Gaya apung dan fluida statis dalam prinsip archimedes

Jika suatu benda berada pada suatu fluida yang diam, maka setiap bagian permukaan benda mendapatkan tekanan yang dilakukan oleh fluida. Gaya resultan yang bekerja pada benda mempunyai arah ke atas, dan disebut gaya apung. Kita dapat menentukan besar gaya apung secara sangat sederhana sebagai berikut : tinjaulah benda berbentuk silinder yang dicelupkan seluruhnya ke dalam fluida yang rapat massanya f, seperti pada Gambar(6.4). Fluida mengarahkan tekanan p1= 1gh1 pada permukaan atas

silinder.

Gambar 6.4 Benda dalam fluida diam Gaya yang dikerahkan oleh fluida pada permukaan atas silinder adalah F1 = P1A

= fgh1A. sedang gaya yang dikerahkan pada permukaan bawah silinder adalah

F2 = P2A = fgh2A. resultan gaya yang dikerahkan oleh fluida, yakni gaya apung

(Fb), arahnya ke atas dan besarnya:

(6.6) Besaran V = hA adalah volume silinder, dan produk fgV = mfg adalah berat fluida yang dipindahkan

yang volumenya sama dengan volume silinder. Jadi gaya apung yang bekerja pada silinder adalah sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh silinder. Hasil ini pertama kali dikemukakan oleh Archimedes, dan disebut Prinsip Archimedes yang berbunyi sebagai berikut :

“ Setiap benda yang tyerendam seluruhnya ataupun sebagian di dalam fluida mendapat gaya apung yang berarah ke atas, yang besarnya adalah sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Contoh 4 :

Berapakah bagian dari volume seluruhnya sebuah gunung es yang terbuka ke udara jika massa jenis es adalah e = 0,92 gr/cm3 dan massa jenis air laut a = 1,03 gr/cm3 dan kedua jenis benda tersebut berada dalam wadah yang sama.

Jawab : Berat gunung es adalah : We = eVeg

Besaran Ve adalah volume gunung es.

Berat air laut yang dipindahkan adalah sama dengan gaya apung : Fa = aVag

Karena es berada dalam keadaaan setimbang, maka Fa = We sehingga :

Volume air yang dipindahkan Va adalah volume dari bagian es yang tercelup, sehinggga 11% dari

gunung es tersebut adalah terbuka keudara.

Gaya Apung

Sebelum membahas prinsip Archimedes lebih jauh, gurumuda 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 ?

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).

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 :

Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h1 adalah :

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 :

Keterangan :

Karena

(ingat kembali persamaan massa jenis)

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

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 :

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

Referensi :

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

http://www.gurumuda.com/prinsip-archimedes

fluida statisSuatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir dinamakan fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan. Dengan demikian kerapatannya akan lebih kecil.Karena itu, fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk

mengalir. Jika kita mengamati fluida statik, misalnya air di tempayan. Sistem ini tidak mengalami gaya geser tetapi mempunyai tekanan pada dinding tempayan.

• Berdasarkan uraian di atas, maka pada materi ini akan dibahas dulu mengenai fluida statik. Pada kegiatan berikutnya akan dibahas secara khusus fluida dinamik. Pembahasan sering menggunakan konsep umum maupun prinsip mekanika partikel. Dengan mempelajari materi ini berarti Anda akan dapat mengkaji sifat fluida statik dan fluida dinamik dengan menggunakan mekanika partikel. Setelah Anda mempelajari materi ini, Anda dapat:Menjelaskan makna hukum utama hidrostatik.Menggunakan hukum utama hidrostatik untuk menjelaskan sifat-sifat khusus fluida statik.Membedakan macam-macam aliran fluida.Menghitung debit aliran fluida.Menjelaskan makna hukum Bernoulli.Menggunakan hukum Bernoulli untuk menjelaskan sifat-sifat aliran fluida.Menjelaskan masalah fluida pada kehidupan sehari-hari dengan menggunakan konsep fisika.

FLUIDA STATIKA

Pada kegiatan pertama ini dibahas mengenai fluida statik. Pada kehidupan sehari-hari, sering digunakan air sebagai contoh. Marilah kita perhatikan air tenang yang berada di tempayan.

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada dinding tempayan

tempat fluida adalah gaya normal

Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana sebagaimana diperhatikan oleh bagian cairan dalam kolom kecil pada gambar 2. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut:

W = m g = ρ V g (1) di mana ρ adalah kerapatan zat cair dan V adalah volume kolom. Jika V = h ∆A, kita dapatkan:W = ρ h ∆A g (2)

Jika berat itu ditopang oleh luasan ∆A, yang sebanding dengan luas ∆A, akibatnya gaya ini tersebar rata di permukaan dasar bejana.

Tekanan sebagai perbandingan gaya dengan luas, seperti diilustrasikan pada gambar 2.

gaya ρ h ∆A g

p = = = ρ g h (3)

luas ∆A

Di mana p adalah tekanan yang dialami dasar bejana. Dalam satuan tekanan diukur dalam N/m2, dan dinamai Pascal yang disingkat Pa.

Gambar 2. Cairan setinggi h menekan dasar bejana A

Sebagai contoh, misalnya akan kita cari tekanan dalam Pa, yang dialami dasar bejana cairan dengan ρ = 670 kg/m3 dan dalamnya 46 cm.

p = ρ g h = (670 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,46 m)

= 3020 kg.m/s2 = 3020 n/m2 = 3020 pa

Tekanan adalah kuantitas skalar tanpa arah. Gaya yang menghasilkan tekanan yang bekerja pada permukaan adalah vektor yang arahnya selalu tegak lurus ke permukaan. Kita dapat menggunakan keadaan setimbang gaya-gaya yang bekerja pada bagian kecil cairan, seperti dilukiskan pada gambar 3.

Gambar 3. Keseimbangan gaya pada bagian kecil cairan.

Bagian kecil cairan yang tebalnya ∆A dan luas permukaan bagian atas (ada bagian bawah) A serta luas sisi lainnya A mengalami keseimbangan gaya. Dalam hal ini cairan tidak mengalami pergolakan yang mengakibatkan cairan mengalir. Tiap bagian dari cairan mestilah diam. Tekanan yang dilakukan bagian cairan lain pada bagian kecil cairan tersebut yang dilakukan oleh gaya-gaya F3 dan F4 saling meniadakan, demikian pula oleh gaya-gaya F5 dan F6. Gaya F2 mestilah cukup besar terhadap F1 agar dapat menopang bagian cairan tersebut.

Karena F3 = F4 dan F5 = F6, maka p3 (=F3/A2) = p4 (=F4/A2) dan p5 (=F5/A2) = p6 (F6/A2)

Sekarang, karena F2 > F1, maka

p2 A1 . p1 A1 = ρ g A1 ∆h

p2 . p1 = ρ g ∆h

atau

∆p = ρ g ∆h (4)

Jadi, apabila kerapatannya konstan, perubahan tekanan di antara dua titik di dalam cairan berbanding lurus dengan perbedaan kedalamannya. Pada kedalaman yang sama mempunyai tekanan yang sama. Selama variasi tekanan di dalam cairan statis hanya tergantung pada kedalamannya, maka penambahan tekanan dari luar yang dilakukan pada permukaan cairan, misalnya karena perubahan tekanan atmosfer atau tekanan piston, mestilah merupakan penambahan tekanan pada semua titik dalam cairan, seperti dikemukakan oleh Blaise Pascal (1623-1662), yang dikenal sebagai Hukum Pascal.

Tekanan yang dilakukan pada cairan dalam ruang tertutup, akan diteruskan kemana-mana sama besarnya termasuk dinding tempatnya.

Apabila kerapatan ρ (massa jenis) sangat kecil, misalnya fluida berbentuk gas, maka perbedaan tekanan pada dua titik di dalam fluida dapat diabaikan. Jadi di dalam suatu bejana yang berisi gas, tekanan gas di mana-mana adalah sama. Hal ini tentu saja bukan untuk ∆h yang sangat besar. Tekanan dari udara sangat bervariasi untuk ketinggian yang besar dalam atmosfer. Dalam kenyataan, kerapatan ρ berbeda pada ketinggian yang tidak sama dan ρ ini hendaklah kita ketahui sebagai fungsi dari h sebelum persamaan 3 di atas kita pergunakan.

Marilah kita perhatikan hal berikut ini. Andaikan ke dalam pipa berbentuk U dimasukkan dua jenis cairan yang tidak dapat bercampur secara sempurna, misalnya air dengan minyak tanah.

Gambar 4. Pipa berbentuk U berisi dua jenis cairan.

Setelah cairan yang kerapatannya ρ1 dimasukkan ke dalam pipa, cairan yang kedua dengan kerapatan ρ2 (di mana ρ1 > ρ2) dimasukkan ke salah satu pipa sehingga permukaan cairan yang pertama turun setinggi 1 di bawah cairan yang kedua itu, sedangkan permukaan lainnya naik setinggi 1 seperti dilukiskan pada gambar 4 di atas. Akan kita tentukan perbandingan kerapatan kedua jenis cairan tersebut. Pada gambar 4 titik C menyatakan keseimbangan tekanan. Tekanan di C yang dilakukan cairan di atasnya adalah

Untuk cairan pertama : p1 g 2 1

Untuk cairan kedua : p1 g 2 1

Sehingga :

ρ1 g 2 1 = ρ2 g (d + 2 1)

atau

ρ2 2 1

=

ρ1 d + 2 1

Perbandingan kerapatan suatu bahan terhadap kerapatan air dinamakan kerapatan relatif atau gravitas spesifik dari bahan tersebut.

Archimedes mendapatkan suatu prinsip sebagai berikut. Apabila suatu benda dicelupkan ke dalam cairan (seluruhnya atau sebagian), benda itu mengalami gaya ke atas sebesar berat cairan yang dipindahkannya.

Apabila sebuah benda dicelupkan ke dalam cairan, seperti ditunjukkan dalam gambar 5, total gaya ke atas atau gaya angkat, dilakukan pada benda. Akibat gaya ini terdapat perbedaan tekanan pada bagian bawah dan bagian atas benda. Selama tekanan ini tergantung pada kedalaman cairan, dengan mudah dapat kita hitung gaya ke atas untuk sederhana, antara lain untuk balok tegar di mana salah satu permukaannya horizontal.

Gambar 5. Gaya-gaya yang dialami benda di dalam cairan.

Benda yang bentuknya sembarang, agak sulit kita menentukan tekanan karena bervariasinya titik-titik permukaan benda. Untuk itu prinsip Archimedes sangat membantu. Andaikan benda dikeluarkan dari dalam cairan akan menggantikan tempat benda sebanyak tempat yang tadinya ditempati oleh benda. Jika volume tempat benda itu telah diisi oleh cairan, ini menunjukkan bahwa adanya keseimbangan gaya yang terjadi antar cairan penyelubung dengan bagian cairan yang menggantikan tempat benda tersebut. Jadi gaya netto yang arahnya ke atas adalah sama dengan m1 g, di mana m1 adalah massa cairan yang mengisi volume yang ditinggalkan oleh benda.

Sekarang kita tinggalkan pengandaian tadi dengan benda sesungguhnya yang massanya mo. Cairan mestilah melakukan kontak dengan setiap titik pada permukaan benda yang memberikan gaya-gaya sama di mana-mana. Gaya ini mestilah sama dengan gaya penopang cairan yang volumenya adalah sama. Gaya ini adalah gaya angkat (ke atas) yang besar.

Fb = mf g = ρ1 Vg (5)

Di mana m1 adalah massa cairan yang dipindahkan oleh benda yang tercelup ke dalam cairan adalah kerapatan cairan. Gaya angkat ini arahnya vertikal ke atas.

Persamaan 5 dinamakan Prinsip Archimedes yang dikemukakan oleh Archimedes pada tahun 250 SM. Jika gaya ke atas lebih kecil daripada berat benda yang dicelupkan, mala benda itu akan tenggelam. Jika berat benda lebih kecil daripada gaya ke atas, benda itu akan terapung. Seandainya ρo adalah kerapatan benda, dengan volume V, maka beratnya

W = mo g = ρo V g

Gaya ke atas dinyatakan oleh persamaan 5.

Fb = ρ1 V g (6)

Netto gaya ke atas ketika benda semuanya tercelup dalam cairan

Fnet = Fb . W =( ρf. ρo) V g (7)

Jadi benda dengan kerapatan lebih besar dari kerapatan cairan akan tenggelam, dan yang lebih kecil akan terapung.

Gambar 5. Gaya-gaya yang dialami benda di dalam cairan.

Benda yang bentuknya sembarang, agak sulit kita menentukan tekanan karena bervariasinya titik-titik permukaan benda. Untuk itu prinsip Archimedes sangat membantu. Andaikan benda dikeluarkan dari dalam cairan akan menggantikan tempat benda sebanyak tempat yang tadinya ditempati oleh benda. Jika volume tempat benda itu telah diisi oleh cairan, ini menunjukkan bahwa adanya keseimbangan gaya yang terjadi antar cairan penyelubung dengan bagian cairan yang menggantikan tempat benda tersebut. Jadi gaya netto yang arahnya ke atas adalah sama dengan m1 g, di mana m1 adalah massa cairan yang mengisi volume yang ditinggalkan oleh benda.

Sekarang kita tinggalkan pengandaian tadi dengan benda sesungguhnya yang massanya mo. Cairan mestilah melakukan kontak dengan setiap titik pada permukaan benda yang memberikan gaya-gaya sama di mana-mana. Gaya ini mestilah sama dengan gaya penopang cairan yang volumenya adalah sama. Gaya ini adalah gaya angkat (ke atas) yang besar.

Fb = mf g = ρ1 Vg (5)

Di mana m1 adalah massa cairan yang dipindahkan oleh benda yang tercelup ke dalam cairan adalah kerapatan cairan. Gaya angkat ini arahnya vertikal ke atas.

Persamaan 5 dinamakan Prinsip Archimedes yang dikemukakan oleh Archimedes pada tahun 250 SM. Jika gaya ke atas lebih kecil daripada berat benda yang dicelupkan, mala benda itu akan tenggelam. Jika berat benda lebih kecil daripada gaya ke atas, benda itu akan terapung. Seandainya ρo adalah kerapatan benda, dengan volume V, maka beratnya

W = mo g = ρo V g

Gaya ke atas dinyatakan oleh persamaan 5.

Fb = ρ1 V g (6)

Netto gaya ke atas ketika benda semuanya tercelup dalam cairan

Fnet = Fb . W =( ρf. ρo) V g (7)

Jadi benda dengan kerapatan lebih besar dari kerapatan cairan akan tenggelam, dan yang lebih kecil akan terapung.

http://sidikpurnomo.net/fluida-statis.html

MENGAPA ADA BENDA YANG TENGGELAM,MELAYANG DAN MENGAPUNG DI AIR?

Tentunya kalian telah mengetahui, ada benda yang tenggelam, melayang, dan mengapung. Tapi adakah di benak sobat bertanya mengapa hal itu terjadi? Kita ambil salah satu gejala fisika yaitu“jarum jahit tenggelam jika dicelupkan ke dalam air, sementara kapal laut yang jauh lebih berat dari jarum, tidak tenggelam, Mengapa?”Dipostingan kali ini saya akan coba menjelaskannya. Gini lho…. Setiap benda memiliki kerapatan tertentu (di fisika kita sebut dengan massa jenis), yaitu perbandingan antara massa dengan volume benda tersebut. Sebagai contoh bila ada dua kubus yang volumenya sama, yang satu terbuat dari besi dan yang kedua terbuat dari kayu, samakah kerapatannya? Tentu tidak Massa Jenis kubus dengan volume yang sama, akan memiliki berat yang berbeda, sehingga kalau kita bandingkan massa dengan volumenya akan menghasilkan nilai massa jenis yang berbeda. Artinya semakin kecil massa benda (semakin ringan), dan semakin besar volume benda tersebut, maka semakin kecil-lah massa jenisnya.

Kalau dah ngerti konsep massa jenis, mari kita lanjutkan…….Ketika benda dicelupkan ke dalam cair (dimana zat cair juga memiliki massa jenis tertentu), maka benda tersebut akan memperoleh gaya tekan ke atas dari zat cair, sehingga berat di air akan lebih ringan ( yang belum coba silahkan bawa benda yang cukup berat ketika di udara lalu anda bandingkan dengan membawanya di dalam air, sama beratnya kah?)kita lanjutkan…………nah benda yang memiliki volume semakin besar, maka akan memperoleh gaya tekan ke atas semakin besar, sehingga kemungkinan benda akan mudah terangkat oleh zat cair. Jadi ketika memperbesar angka volume bendanya tentunya akan memperkecil nilai massa jenisnya (perhatikan rumus massa jenis). Berdasarkan konsep Archimedes kita dapatkan tiga buah keadaan benda dalam zat cair:1. Benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan.2. Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama.3. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan.Jadi kapal laut yang begitu volumenya begitu besar, akan memperoleh gaya angkat lebih besar dibandingkan dengan sebatang jarum. Ini karena massa jenis kapal laut dibuat lebih kecil (dengan memperbesar volumenya) dari massa jenis air laut sehingga bisa terapung. Mungkin itu yah penjelasan dari sayah…..Praktek di rumah biar lebih jelas:1. Kalau masih punya kapal mainan dari seng…. Coba letakkan di atas zat cair dengan massa jenis tertentu….apa yang terjadi????2. Kapal tadi anda rubah volumenya dengan cara dipress/di rubah bentuknya dengan volume yang sekecil-kecilnya, lalu kembali letakkan di atas zat cair tadi……what’s going on?????Agar lebih faham konsep di atas, saya ajukan pertanyaan: mengapa kapal laut dibuat batasan daya tampungnya? ……………?????

Hukum Archimedes adalah salah satu hukum hidrostatika yang mengatakan bahwa:

“Setiap benda yang berada dalam satu fluida maka benda itu akan mengalami gaya keatas, yang disebut gaya apung, sebesar berat air yang dipindahkannya

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 gKeterangan :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 bendamelayang .- Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang- Bila FA Faρb X Vb X g > ρa X Va X gρb > 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 = Faρb X Vb X g = ρa X Va X gρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtotrc . 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 = Faρb X Vb X g = ρa X Va X gρb < ρa Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena : FA > Wrc . Vb . g > rb . Vb . grc $rb

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

Fn = FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = Wrc . 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 2FA’ = 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. Selamabergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutralbouyancy.

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.

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.

Bagaimana Penerapan Hukum Archimedes ?

Pada kapal selam dimana kapal dapat melayang( tidak tenggelam tdak juga mengapung). Karena F archimedes = F bendaF 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.

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.

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 gKeterangan :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 bendamelayang .- 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.

• TenggelamSebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Faρb X Vb X g > ρa X Va X gρb > 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 = Faρb X Vb X g = ρa X Va X gρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtotrc . 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 = Faρb X Vb X g = ρa X Va X gρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabustersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > Wrc . Vb . g  >  rb . Vb . grc $rb

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

Fn =  FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = Wrc . 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 2FA’  =  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. Selamabergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutralbouyancy.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.comMengapa 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 bendaF 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.Sumber : http://hatimulia.wordpress.com/

 

Hampir semua buku IPA SD bilang kalau di air:- benda terapung maka massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air- benda melayang maka massa jenisnya sama dengan massa jenis air- benda tenggelam maka massa jenisnya lebih besar dari massa jenis airYang akan kita bahas disini adalah bagian kedua yaitu: MELAYANG, buku-buku mendefinisikan melayang jika benda di bawah air tetapi tidak menyentuh bagian dasarnya. Saya pernah mencoba PRAKTEK nya dengan menyediakan larutan garam pekat, kemudian saya tuang perlahan lahan, ternyata banyak posisi melayang yang bisa ditempati telur.

Pertanyaan no2

Setiap benda memiliki massa jenis atau berat jenis yaitu perbandingan antara massa dengan volume benda tersebut. Sebagai contoh massa jenis air 1 gr/cm3 (=1000 kg/cm3) artinya air yang memiliki ukuran kubus dengan sisi sisi 1 cm akan memiliki berat 1 gram. Sebuah benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan tempat benda tersebut dicelupkan. Benda akan melayang jika massa jenis benda itu sama dengan massa jenis cairannya. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda itu lebih berat dari massa jenis cairan. Massa jenis adalah perbandingan antara massa benda dengan volumenya. Artinya semakin kecil massa benda (semakin ringan), dan semakin besar volume benda tersebut maka semakin kecilah massa jenisnya. Kembali ke masalah sepotong besi dan kapal besi/laut. Katakanlah keduanya dicelupkan ke dalam cairan yang sama. Besi akan tenggelam karena massa jenis besi lebih besar dari massa jenis cairan dan juga..masih lebih besar dari massa jenis kapal besi. Pertanyaannya kenapa massa jenis kapal bisa lebih kecil dari massa jenis besi? Karena kapal

laut memiliki ruangan yang luas beserta rongga berisi udara yang menjadikan volume kapal laut menjadi sedemikian besar dan mengakibatkan massa jenisnya lebih kecil. Penjelasannya begini massa jenis adalah massa dibagi volumenya, nah jika volumenya semakin besar sementara massanya tetap, maka hasil pembaginya tentu lebih kecil kan. (mis. 8 dibagi 2 = 4 sementara 8 dibagi 4 = 2, jadi lebih keci kan).

ernahkah 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.

1. Kapal Besi TerapungKamu mungkin pernah naik kapal untuk menyeberang lautan, selat, atau hanya sungai. Konsep dasar yang digunakan oleh ilmuwan dalam membuat kapal ialah konsep massa jeni s (ρ). massa jenis air lebih kecil daripada massa jenis besi. Bagaimana kapal besi bisa terapung?Jawabannya ada pada udara dengan massa jenis 0,00129 g/cm3 yang jauh lebih ringan dibadingkan dengan air. Pada pembuat kapal membuat lambung kapal kosong yang hanya berisi udara sehingga massa jenis total kapal lebih kecil jika dibandingkan massa jenis air laut. Hasilnya kapal terapung.

2. Es TerapungPada saat kamu ingin minum air yang dingin, kamu dapat mengambil air dari almari es atau memasukkan es (air beku) ke dalam minumanmu. Akan terlihat bahwa es mengapung di ai. Tahukah kamu bahwa massa jenis es lebih ringan 89% dari massa jenis air dingin? Akibatnya 11% dari bongkahan es berada di atas permukaan air dan sisanya tenggelam di bawah permukaan air. Kenyataan tersebut membuat gunung es yang mengapung di laut sangat membahayakan, khususnya untuk kapal-kapal yang sedang berlayar. Hal ini telah terbukti pada kecelakaan bersejarah yang terjadi pada kapal penumpang Titanic pada tahun 1912. Kapal yang “tidak bisa tenggelam” itu tenggelam di laut Atlantik Utara setelah menabrak sebuah gunung es.3. Galangan KapalGalangan kapal yang digunakan untuk memperbaiki kapalPrinsip kerja galangan kapal serupa dengan kapal, tetapi dapat ditenggelamkan dan dimunculkan. Galangan kapal dapat diisi penuh dengan dengan air laut atau dikosongkan. Kapal yang akan diperbaiki dimasukkan ke dalam galangan. Kemudian, berkuranglah air, ini mengakibatkan yang ada dalam galangan hanya udara yang massa jenisnya jauh lebih kecil. Galangan pun akan terangkat. Akhirnya air di sekeliling kapal habis dan kapal dapat diperbaiki.

1. Menghitung Volume Benda Tak Beraturan

Volume adalah penghitungan seberapa banyak ruang yang bisa ditempati dalam suatu objek

Benda dibedakan menjadi dua:

1.Benda beraturan Benda beraturan adalah benda yang dapat langsung diukur dengan alat ukur dan rumus.contoh:kubus ,balok ,tabung ,dll 2.Benda tidak beraturanBenda tidak beraturan adalah benda yang tidak dapat langsung diukur dengan alat ukur dan rumus.contoh:batu,kayu,kursi,dll

* Rumus volume digunakan untuk benda yang beraturan:• Volume kubus = r3 (r adalah rusuk kubus)• Volume balok = p.l.t (p adalah panjang, l adalah lebar dan t adalah tinggi)• Volume prisma = La.t (La adalah luas alas dan t adalah tinggi)• Volume limas = 1/3.La.t (La adalah luas alas dan t adalah tinggi)• Volume silinder = π.r2.t (r adalah jari-jari dan t adalah tinggi)• Volume kerucut = 1/3.π.r2.t (r adalah jari-jari dan t adalah tinggi)• Volume bola = 4/3.π.r3

*Untuk menentukan volume benda yang tidak beraturan bisa digunakan gelas ukur.

1.Alat dan Bahan1. Gelas ukur 2. Batu 3. Air

2.Langkah kerja:1. Siapkan gelas ukur dan batu! 2. Isi gelas ukur dengan air! 3. Masukkan batu ke dalam gelas ukur yang berisi air! 4. Hitunglah perubahan kedudukan tinggi air pada gelas ukur