepnya balon udara adalah , Agar dapat melayang di udara, balon udara diisi dengan gas yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada massa jenis udara di atmosfer.

Selesai sudah pembahasan Hukum Archimedesnya. Semoga bisa dipahami dan diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.