AhmadDahlan.NET – Semua benda yang tercelupkan sebagian atau seluruh ke dalam suatu fluida akan mengalami sejumlah gaya apung oleh suatu fluida. Gaya ini disebut sebagai gaya hidrostatis atau gaya apung yang disebabkan oleh zat cair yang diam.
Misalkan saja sebuah bola yang ditenggelamkan ke dalam sebuah kolam renang akan mengalami gaya apung yang mendorong balik bola tersebut ke atas. Dalam kasus ini akan berlaku hukum Newton tentang gerak. Jika gaya apung lebih besar dari gaya yang dikeluarkan oleh tangan untuk mendorong bola tersebut, maka benda tidak akan tenggelam, begitu pula sebaliknya.
Gaya apung juga bekerja pada benda yang tenggelam sekalipun benda tersebut sudah berada di bawah air. Gaya apung akan selalu dialami oleh benda yang ada di dalam fluida hanya saja pada kasus benda tenggelam gaya apung lebih kecil di bandingkan dengan gaya berat benda.
Daftar Isi
A. Tekanan dan Gaya Apung
Gaya Apung disebabkan oleh tekanan yang diberikan oleh fluida terhadap benda yang ada di dalamnya. Perhatikan benda yang berada dalam keadaan melayang di dialam sebuah fluida.
Pada benda di atas berlaku dua gaya yakni
FB = F2 – F1
Masukkan persamaan Tekanan Fluida yakni P = F/A
FB = P2A – P1A
FB = ρgh2 A – ρgh1A
FB = ρgA(h2-h1)
A(h2-h1) tidak lain adalah volume dari benda sehingga
FB = ρgV
B. Hukum Archimedes
Raja Hieron II yang hidup sekitar abad 2 SM curiga bahwa mahkota yang ia miliki ini tidak terbuat dari emas yang klaim terbuat dari emas murni oleh sang empunya. Heiron pun meminta bantuan dari Archiemedes untuk membuktikan bahwa dugannya tentang mahkota bukanlah emas.
Data tentang emas dan alat ukur emas pada zaman tersebut tentu saja tidak secanggih sekarang sehingga akhirnya Archimedes memutar otak untuk memenuhi permintaan raja, sampai suatu ketika Archimedes masuk ke dalam bak mandi yang berisi penuh air. Setiap kali ia mencelupkan lebih banyak bagian tubuhnya di dalam bak mandi, air yang tertumpah semakin banyak. Ia kemudian menyadari bahwa jumlah zat cair yang tertumpah itu sebanding dengan volume tubuhnya yang masuk dan akhirnya ia berlari keluar dari kamar mandi sambil berteriak Eureka!!!, Eureka!!!, Eureka!!!.
Eureka berarti saya temukan dan teriakan itu menandakan ia telah menemukan solusi dari permasalahan raja. Archimedes kemudian mengambil sebongkah emas murni yang massanya sama dengan massa dari mahkota. Archimedes mengklaim jika jumlah volume air yang dipindahkan saat mencelupkan emas murni ke dalam bejana sama dengan mahkota raja, maka mahkota tersebut adalah emas, jika tidak maka mahkota tersebut tidak terbuat dari emas murni.
Hasilnya Volume air yang pindahkan jauh lebih sedikit dari emas murni yang dibawa Archimedes, jadilah sang empu pembuat mahkota di hukum Gantung. Peristiwa tersebut tercatat dalam sejarah dan nama Archimedes pun diabadikan sebagai hukum Archimedes untuk gaya Apung Fluida.
Contoh Kasus
Sebuah mahkota seberat 147 N di udara, jika ditimbang didalam air, beratnya berkurang menjadi 134 N. Jika gaya gravitasi ditemapt tersebut adalah 10 m/s2, apakah mahkora tersebut terbuat dari emas?
Solusi :
Konsep : Emas memiliki massa jenis sekitar 19.300 kg/m3, jika tidak sesaui dengan massa jenis maka Mahkota tersebut tidak terbuat dari emas murni.
Gaya yang dialami oleh Fluida adalah
Σ F = 0
WB – FT – Ff = 0
WB – FT = Ff
Jika
w = mg = ρ0Vg
WB – FT = Ff = ρoVg
Bagikan ke dua ruas dari persamaan tersebut maka :
Hasil ini menunjukkan bahwa densiti dari mahkota tersebut hanya 11.300 kg/m3.
Soal Latihan
- Sebuah gelas ukur diletakkan di atas neraca elektronik. Sebuah bola tembaga dengan jari-jari 2,6 cm digantung dengan seutas tali kemudian dicelupkan ke dalam gelas tapi dijaga tidak menyentuh lantai dasar. Berapakah besar tegangan tali dari penggantung tersebut, jika massa bola tersebut sebesar 975 g?
