Inilah Cara Kerja Kapal Selam

Potongan sebuah Kapal

Posisi mengapung

Posisi menyelam

TAMBAHAN

Kapal selam bertenaga nuklir adalah kapal selam yang menggunakan

reaktor air bertekanan atau PWR (pressurizer water reactor) sebagai

sumber tenaga memutar turbin utama yang menggerakkan baling-baling

serta motor elektrik pengisi baterai yang menghasilkan listrik untuk

berbagai keperluan.

Tidak seperti kapal selam diesel yang harus muncul ke permukaan untuk

menghisap udara yang dibutuhkan mesin diesel, keunggulan kapal selam

nuklir adalah masa operasionalnya serta lebih bertenaga meskipun kapal

selam mempunyai ukuran besar dan harus dalam kondisi menyelam, uranium

sebagai bahan bakar dari reaktor dapat diganti setelah 3 tahun

pemakaian. Faktor penghambat masa operasional hanya kebutuhan suplai

awak kapal.

CARA KERJA KAPAL SELAM

Di dalam kapal selam terdapat kompresor udara yang fungsinya dapat memanpatkan

udara. Ketika mengapung, sebagian besar badan kapal selam diisi udara sehingga secara

keseluruhan ρ(massa jenis) kapal lebih kecil dari ρ(massa jenis) air laut dan meyebabkan

ia bisa mengapung.

Kemudian jika kapal selam ingin lebih tenggelam, udara tadi dikeluarkan dan air laut

disekitarnya dimasukkan sehingga ρ (massa jenis) kapal secara keseluruhan lebih besar

dari ρ (massa jenis) air laut. Dan jika kapal selam ingin mengapung lagi maka air laut tadi

dikeluarkan dan digantikan dengan udara dari kompresor.

 Bagaimana cara kerja kapal selam ??

Kapal Selam, dapat menyelam dan muncul ke permukaan dengan mengubah kerapatan

nisbinya.  Kapal ini membawa wadah besar yang disebut tangki balas.

Ketika udara dikeluarkan dari tangki - tangki ini dan diganti dengan air, kerapatan kapal

selam meningkat sehingga kapal dapat menyelam.  Ketika kapal selam ingin muncul ke

permukaan, udara dipompakan kembali ke dalam tangki - tangki dan air dipaksa keluar. 

Hal ini membuat kerapatan kapal selam menjadi berkurang sehingga kapal bisa naik ke

atas permukaan laut.

Percobaan sederhana   :

Ambil sebuah botol kemudian tutup botol tersebut dengan rapat kemudian masukkan ke

dalam air dan lepaskan, maka botol tersebut akan melesat naik ke permukaan.

Sekarang isilah botol dengan air, tutup botol lebih rapat dan masukkan ke dalam air,

persis seperti kapal selam yang tangki balasnya terisi air.

Mengapa merupakan salah satu penemuan terbesar ?

Konsep pelambungan (air mendorong objek keatas sama dengan berat air yang

digantikan objek) dan pengungkit (gaya mendorong kebawah pada satu sisi dari

pengungkit menciptakan gaya mengangkat pada sisi lain yang proposional pada panjang

dua sisi pengungkit) mendasari semua ilmu kuantitatif dan teknik. Prinsip ini mewakili

pemahaman manusia yang paling awal mengenai hubungan dalam dunia fisika di sekitar

kita dan merumuskan secara matematika kejadian fisika di dunia. Berbagai kemajuan

ilmu dan teknik bergantung pada penemuan 2 prinsip ini. Seperti teknologi kapal

(konvensional) dan kapal selam (submarine)

Sejarah Penemuan

Tahun 260BC, Archimedes yang waktu itu masih berusia 26 tahun sedang mempelajari

ilmu astronomi dan geometry di Syracuse, Sicilia. Suatu hari Archimedes tertarik dengan

permainan 4 bocah di pantai dengan sebuah papan kayu yang mengapung. Mereka

mencoba menyeimbangkan papan tersebut di atas batu karang setinggi pinggang. Salah

seorang anak berdiri pada ujung papan, kemudian 3 teman lainnya meloncat ke ujung

yang lainnya. Bocah yang sendirian itu kemudian terlempar ke atas.

Kemudian anak-anak ini menggeser papannya supaya hanya seperempat bagian pendek.

Ketiga bocah itu menaiki bagian yang pendek di ujungnya. Anak yang keempat segera

meloncat ke bagian yang panjang yang posisinya naik ke atas, yang efeknya langsung

melempar teman-temannya ke udara.Archimedes sangat terpesona. Dia kemudian

bertekad untuk memahami prinsip ini supaya benda yang ringan (seorang laki-laki)

mampu mengangkat benda berat (tiga laki-laki).

Archimedes menggunakan selembar papan dan sebuah balok kayu kecil untuk

memodelkan anak laki-laki dan papan pengapung mereka. Dia membuat balok segitiga

untuk memodelkan batu karang mereka. Dengan menghitung sambil menyeimbangkan

berbagai kombinasi berat pada ujung pengdongkrak, Archimedes menyadari bahwa

pengungkit ini merupakan salah satu contoh dari hasil kerja Euclid. Gaya yang

mendorong ke bawah setiap ujung pada pengungkit harus proposional dengan panjang

papan pada setiap sisi terhadap titik penyeimbang. Dia menemukan konsep matematika

dari pengungkit, suatu sistem pengangkutan yang paling umum dan dasar yang pernah

dirumuskan.

Lima belas tahun kemudian pada tahun 245BC, Archimedes diperintahkan Raja Hieron

untuk mencari tahu apakah ahli emas telah menipu raja. Hieron memberi sebongkah emas

kepada ahli emas untuk dijadikan mahkota berbahan emas. Walaupun mahkota ini

beratnya sama dengan emas asli, raja curiga jika ahli emas ini melapisi logam yang lebih

murah didalamnya dengan emas. Archimedes diperintahkan untuk mencari tahu apakah

mahkota ini murni emas tanpa harus merusak mahkota itu sendiri.

Sepertinya ini merupakan pekerjaan yang mustahil. Ketika sedang mandi di tempat

permandian umum, Archimedes menyadari lengannya terapung diatas air. Sebuah ide

kemudian terbesit di benaknya. Dia menarik tangannya kedalam air dan dia

merenggangkan lengannya. Lengannya dengan sendiri mengapung kembali ke atas.

Kemudian dia mencoba berdiri dari bak, level air menjadi menyusut, kemudian dia duduk

kembali, level air meningkat kembali. Dia berbaring, air naik lebih tinggi lagi, dan dia

merasa lebih ringan. Dia berdiri, level air menurun dan dia merasa dirinya lebih berat. Air

harusnya telah mendorong dia keatas sehingga dia merasa ringan.

Dia kemudian mengambil sebuah batu dan sebalok kayu yang memiliki ukuran sama ke

dalam bak dan merendamkan mereka kedua-duanya. Batu tenggelam tetapi terasa ringan.

Dia harus menekan kayu supaya tenggelam. Itu artinya air harus menekan ke atas dengan

gaya yang relatif terhadap jumlah air yang tergantikan oleh ukuran objek daripada berat

dari objek. Seberat apa objek itu dirasakan di air mempengaruhi kepadatan objek.Ini

membuat Archimedes mengerti bagaimana memecahkan masalah raja. Dia kembali ke

raja. Kuncinya adalah kepadatan. Jika mahkota ini terbuat dari logam bukan emas, dia

dapat memiliki berat yang sama tetapi akan memiliki kepadatan yang berbeda sehingga

akan menumpahkan jumlah air yang berbeda.

Mahkota dan sebuah emas yang beratnya sama di masukkan ke sebuah mangkok berisi

air. Mahkotanya ternyata menumpahkan air lebih banyak sehingga terbukti mahkota itu

adalah palsu. Lebih penting, Archimedes kemudian menemukan prinsip pengapungan:

Air menekan ke atas sebuah objek dengan gaya yang setara dengan jumlah air yang

ditumpahkannya.

Btw, sewaktu kejadian di bak mandi itu, ketika dia menemukan konsep pelampungan dia

langsung loncat dan berteriak "Eureka!" yang artinya "Saya menemukannya!". Ucapan

"Eureka" ini kemudian menjadi begitu populer.

kredit for Junxiong

You might also like:

Mengenal Galileo Galilei

Politics : Doktrinisasi Zionis

Ada apa di stasiun ruang angkasa?

Fakta fakta unik dibalik perang salib (crusader)

LinkWithin

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 bagian yang dapat diisi udara dan air. Ketika kapal

selam ingin terapung maka bagian 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.

Tuesday, 24 February 2009, 13:46 Oleh bacangaja3

 

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang

tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami

gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang

dipindahkannya.

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu

fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar

dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas

menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :

Fa = ρ v g

Keterangan :

Fa = gaya ke atas (N)

V = volume benda yang tercelup (m3)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat

diturunkan dari hukum newton juga.

- Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya

=0 dan benda

melayang .

- Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang

- Bila FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam

Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka

agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang

dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak

seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain

benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang

dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan

sama dengan rapat rapat massa benda.

Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka

benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan

nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam.

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke

dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau

gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini

ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya

tersebut yaitu seperti berikut.

• 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)

• 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 +…..

• 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 > W

rc . Vb . g  >  rb . Vb . g

rc $rb

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn =  FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku

:

FA’ = W

rc . Vb2 . g  =  rb . Vb . g

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di

dalam zat cair.

Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.

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 :

1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda

mengapung.

2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda

tenggelam.

3. 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.

Sumber : http://dr-budiow.com/

Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?

a. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa

jenis zat cair.

(miskonsepsi).

b. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa

jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah)

c. Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa

jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah)

d. Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari

massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah).

e. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume

benda. (miskonsepsi).

f. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan

massa benda

(miskonsepsi).

Tambahan

Mengapa Telur Tenggelam Dalam Air Biasa?

Pada saat telur tenggelam dalam air, berlakulah HUKUM

ARCHIMEDES…”Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya akan

mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair

yang dipindahkan.”

Mengapa Telur Tenggelam Dalam Air Biasa?  Sesuai dengan Hukum

Archimedes mengenai prinsip TENGGELAM, maka telur tenggelam

dalam air biasa disebabkan karena :

- W telur > Fa

(berat telur > gaya ke atas oleh air)

- S telur > S zat cair

(berat jenis telur > berat jenis zat cair)

dimana rumus berat jenis :

S = massa jenis x gravitasi

Supaya telur tersebut tidak tenggelam, kita dapat menambahkan

garam pada air tersebut. Sehingga menyebabkan W telur < Fa dan S

telur < S air.

Sumber : http://sg.ard.yahoo.com

Mengapa Kapal baja bisa mengapung di-Air, padahal BJ baja 7.85

tom/m3 dan BJ air 1 ton/m3?

Karena berat baja per luasannya masih lebih kecil dari air.

Sumber : http://sg.ard.yahoo.com/

Bagaimana Penerapan Hukum Archimedes ?

Pada kapal selam dimana kapal dapat melayang( tidak tenggelam tdak

juga   mengapung). Karena F archimedes = F benda

F archmedes = V benda x massa jenis air x gravitasi.

sebagai percobaan ambil wadah bening di isi air putih lalu masukan 1

butir telur, yang terjadi telur akan tenggelam, lalu coba dalam wadah

itu masukan garam.. hingga telur mengapung. ini dikarenakan

perbedaan massa jenis air garam dengan benda.

karena massa jenis air laut umumnya sama maka berat kapal selam

sudah didisain sedemikian rupa agar kapal bisa melayang.

Sumber : http://sg.ard.yahoo.com/

Mengapa Kapal Yang Berat Terapung tetapi batu yang kecil

tenggelam?

Semua ini berkaitan dengan daya apungan, misalnya apabila kita

mencampak sesuatu ke dalam air ia akan menolak & mengantikan

kandungan air.

Misalnya apabila kita masukkan sebiji bola tenis ke dalam kolah, air

sebanyak bola tennis akan melimpah keluar.

Jika berat air yang digantikan lebih berat daripada berat bola tennis,

bola berkenaan akan terapung. Jika bola berkenaan dipenuhi dengan

logam berbanding dengan udara, ia akan menjadi lebih berat daripada

kandungan yang digantikan dengan air dan ia akan terapung.

Manusia yang menemui teori ini adalah ahli matematik Greek,

Archimedes yang terkenal sebagai bapa apungan yang menemui teori

itu semasa dalam kolah mandi.

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa daya tujah ke atas yang

bertindak pada sesuatu jasad yang tenggelam atau separa tenggelam

adalah sama dengan berat cecair yang disesarkan oleh jasad tersebut.

Aplikasi daya tersebut dalam kehidupan harian adalah kapal laut, kapal

selam dan belon udara. Sebuah kapal selam akan terapung pada

permukaan lautan jika tanki keapungannya diisi dengan udara. Ini

adalah kerana daya tujah ke atas bertindak pada kapal selam melebihi

beratnya. Apabila tangki keapungannya diisi dengan air, kapal tersebut

akan tenggelam dalam laut kerana daya tujah yang bertindak ke

atasnya kurang daripada beratnya.

Pengantar

Pernahkah dirimu melihat kapal laut ? jika belum pernah melihat kapal laut secara

langsung, mudah-mudahan dirimu pernah melihat kapal laut melalui televisi (Tuh ada

gambar kapal di samping). Coba bayangkan. Kapal yang massanya sangat besar tidak

tenggelam, sedangkan sebuah batu yang ukurannya kecil dan terasa ringan bisa

tenggelam. Aneh khan ? Mengapa bisa demikian ?

Jawabannya sangat mudah jika dirimu memahami konsep pengapungan dan prinsip

Archimedes. Pada kesempatan ini gurumuda ingin membimbing dirimu untuk memahami

apa sesungguhnya prinsip archimedes. Selamat belajar ya… Semoga setelah mempelajari

pokok bahasan ini dirimu dengan mudah menjelaskan semua persoalan berkaitan dengan

prinsip archimedes, termasuk alasan mengapa kapal yang massanya besar tidak

tenggelam.

Gaya Apung

Sebelum membahas prinsip Archimedes lebih jauh, guru muda ingin mengajak dirimu

untuk melakukan percobaan kecil-kecilan berikut ini. Silahkan cari sebuah batu yang

ukurannya agak besar, lalu angkat batu tersebut. Apakah batu tersebut terasa berat ? nah,

sekarang coba masukan batu ke dalam air (masukan batu ke dalam air laut atau air

kolam atau air yang ada dalam sebuah wadah, misalnya ember). Kali ini batu diangkat

dalam air. Bagaimana berat batu tersebut ? apakah batu terasa lebih ringan ketika

diangkat dalam air atau ketika tidak diangkat dalam air ? agar bisa menjawab pertanyaan

gurumuda dengan benar, sebaiknya dirimu melakukan percobaan tersebut terlebih

dahulu.

Untuk memperoleh hasil percobaan yang lebih akurat, dirimu bisa melakukan percobaan

dengan menimbang batu menggunakan timbangan pegas (seandainya ada timbangan

pegas di sekolah-mu). Timbanglah batu di udara terlebih dahulu. Catat berat batu

tersebut. Selanjutnya, masukan batu ke dalam sebuah wadah yang berisi air, lalu timbang

lagi batu tersebut. Bandingkan manakah berat batu yang lebih besar, ketika batu

ditimbang di dalam air atau ketika batu ditimbang di udara ?

Ketika dirimu menimbang batu di dalam air, berat batu yang terukur pada timbangan

pegas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika dirimu menimbang batu di udara

(tidak di dalam air). Massa batu yang terukur pada timbangan lebih kecil karena ada gaya

apung yang menekan batu ke atas. Efek yang sama akan dirasakan ketika kita

mengangkat benda apapun dalam air. Batu atau benda apapun akan terasa lebih ringan

jika diangkat dalam air. Hal ini bukan berarti bahwa sebagian batu atau benda yang

diangkat hilang sehingga berat batu menjadi lebih kecil, tetapi karena adanya gaya apung.

Arah gaya apung ke atas, alias searah dengan gaya angkat yang kita berikan pada batu

tersebut sehingga batu atau benda apapun yang diangkat di dalam air terasa lebih ringan.

Sampai di sini, dirimu sudah paham-kah ?

< ![endif]-->

Keterangan gambar :

Fpegas = gaya pegas, w = gaya berat batu, F1 = gaya yang diberikan fluida pada bagian atas

batu, F2 = gaya yang diberikan fluida pada bagian bawah batu, Fapung = gaya apung.

Fapung merupakan gaya total yang diberikan fluida pada batu (Fapung = F2-F1). Arah gaya

apung (Fapung) ke atas, karena gaya yang diberikan fluida pada bagian bawah batu (F2)

lebih besar daripada gaya yang diberikan fluida pada bagian atas batu (F1). Hal ini

dikarenakan tekanan fluida pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan fluida pada

bagian atas batu.

Prinsip Archimedes

Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke

dalam fluida seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda

tidak berada di dalam fluida tersebut. Dirimu mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari

atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam.

Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya.

Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang

berbeda. Seperti yang telah gurumuda jelaskan pada pokok bahasan Tekanan pada

Fluida, tekanan fluida bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam fluida (zat cair),

semakin besar tekanan fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida,

maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida

pada bagian bawah benda. Fluida yang terletak pada bagian bawah benda memiliki

tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda. (perhatikan

gambar di bawah).

< ![endif]-->

Pada gambar di atas, tampak sebuah benda melayang di dalam air. Fluida yang berada

dibagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang terletak

pada bagian atas benda. Hal ini disebabkan karena fluida yang berada di bawah benda

memiliki kedalaman yang lebih besar daripada fluida yang berada di atas benda (h2 > h1).

Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h2 adalah :

< ![endif]-->

Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h1 adalah :

< ![endif]-->

F2 = gaya yang diberikan oleh fluida pada bagian bawah benda, F1 = gaya yang diberikan

oleh fluida pada bagian atas benda, A = luas permukaan benda

Selisih antara F2 dan F1 merupakan gaya total yang diberikan oleh fluida pada benda,

yang kita kenal dengan istilah gaya apung. Besarnya gaya apung adalah :

< ![endif]-->

Keterangan :

< ![endif]-->

Karena

< ![endif]-->

(ingat kembali persamaan massa jenis)

Maka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung (Fapung) di atas bisa kita tulis

menjadi :

< ![endif]-->

mFg = wF = berat fluida yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang

tercelup. Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada

benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Ingat bahwa yang dimaksudkan

dengan fluida yang dipindahkan di sini adalah volume fluida yang sama dengan volume

benda yang tercelup dalam fluida. Pada gambar di atas, gurumuda menggunakan ilustrasi

di mana semua bagian benda tercelup dalam fluida (air). Jika dinyatakan dalam gambar

maka akan tampak sebagai berikut :

< ![endif]-->

Apabila benda yang dimasukkan ke dalam fluida, terapung, di mana bagian benda yang

tercelup hanya sebagian maka volume fluida yang dipindahkan = volume bagian benda

yang tercelup dalam fluida tersebut. Tidak peduli apapun benda dan bagaimana bentuk

benda tersebut, semuanya akan mengalami hal yang sama. Ini adalah buah karya eyang

butut Archimedes (287-212 SM) yang saat ini diwariskan kepada kita dan lebih dikenal

dengan julukan “Prinsip Archimedes”. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa :

Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan

memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas

(gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.

Dirimu bisa membuktikan prinsip Archimedes dengan melakukan percobaan kecil-

kecilan berikut. Masukan air ke dalam sebuah wadah (ember dkk). Usahakan sampai

meluap sehingga ember tersebut benar-benar penuh terisi air. Setelah itu, silahkan

masukan sebuah benda ke dalam air. Setelah benda dimasukan ke dalam air, maka

sebagian air akan tumpah. Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam

air tersebut. Jika seluruh bagian benda tercelup dalam air, maka volume air yang tumpah

= volume benda tersebut. Tapi jika benda hanya tercelup sebagian, maka volume air yang

tumpah = volume dari bagian benda yang tercelup dalam air Besarnya gaya apung yang

diberikan oleh air pada benda = berat air yang tumpah (berat air yang tumpah = w =

mairg = massa jenis air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air

yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air

Kisah Eyang Archimedes

Konon katanya, eyang butut Archimedes yang hidup antara tahun 287-212 SM

ditugaskan oleh Raja Hieron II untuk menyelidiki apakah mahkota yang dibuat untuk

Sang Raja terbuat dari emas murni atau tidak. Untuk mengetahui apakah mahkota

tersebut terbuat dari emas murni atau mahkota tersebut mengandung logam lain, eyang

butut Archimedes pada mulanya kebingungan. Persoalannya, bentuk mahkota itu tidak

beraturan dan tidak mungkin dihancurkan dahulu agar bisa ditentukan apakah mahkota

terbuat dari emas murni atau tidak. Ide brilian muncul ketika ia sedang mandi dan

mungkin karena saking senangnya, eyang butut Archimedes ini langsung berlari dalam

keadaan bugil sambil berteriak “eureka” yang artinya “saya telah menemukannya”.

Waduh, saking senangnya lupa pake handuk… hehe… ide brilian untuk menentukan

apakah mahkota raja terbuat dari emas murni atau tidak adalah dengan terlebih dahulu

menentukan Berat Jenis mahkota tersebut lalu membandingkannya dengan berat jenis

emas. Jika mahkota terbuat dari emas murni, maka berat jenis mahkota = berat jenis

emas.

Berat jenis suatu benda merupakan perbandingan antara berat benda tersebut di udara

dengan berat air yang memiliki volume yang sama dengan volume benda. Secara

matematis ditulis :

< ![endif]-->

Nah, sekarang bagaimana menentukan berat air yang memiliki volume yang sama dengan

volume benda ?

Menurut eyang butut Archimedes, berat air yang memiliki volume yang sama dengan

volume benda = besarnya gaya apung ketika benda tenggelam (seluruh bagan benda

tercelup dalam air). Hal ini sama saja dengan berat benda yang hilang ketika ditimbang

dalam air. Dengan demikian :

< ![endif]-->

Untuk menentukan berat jenis mahkota, maka terlebih dahulu mahkota ditimbang di

udara (BeratMahkotaDiudara). Selanjutnya mahkota dimasukan ke dalam air lalu

ditimbang lagi untuk memperoleh BeratMahkotaYangHilang. Jadi :

< ![endif]-->

Setelah berat jenis mahkota diperoleh, maka selanjutnya dibandingkan dengan berat jenis

emas. Berat jenis emas = 19,3. Jika berat jenis mahkota = berat jenis emas, maka

mahkota tersebut terbuat dari emas murni. Tapi jika mahkota tidak terbuat dari emas

murni, maka berat jenis mahkota tidak sama dengan berat jenis emas. Begitu….

Mengapa Kapal Tidak Tenggelam ?

Pada pokok bahasan Massa Jenis dan Berat Jenis, telah dijelaskan konsep terapung dan

tenggelam dari sudut pandang ilmu fisika. Apabila kerapatan alias massa jenis suatu

benda lebih kecil dari massa jenis air, maka benda akan terapung. Sebaliknya jika

kerapatan suatu benda lebih besar dari kerapatan air maka benda tersebut akan

tenggelam.

Hukum Archimedes

Di SMP telah diketahui bahwa suatu benda yang dicelupkan dalamzat cair

mendapat gaya ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya. Gaya ke

atas ini disebut sebagai gaya apung ( buoyancy ), yaitu suatu gaya ke atas yang

dikerjakan oleh zat cair pada benda. Munculnya gaya apung adalah konsekuensi

dari tekanan zat cair yang meningkat dengan kedalaman. Dengan demikian

berlaku

gaya apung = berat benda di udara – berat benda dalam zat cair (7 – 10)

Suatu nenda yang dicelupkan seluruhnya dalam zat cair selalu menggantikan

volum zat cair yang sama dengan volum benda itu sendiri.

Hukum Archimedes Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan

sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang

dipindahkan oleh benda tersebut

o Penurunan Matematis hukum Archimedes

Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa.

Jadi, = – karena >

= g A – g A

= g A ( – )

= g A h sebab – = h

= g sebab A h = adalah volum silinder yang tercelup dalam fluida

Perhatikan = adalah massa fluida yang dipindahkan oleh benda ;

g = g adalah berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Jadi, gaya apung yang

dikerjakan fluida pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh

benda. Pernyataan ini berlaku untuk semua bentuk benda, dan telah dinyatakan

sebelumnya sebagai Hukum Archimedes.

Rumus :

= g (7 – 11)

= g (7 – 12)

dengan adalah massa jenis fluida dan adalah volum benda yang tercelup dalam

fluida.

Catatan : Hukum archimedes berlaku untuk semua fluida ( zat cair dan gas ).

o Mengapung, Tenggelam, dan Melayang

Suatu benda mengapung, tenggelam, atau melayang, hanya ditentukan oleh massa

jenis rata – rata benda dan massa jenis zat cair. Jika massa jenis rata – rata benda

lebih kecil daripada massa jenis zat cair, benda akan mengapung di permukaan zat

cair. Jika massa jenis rata – rata benda lebih besar daripada massa jenis zat cair,

benda akan tenggelam di dasar wadah zat cair. Jika massa jenis rata – rata benda

sama dengan massa jenis zat cair, benda akan melayang dalam zat cair di antara

permukaan dan dasar wadah zat cair.

Jika massa jenis rata – rata benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair,

benda akan mengapung di permukaan zat cair. Jika massa jenis rata – rata benda

lebih kecil darpiada massa jenis zat cair, benda akan tenggelam di dasar wadah zat

cair. Jika massa jenis rata – rata benda sama dengan massa jenis zat cair, benda

akan melayang dalam zat cair di antara permukaan dan dasar wadah zat cair,

Jadi, syarat mengapung , rata-rata < (7 – 12)

syarat tenggelam , rata-rata > (7 – 13)

syarat melayang , rata-rata = (7 – 14)

Peristiwa mengapung, tenggelam, dan melayang juga dapat dijelaskan

berdasarkan konsep gaya apung sebagian atau seluruhnya dalam zat cair, bekerja

gaya apung. Dengan demikian, pada benda yang tercelup dalam zat cair bekerja

dua buah gaya : gaya berat w dengan gaya apung. Pada benda yang mengapung

dan melayang terjadi keseimbangan antara berat benda w dan gaya apung Fa,

sehingga berlaku

∑ F = 0

+ – w = 0 atau w =

Pada benda yang tenggelam, berat w lebih besar daripada gaya apung Fa .

Jadi, syarat mengapung atau melayang w = (7 – 15)

syarat tenggelam w >

Masalah kuantitaif peristiwa mengapung

Secara sistematis, w =

( )g = g

Massa jenis benda = / (7 – 16)

yang mengapung

Persamaan di atas berlaku untuk benda yang mengapung dalam satu jenus fluida.

= Σ /

= + + / (7 - 15)

Persamaan di atas berlaku untuk menghitung massa jenis benda yang mengapung

dalam dua fluida berikut ini.

Kapal Selam

o Sebuah kapal selam memiliki tangki pemberat yang terletak di antara

lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Tentu saja udara lebih

ringan daripada air. Mengatur isi tangki pemberat berarti mengatur berat

total apal. Sesuai dengan konsep gaya apung, maka berat total kapal selam

akan menentukan apakah kapal akan mengapung atau menyelam.