Aplikasi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya pada

hidrometer, kapal laut, kapal selam, balon udara, dan galangan kapal. Berikut ini prinsip kerja

alat-alat tersebut.

a. Hukum Archimedes pada Hidrometer

Gambar 7.15 Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Proses pengukuran

massa jenis zat cair menggunakan hidrometer dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke

dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan

menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Berikut ini prinsip kerja hidrometer.

Gaya ke atas = berat hidrometer

FA = whidrometer

ρ1V1 g = mg

Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai

hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka dapat dituliskan

ρ1 (Ah1) = m

dengan: m = massa hidrometer (kg),

A = luas tangkai (m2),

hf = tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair (m), dan

ρf = massa jenis zat cair (kg/m3).

Hidrometer digunakan untuk memeriksa muatan akumulator mobil dengan cara membenamkan

hidrometer ke dalam larutan asam akumulator. Massa jenis asam untuk muatan akumulator

penuh kira-kira = 1,25 kg/m3 dan mendekati 1 kg/m3 untuk muatan akumulator kosong.

b. Kapal Laut dan Kapal Selam

Mengapa kapal yang terbuat dari baja dapat terapung di laut? Peristiwa ini berhubungan dengan

gaya apung yang dihasilkan oleh kapal baja tersebut. Perhatikan Gambar 7.16 berikut.

Gambar 7.16 Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan. Volume air yang di

pindahkan oleh kapal ditandai dengan tenggelamnya kapal hingga batas garis yang ditunjukkan

oleh tanda panah.

Balok besi yang dicelupkan ke dalam air akan tenggelam, sedangkan balok besi yang sama jika

dibentuk menyerupai perahu akan terapung. Hal ini disebabkan oleh jumlah fluida yang

dipindahkan besi yang berbentuk perahu lebih besar daripada jumlah fluida yang dipindahkan

balok besi. Besarnya gaya angkat yang dihasilkan perahu besi sebanding dengan volume perahu

yang tercelup dan volume fluida yang dipindahkannya. Apabila gaya angkat yang dihasilkan

sama besar dengan berat perahu maka perahu akan terapung. Oleh karena itu, kapal baja didesain

cukup lebar agar dapat memindahkan volume fluida yang sama besar dengan berat kapal itu

sendiri.

Gambar 7.17 Penampang kapal selam ketika (a) terapung, (b) melayang, dan (c) tenggelam.

Tahukah Anda apa yang menyebabkan kapal selam dapat terapung, melayang, dan menyelam?

Kapal selam memiliki tangki pemberat di dalam lambungnya yang berfungsi mengatur kapal

selam agar dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Untuk menyelam, kapal selam mengisi

tangki pemberatnya dengan air sehingga berat kapal selam akan lebih besar daripada volume air

yang dipindahkannya. Akibatnya, kapal selam akan tenggelam. Sebaliknya, jika tangki pemberat

terisi penuh dengan udara (air laut dipompakan keluar dari tangki pemberat), berat kapal selam

akan lebih kecil daripada volume kecil yang dipindahkannya sehingga kapal selam akan

terapung. Agar dapat bergerak di bawah permukaan air laut dan melayang, jumlah air laut yang

dimasukkan ke dalam tangki pemberat disesuaikan dengan jumlah air laut yang dipindahkannya

pada kedalaman yang diinginkan.

c. Balon Udara

Balon berisi udara panas kali pertama diterbangkan pada tanggal 21 November 1783. Udara

panas dalam balon memberikan gaya angkat karena udara panas di dalam balon lebih ringan

daripada udara di luar balon. Balon udara bekerja berdasarkan prinsip Hukum Archimedes.

Menurut prinsip ini, dapat dinyatakan bahwa sebuah benda yang dikelilingi udara akan

mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan volume udara yang dipindahkan oleh benda

tersebut.

Gambar 7.18 Balon udara dapat mengambang di udara karena memanfaatkanprinsip Hukum

Archimedes.

http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xi/penerapan-hukum-archimedes/

d. Galangan kapal

Hampir sama dengan kapal laut. Pertama-tama galangan kapal diisi dengan air laut, kemudian

ditempatkan tepat dibawah kapal laut, lalu air nya disedot dan galangan kapal naik ke atas dan

muncul ke purmukaan air. Akhirnya air disekeliling kapal hilang dan kapal siap di perbaiki.

Setelah kapal diperbaiki galangan kapal diisi kembali oleh air laut dan mulai tenggelam. Dan

kapal siap kembali ke laut.

e. Jembatan ponton

Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai

jembatan. Drum-drum itu biasanya terbuatdari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga

massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair. Jembatan ponton merupakan jembatan yang

dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga

tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat.

Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya

jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air

http://marianirekayasa.blogspot.com/2012/12/archimedes.html

  Hukum ArchimedesMenurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air

dari pada di udara karena dalam air, benda mendapat gaya ke atas. Sementara ketika di udara, benda memiliki berat yang sesungguhnya.

 Wu=Mg

Ketika dalam air, benda dikatakan memiliki berat semu, dinyatakan dengan: 

 Ws=Wu-Fa

Keterangan :ws = berat semu (N)wu = berat sesungguhnya (N)Fa = gaya angkat ke atas (N)  Gaya angkat ke atas ini disebut juga gaya apung.

Rumus Gaya Apung

Fa = MfgFa = pfVbfg

Secara sistematis, hukum archimedes dapatditulis sebagai berikut :

Fa = gaya angkat ke atas pada benda (N)ρa = massa jenis zat cair (kg/m3)Va = volume zat cair yang terdesak (m3)g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Fa = ρa Va g

Keadaan BendaAda Tiga keadaan benda di dalam zat cair, yaitu:

 Melayangpb = pf

w = Fa

Keteranganpb = massa jenis bendapf = massa jenis fluidaw = berat bendaFa = gaya Apung

 Tenggelampb, rata-rata > pf

w > Fa

Keteranganpb = massa jenis bendapf = massa jenis fluidaw = berat bendaFa = gaya Apung

 Terapungpb, rata-rata < pf

w = Fa

Keteranganpb = massa jenis bendapf = massa jenis fluidaw = berat bendaFa = gaya Apung

  Aplikasi Hukum Archimedes ( Penerapan Hukum Archimedes)

a.   HidrometerHidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair.

Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hidrometer dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Berikut ini prinsip kerja hidrometer.

Gambar 1.1 Hidrometer

Gaya ke atas = berat hidrometer

FA = whidrometer

ρ1V1 g = mg

Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai

hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka dapat dituliskan

ρ1 (Ah1) = m

dengan:

 m = massa hidrometer (kg),

A = luas tangkai (m2),

hf = tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair (m), dan

ρf = massa jenis zat cair (kg/m3).

Hidrometer digunakan untuk memeriksa muatan akumulator mobil dengan cara

membenamkan hidrometer ke dalam larutan asam akumulator. Massa jenis asam untuk

muatan akumulator penuh kira-kira = 1,25 kg/m3 dan mendekati 1 kg/m3 untuk muatan

akumulator kosong.

b.  kapal laut

Perhatikan Gambar 2.1 berikut.Gambar 2.1 Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan. Volume air yang di pindahkan oleh kapal ditandai dengan tenggelamnya kapal hingga batas garis yang ditunjukkan oleh tanda panah. Balok besi yang dicelupkan ke dalam air akan tenggelam, sedangkan balok besi yang sama jika dibentuk menyerupai perahu akan terapung. Hal ini disebabkan oleh jumlah fluida yang dipindahkan besi yang berbentuk perahu lebih besar daripada jumlah fluida yang dipindahkan balok besi. Besarnya gaya angkat yang dihasilkan perahu besi sebanding dengan volume perahu yang tercelup dan volume fluida yang dipindahkannya. Apabila gaya angkat yang dihasilkan sama besar dengan berat perahu maka perahu akan terapung. Oleh karena itu, kapal baja didesain cukup lebar agar dapat memindahkan volume fluida yang sama besar dengan berat kapal itu sendiri.

c.   kapal selam

Kapal selam merupakan sebuah wahana yang unik karena bisa mengapung dan menyelam di air sesuai kebutuhan, pembuatan kapal selam pertama kali di gunakan untuk keperluan perang dan masih berbentuk sangat sederhana ( turtle). Namun pada masa sekarang selain untuk perang, kapal selam juga di gunakan sebagai wahana rekreasi dan juga penelitian bawah air (ocean research).

Kita pasti tahu bahwa Hukum Archimedes (+250 sebelum Masehi) adalah “Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut”. Dan itu berlaku pada setiap kapal konvensional. Sedangkan untuk menyelam kapal selam memakai Hukum Boyle dan Hukum Boayancy (pengapungan).

Kapal selam di desain memiliki tanki balast (trim), Tanki balast berfungsi menyimpan udara dan air, letaknya berbeda beda tergantung biro

desain yang merancangnya.Untuk awalnya saya akan memberi visualisasi gambar potongan kapal selam seperti yang terlihat di bawah ini:

Sedikit tambahan, kapal selam sekarang mulai di lengkapi dengan berbagai macam persenjataan, yang awalnya hanya sebuah skrup untuk melubangi kapal musuh, sekarang bisa di muati rudal jelajah maupun rudal antar benua yang berhulu ledak nuklir. Yang pada mulanya hanya cukup untuk satu orang hingga sekarang dapat memuat ratusan personel. Kapal selam lama menggunakan diesel sebagai penggerak utama sehingga kemampuan bersembuyi di air sangat terbatas karena harus sering muncul ke permukaan untuk pengisian kembali bahan bakar, kini kapal selam nuklir lebih efisien karena sangat hemat dan menekan biaya operasional, karena dalam sekali charge kapal selam mampu berlayar bertahun tahun tanpa perlu mengisi bahan bakar.

Namun itu bukan berarti tidak beresiko. Kejadian bocornya radiasi pada kapal K-19 Rusia beberapa dekade lalu, menunjukkan kalau perlu keamanan extra untuk mengoperasikan sebuah kapal selam nuklir, selain merupakan sebuah kebanggaan tersendiri bagi pihak Angkatan Laut bisa mengoperasikan nya.

d.  galangan kapal

prinsip kerjaHampir sama dengan kapal laut. Pertama-tama galangan kapal diisi

dengan air laut, kemudian ditempatkan tepat dibawah kapal laut, lalu air nya disedot dan galangan kapal naik ke atas dan muncul ke purmukaan air. Akhirnya air disekeliling kapal hilang dan kapal siap di perbaiki. Setelah kapal diperbaiki galangan kapal diisi kembali oleh air laut dan mulai tenggelam. Dan kapal siap kembali ke laut.

e.  balon udaraGaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama

dengan berat fluida yang dipindahkannya. Fa = ρƒ. Vbƒ. g Dengan ρƒ adalah massa jenis

udara. Balon menggunakan prinsip yang sama dengan kapal laut.

Hanya saja, karena kita menginginkan balon naik ke udara dan melayang pada

ketinggian tertentu, maka yang dilakukan adalah mengisi balon sehingga berat udara yang

dipindahkan lebih berat dari berat balon.

Hingga kemudian mencapai titik ketinggian yang diinginkan. Untuk mencapai hal

tersebut, prinsip kimia mengajarkan kita tentang mengisi balon dengan gas yang massa

molekulnya lebih kecil dari massa rata-rata di udara atau dengan gas panas. Tidak semua

gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika ada pertimbangan harga dan keselamatan.

Beberapa di antaranya adalah gas Hidrogen(H2) dan Helium (He).

f.    jembatan ponton.

Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga

menyerupai jembatan. Drum-drum itu biasanya terbuatdari besi dan di dalamnya diisi

dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair. Jembatan

ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum

tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan

ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air

surut, maka jembatan turun.  Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang

surutnya airhttp://okvita-desi.blogspot.com/2012/10/makalah-penerapanhukum-archimedes.html