Apakah hal pertama yang kamu ingat ketika mempelajari Hukum Archimedes? Apakah tentang benda mengapung atau Aristoteles lari bugil, basah kuyup sambil teriak ‘Eureka’.
Kedua hal tersebut benar karena Hukum Archimedes bermula dari aktivitas berendam. Kemudian, penerapannya dapat diaplikasikan pada benda mengapung hingga tenggelam di dalam air.
Sampai akhirnya, Hukum Archimedes menjadi sebuah pegangan untuk menyelesaikan masalah pada sistem fluida. Pertanyaannya adalah bagaimana sih awal mula Archimedes mampu merumuskan masalah fenomena ini?
Pengertian hukum archimedes
Hukum Archimedes menyatakan bahwa benda yang diam karena tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam zat cair akan dikenai gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Istilah ini sering disebut sebagai daya apung.
Daya apung akan menghasilkan gaya apung yang timbul ketika benda terendam sebagian atau keseluruhan ke dalam zat cair. Gaya tersebut memberikan tekanan fluida pada benda yang tegak lurus terhadap permukaan benda. Dengan kata lain, gaya tekanan di bawah akan mengarah ke atas, dan gaya tekan ke atas akan mengarah ke bawah.
Benda akan mengapung ketika gaya apung melebihi berat benda. Sebaliknya, jika gaya apung lebih kecil daripada berat benda maka benda akan tenggelam.
Lalu bagaimana kalau gaya apung nilainya sama dengan berat benda? Jika gaya apung sama dengan berat benda maka benda akan melayang di dalam cairan.
Sejarah lahirnya hukum archimedes
Hukum Archimedes lahir dari seorang ilmuwan Yunani bernama Archimedes. Ia lahir pada masa 287 – 212 sebelum masehi. Dalam ranah sains dan teknologi, ia merupakan salah satu ilmuwan yang ilmunya masih berguna sampai sekarang.
Awal mula lahirnya Hukum Archimedes ketika Archimedes mendapat tugas dari Raja Hiero II untuk membuktikan kemurnian emas mahkota milik raja. Lah, ternyata isu keaslian emas udah dari zaman dahulu kala.
Pada awalnya, Archimedes mengalami kesulitan karena harus menemukan cara membuktikan kandungan emas murni. Kala itu, belum ada detektor emas sehingga ia hanya bisa mengandalkan fenomena alam.
Dalam keruwetan masalah tersebut, ia nyebur ke bak mandi sembari mengistirahatkan pikiran. Dalam ketenangannya, ia mengamati fenomena ketika nyebur ke bak mandi.
Ia memperhatikan dirinya ketika memasukkan badan ke dalam bak mandi, air di dalam bak tumpah ke lantai. Ia mencoba terus menerus selama beberapa kali. Setelah melakukan percobaan berkali-kali, ia berteriak “Eureka” dan pergi menemui raja sembari telanjang.
Archimedes menghadapi Raja Hiero II dengan membawa hipotesis perubahan volume air. Ia meminta raja untuk menaruh mahkotanya ke dalam wadah berisi air.
Dengan menganggap massa jenis air sama dengan massa jenis emas murni, ia menemukan bahwa mahkota raja menghasilkan volume berbeda. Sehingga, Archimedes menyimpulkan bahwa mahkota milik raja bukan emas murni.
Bunyi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes berbunyi ketika benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.
Pengaplikasian Hukum Archimedes terbagi dalam tiga kondisi yaitu tenggelam, melayang dan mengapung. Berikut ini adalah penjelasannya.
Benda tenggelam
Benda akan tenggelam ke dalam zat cair ketika massa jenis zat cair lebih kecil daripada massa jenis benda. Pada keadaan tenggelam, berat benda akan lebih besar jika dibandingkan gaya ke atas oleh cairan.
Contoh benda tenggelam adalah ketika melemparkan baja ke dalam air. Yang mana nilai massa jenis baja lebih besar daripada massa jenis air.
Sebagai informasi, massa jenis baja berkisar antara 7,7–7,9 kg/m3. Sedangkan massa jenis air nilainya 997 atau 1000 kg/m3.
Benda melayang
Benda akan melayang ke dalam zat cair ketika massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda. Ketika berada di dalam air, posisinya berada di antara permukaan dan dasar bejana.
Contoh dari benda melayang adalah telur yang dimasukkan ke air garam. Akibatnya, telur akan melayang.
Sebagai konteks, telur memiliki massa jenis 1,033 g/cm3. Secara nilai, ia akan tenggelam ketika ditaruh ke dalam air biasa karena perbedaan massa jenis. Namun ketika air diberi garam, telur dapat melayang karena nilai massa jenis telur sama dengan massa jenis air garam.
Benda terapung
Benda akan mengapung ketika massa jenis zat cair lebih besar daripada massa jenis benda. Saat menaruh benda di dalam air, ia akan terangkat lalu muncul ke permukaan air.
Contoh dari fenomena ini adalah plastik yang mengapung ketika benda di atas air.
Sebagai konteks, plastik di pasaran umumnya memiliki massa jenis kurang dari 1,000 g/cm3. Walaupun ada jenis plastik dengan massa jenis lebih besar daripada massa jenis air.
Rumus Hukum Archimedes
Persamaan Hukum Archimedes memiliki tiga variabel yaitu massa jenis benda, gaya gravitasi, serta volume benda. Secara matematis tertulis sebagai berikut
Fa = ρ . g . V
Dengan
Fa : Gaya Tekan (N)
ρ : massa jenis (g/cm3)
g : Gaya gravitasi (m/s2)
V : Volume (m3)
Baca juga : Pengertian Hukum Bernoulli Serta Penerapannya Pada Mekanika Fluida
Penerapan Hukum Archimedes di industri
Semakin canggih perkembangan teknologi, Hukum Archimedes nggak cuma untuk mencari tingkat kemurnian emas. Masih banyak pengapliasian praktis yang membutuhkan persamaan Archimedes. Contohnya adalah membuat desain kapal, pengukur massa jenis, sampai dengan pengukur tekanan.
Desain kapal
Membuat kapas dapat mengapung walau ada kandungan besi bukan hal mudah. Dari sini arsitek dan insinyur kelautan membuat desain kapal yang efisien, kuat, namun dapat mengapung tanpa mengobarkan stabilitas. Caranya dengan mengatur daya apung kapal.
Alat ukur massa jenis
Hukum Archimedes digunakan untuk menghitung massa jenis fluida. Gaya apung pada benda terendam dapat diketahui, kemudian dibagi dengan berat benda untuk mendapatkan nilai kepadatan fluida. Alat ukur ini berguna untuk menentukan nilai kekentalan air maupun bensin.
Pengukur tekanan
Alat pengukur tekanan pun memakai prinsip Hukum Archimedes. Caranya dengan menempatkan wadah air tertutup di dalam ruang vakum.
Agar mendapatkan hasil pengukuran, air dididihkan untuk menurunkan tekanan di dalam ruangan. Ketika air mendidih, udara di dalam wadah mengembang, kemudian menggantikan air dan menciptakan gaya apung.
Pembuatan kapal selam
Kapal selam dirancang agar dapat menyelam dengan mengendalikan jumlah air yang dipindahkan. Cara ini merupakan turunan dari prinsip gaya apung pada Hukum Archimedes. Insinyur perkapalan membuat kapal selam agar dapat beroperasi ketika berada di dalam laut.
Jembatan apung
Dalam perancangan konstruksi, hukum archimedes dapat ditemukan pada jembatan apung. Jembatan yang ada di atas sungai butuh gaya apung agar mampu menahan beban di atasnya.
Dengan menggabungkan momen gaya dan daya apung, insinyur sipil memperhitungkan besar gaya apung supaya jembatan apung tidak roboh ketika mendapatkan beban.
Pesawat terbang
Desain pesawat terbang magdangal daya apung serta gaya angkat agar dapat mengudara. Konsep ini terwujud dengan memperhitungkan jumlah gaya angkat untuk mengangkat pesawat supaya terbang dengan aman dan efisien.
Selami keajaiban daya apung melalui Mekanika Fluida
Hukum Archimedes adalah ilmu dari zaman Yunani Kuno yang masih relevan sampai sekarang. Prinsip ilmu ini masih terus digunakan dalam berbagai aspek bidang rekayasa, tak terkecuali mekanika fluida.
Mempelajari mekanika fluida membutuhkan prinsip Archimedes karena fluida buruh gaya dorong untuk menggerakan sistem fluida. Teori dasar hingga rumus menghitung gaya dorong dapat kamu temukan di internet. Tetapi buku Mekanika Fluida memberikan pemahaman fundamental yang sesuai dengan kebutuhan industri.
Buku Mekanika Fluida Imam Rohani berisi semua fundamental tentang Mekanika Fluida untuk merancang sistem fluida.
Klik Mekanika Fluida Imam Rohani untuk pemesanan.
Sumber
- Ahmad. “Hukum Archimedes: Pengertian, Sejarah, Contoh Soal Dan Penerapannya – Gramedia Literasi.” Www.gramedia.com/, www.gramedia.com/literasi/hukum-archimedes/.
- geeksforgeeks. “Real Life Applications of Archimedes’ Principle.” GeeksforGeeks, 26 Mar. 2024, www.geeksforgeeks.org/real-life-applications-of-archimedes-principle/.
- testbook. “Archimedes Principle: Explanation, Formula, Derivation, Uses.” Testbook, 8 Dec. 2023, testbook.com/physics/archimedes-principle.
