Teori Percobaan Gaya Apung Fluida

Pernahkah kamu mengapung di air? Pernahkan kamu berpikir kapal laut dapat mengapung di air? Mengapa kamu dan benda dapat mengapung di air? Pertanyaan tersebut bisa kamu jawab setelah melakukan eksperimen tentang hukum Archimedes.

Hukum Archimedes menyatakan bahwa benda yang dicelupkan ke dalam zat cair, akan mengalami gaya angkat ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Gaya angkat ke atas ini disebut sebagai gaya Archimedes. Adapun ilustrasinya, ditunjukkan oleh gambar berikut.

Keterangan:
Wbf = berat benda di dalam fluida (N);
Wu = berat benda di udara (N);
FA = gaya Archimedes (N);
Ρb = massa jenis benda (kg/m3);
Ρf = massa jenis fluida (kg/m3);
Vbf = volume benda tercelup (m3); dan
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Persamaan Hukum Archimedes

Berbekal pernyataan yang telah disebutkan sebelumnya, gaya Archimedes bisa dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:
FA = gaya angkat ke atas atau gaya Archimedes (N);
Ρf = massa jenis fluida (kg/m3);
g = percepatan gravitasi Bumi (m/s2); dan
Vbf = volume benda tercelup (m3).

Ternyata, konsep gaya angkat ke atas ini menyebabkan tiga kemungkinan posisi benda di dalam zat cair, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Bagaimana syarat benda dikatakan terapung, melayang, dan tenggelam? Perhatikan gambar berikut.

Gaya Archimedes menyebabkan berat benda di dalam zat cair seolah berbeda dengan beratnya di udara. Apakah benar?

Jawabannya adalah benar karena saat ditimbang, berat benda di dalam zat cair lebih kecil dibandingkan di udara. Oleh karena itu, berat benda di dalam zat cair disebut sebagai berat semu. Secara matematis, berat semu dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:
Wu = berat benda diudara (N)
Wbf = berat benda di dalam fluida (N)
FA = gaya apung fluida (N)

Maka Gaya Apung (FA) dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:
Ρf = masa jenis fluida (kg/m3)
Penerapan Hukum Archimedes
  1. Teknologi perkapalan

    2. Kapal laut merupakan salah satu alat transportasi yang terbuat dari besi bermassa ratusan kilogram. Bagaimana bisa kapal laut tidak tenggelam di dalam air laut, padahal kan massa jenis besi jauh lebih besar daripada massa jenis air? Ternyata, bagian tengah kapal laut memiliki rongga udara. Rongga ini bertujuan untuk menampung udara sebanyak-banyaknya agar volume kapal bisa semakin besar.
    Dengan demikian, massa jenis kapal menjadi lebih kecil dari massa jenis air laut. Jika massa jenis kapal laut sudah dipastikan lebih kecil daripada massa jenis air laut, kapal akan mengapung.

  2. Jembatan ponton

    3. Siapa di antara kamu yang pernah melihat jembatan ponton? Jembatan ponton adalah jembatan yang terbuat dari susunan drum-drum kosong. Drum-drum disusun sedemikian rupa sehingga menyerupai jembatan. Sebelum ditata, drum harus dikosongkan dan ditutup agar air tidak bisa masuk. Dengan demikian, massa jenis drum bisa lebih kecil daripada massa jenis air. Akibatnya, jembatan ponton bisa terapung.

  3. Balon udara

    4. Hukum Archimedes bisa diterapkan tidak hanya pada zat cair, melainkan fluida lain. Artinya, setiap zat yang bisa mengalir, seperti zat cair dan gas, bisa memanfaatkan prinsip hukum ini. Penerapan Hukum Archimedes untuk gas bisa dilihat pada balon udara. Mengapa balon yang diisi udara bisa terbang? Hal itu karena balon diisi oleh gas yang massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis udara di atmosfer.