Pengertian Daya Apung:Rumus, Contoh, dan Penerapannya Sehari-hari

Pernahkah Anda merasakan perasaan lebih ringan saat berenang di kolam atau ember terasa lebih ringan saat mengambil air dari sumur? Jika Anda melakukannya, daya apung akan terjadi selama peristiwa tersebut. Dalam gaya apung, ketika dicelupkan ke dalam air atau sumber fluida apa pun, suatu benda mengalami gaya yang arahnya ke bawah berlawanan dengan arah tarikan gravitasi.

Inilah sebabnya mengapa kita mengalami penurunan berat badan ketika hal itu terjadi. Selain itu, hal ini mungkin menjadi alasan mengapa jarum tenggelam dan botol plastik mengapung terlepas dari beratnya.

Nah, pada bacaan kali ini kita akan mendalami apa itu daya apung, diagramnya, penerapannya, tujuan, penyebab, jenisnya, dan cara mencapai daya apung. Anda juga akan mengetahui massa jenis dan massa jenis yang terkait serta mengapa benda dapat mengapung atau tenggelam di air

Mari kita mulai!

Pelajari Bagaimana Gaya Mengubah Keadaan Gerak dengan panduan mendetail ini!

Daya apung, atau gaya dorong ke atas, adalah gaya ke atas yang diberikan oleh fluida yang melawan berat benda yang terendam sebagian atau seluruhnya. Dikatakan juga gaya yang menyebabkan benda melayang. Daya apung terjadi ketika ada perbedaan tekanan yang bekerja pada sisi berlawanan dari suatu benda yang direndam dalam fluida statis.

Disebut juga gaya apung karena gaya apung adalah fenomena yang disebabkan oleh gaya apung. Dalam kolom fluida, tekanan bertambah seiring bertambahnya kedalaman karena berat fluida di atasnya. Oleh karena itu, tekanan di bagian bawah kolom fluida lebih besar daripada tekanan di bagian atas kolom.

Demikian pula tekanan di bagian bawah suatu benda yang terendam dalam zat cair lebih besar daripada tekanan di bagian atas benda. Perbedaan tekanan ini menghasilkan gaya total ke atas pada benda.

Prinsip Archimedes juga menjelaskan bahwa besarnya gaya sebanding dengan perbedaan tekanan dan setara dengan berat fluida yang akan menggantikan zat cair; gaya tersebut dapat membuat benda tetap terapung. Inilah sebabnya mengapa suatu benda yang massa jenis rata-ratanya lebih besar daripada massa jenis fluida yang ditenggelamkannya cenderung tenggelam.

Namun jika massa jenis benda lebih kecil dibandingkan massa jenis fluida, gaya tersebut dapat membuat benda tetap terapung. Hal ini hanya akan terjadi pada kerangka acuan non-inersia yang mempunyai medan gravitasi atau mengalami percepatan karena gaya selain gravitasi. Ini mendefinisikan arah “menurun”.

Satuan gaya apung adalah Newton (N)

Jadi, daya apung dapat didefinisikan sebagai gaya ke atas yang diterapkan oleh zat cair pada benda atau benda ketika suatu benda dimasukkan atau dicelupkan ke dalam zat cair.

Pusat daya apung suatu benda merupakan pusat gravitasi volume zat cair yang dipindahkan. Ini adalah titik pada benda di mana gaya bekerja atau titik di mana gaya apung diterapkan. Gaya apung bersifat vertikal, sehingga pusat apung adalah titik yang terletak pada pusat gravitasi zat cair yang dipindahkan oleh benda yang terendam.

Anda juga harus belajar tentang mekanika fluida dengan panduan terperinci ini!

Aplikasi

Penerapan gaya apung sangat luas karena dapat membuat benda tetap terapung di air, sesuatu yang kita sebagai manusia tidak dapat lakukan tanpanya. Daya apung digunakan di kapal selam dan balon udara; bahkan ikan dan perenang pun menggunakan prinsip yang sama. Di bawah ini beberapa penerapan gaya apung di dunia nyata.

• Balon udara panas: Karena atmosfer mengandung udara yang memberikan gaya apung pada benda apa pun. Balon yang berisi udara panas akan melayang karena adanya gaya apung, akan turun bila berat balon lebih besar dari gaya apung. Hal ini karena balon menjadi tidak bergerak ketika beratnya sama dengan gaya apung.
• Kapal selam: Kapal selam memanfaatkan prinsip daya apung dengan baik. Kapal selam memiliki tangki pemberat besar yang digunakan untuk mengontrol posisi dan kedalamannya dari permukaan laut. Pada kapal selam, air dibiarkan masuk ke dalam tangki pemberat sehingga bobotnya menjadi lebih besar dari gaya apung.
• Pengiriman: Kapal dapat terapung di permukaan laut karena volume air yang dipindahkan oleh kapal cukup mempunyai berat yang sama dengan berat kapal. Kapal dibuat dengan bentuk berongga, sehingga kepadatan keseluruhan kapal lebih kecil dibandingkan air laut. Inilah sebabnya mengapa gaya apung yang bekerja pada kapal cukup besar untuk menopang beratnya.
• Ikan: Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, beberapa kelompok ikan dan perenang tertentu juga menggunakan prinsip Archimedes untuk bergerak naik turun di dalam air. Untuk naik ke permukaan air, ikan akan mengisi kantung renang (kantung udara) dengan gas. Gas-gas ini berdifusi dari tubuhnya sendiri ke kandung kemih, membuat tubuhnya lebih ringan, sehingga ikan dapat naik ke atas.

Rumus

Rumus daya apung (juga dikenal sebagai Prinsip Archimedes ) adalah

Gaya Apung (Fb)=ρ⋅V⋅g\text{Gaya Apung (} F_b \text{)} =\rho \cdot V \cdot g

Dimana:

• FbF_b =Gaya Apung (dalam newton, N)

• ρ\rho =Kepadatan fluida (dalam kg/m³)

• VV =Volume fluida yang dipindahkan (dalam m³)

• gg =Percepatan gravitasi (≈ 9,81 m/s²)

Contoh:

Jika suatu benda mempunyai perpindahan 0,5 m³ dari air (massa jenis =1000 kg/m³), gaya apungnya adalah:

Fb=1000⋅0,5⋅9,81=4905 NF_b =1000 \cdot 0,5 \cdot 9,81 =4905 \, \teks{N}

Artinya, air memberikan gaya ke atas sebesar 4905 newton pada objek.

Pelajari tentang gerakan terbatas dengan panduan mendetail ini!

Penyebab dan Contoh Daya Apung

Perlu diketahui bahwa gaya apung disebabkan oleh tekanan yang diberikan oleh fluida tempat benda dicelupkan. Selain itu, gaya apung yang dialami benda selalu ke atas. Hal ini karena tekanan fluida meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Beberapa contoh daya apung juga meliputi:

• Perahu atau kapal yang mengapung di air
• Gabus yang direndam dalam air akan mengapung karena gaya apung.
• Perenang adalah contoh gaya apung yang baik.
• Perahu terapung di atas air – Berat perahu diseimbangkan oleh gaya apung ke atas dari air.
• Balon udara panas yang membubung di langit – Udara hangat di dalam balon memiliki massa jenis yang lebih kecil dibandingkan udara dingin di luar, sehingga menciptakan daya apung.
• Gunung es yang mengapung di lautan – Es memiliki massa jenis yang lebih ringan dibandingkan air laut, sehingga es dapat mengapung.
• Seorang perenang mengapung dengan punggungnya – Tubuh manusia dapat mengapung karena adanya udara di paru-paru dan lemak tubuh, yang massa jenisnya kurang dari air.
• Sepotong kayu yang mengapung di sungai – Kayu memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada air, sehingga dapat mengapung.
• Bebek karet yang mengapung di bak mandi – Bebek ini mengapung karena desainnya yang berongga dan ringan.
• Jaket pelampung yang menjaga seseorang tetap bertahan – Jaket pelampung memerangkap udara dan meningkatkan daya apung secara keseluruhan.
• Tumpahan minyak yang mengapung di air laut – Minyak memiliki kepadatan yang lebih rendah dibandingkan air, sehingga menyebabkannya mengapung.
• Balon helium melayang di udara – Helium lebih ringan dari udara, sehingga menyebabkan balon menjadi apung.
• Seekor ikan menyesuaikan kedalamannya menggunakan kantung renang – Ikan mengontrol daya apung dengan mengubah volume gas di kantung renangnya.
• Kapal selam mengapung atau menyelam dengan menyesuaikan tangki pemberat – Kapal selam mengatur daya apung menggunakan udara dan air di dalam tangkinya.
• Bola pantai yang terombang-ambing di atas ombak laut – Bola tersebut berisi udara dan memindahkan cukup air agar tetap mengapung.
• Kapal kargo mengapung sambil membawa kontainer berat – Meskipun memuat muatan, lambung kapal mampu memindahkan cukup air agar tetap terapung.
• Botol kosong tertutup yang mengapung di danau – Udara di dalamnya membuatnya tetap mengapung.
• Gumpalan lampu lava naik dan turun – Perubahan daya apung karena pemanasan dan pendinginan gumpalan lilin.
• Perahu kertas yang mengapung di genangan air – Struktur kertas yang ringan mampu memindahkan air dalam jumlah yang cukup untuk tetap mengapung (sementara).
• Lentera terapung selama festival – Udara panas di dalam membuatnya melayang di udara sekitar yang lebih sejuk.
• Wadah plastik yang mengapung ketika dilempar ke dalam kolam – Massa jenis wadah tersebut kurang dari air.
• Gelembung udara naik ke permukaan soda – Gelembung lebih ringan daripada cairan, sehingga daya apung mendorongnya ke atas.
• Sebuah ban yang mengapung di sungai – Berisi udara, menggantikan air dalam jumlah yang cukup untuk menopang beban dan mengapung.

Jenis Daya Apung

Di bawah ini adalah macam-macam jenis daya apung. Ketiga jenis daya apung tersebut adalah daya apung positif, negatif, dan netral.

Jenis daya apung positif terjadi ketika benda yang dicelupkan lebih ringan daripada zat cair yang dipindahkan. Hal inilah yang menyebabkan benda tersebut terapung. Jenis daya apung negatif adalah ketika massa benda yang terendam lebih besar daripada massa jenis fluida yang dipindahkan, sehingga mengakibatkan benda tersebut tenggelam.

Terakhir, jenis daya apung netral terjadi ketika berat benda yang terendam sama dengan fluida yang dipindahkan. Di bawah ini adalah faktor-faktor yang dapat mempengaruhi berbagai jenis daya apung.

• Kepadatan fluida.
• Volume cairan yang dipindahkan juga dapat mempengaruhi daya apung. Terakhir,
• Percepatan lokal akibat gravitasi.

Faktor yang tidak mempengaruhi gaya apung antara lain, massa jenis benda yang terendam dan massa benda yang terendam juga menjadi faktornya.

Kepadatan dan kepadatan relatif

Untuk memahami konsep daya apung, kita harus memahami dengan baik konsep massa jenis dan massa jenis relatif.

Massa jenis suatu bahan dapat didefinisikan sebagai massanya per satuan volume. Ini adalah ukuran seberapa erat suatu materi tersusun menjadi satu. Secara numerik didefinisikan sebagai:

Kepadatan, ρ=Volume Massa=MV

• Satuan SI untuk massa jenis diukur dengan menggunakan kilogram per meter kubik (kg/m3).
• Massa jenisnya adalah 0,9584 gram per sentimeter kubik pada 100° Celsius.

Massa jenis relatif suatu zat didefinisikan sebagai perbandingan massa jenis suatu zat terhadap massa jenis air pada C. Dikenal juga sebagai berat jenis suatu zat.
Massa jenis Relatif =Massa jenis suatu zat/ Massa jenis air pada 4°C

Karena massa jenis relatif adalah perbandingan besaran-besaran yang serupa, maka ia tidak mempunyai satuan.

Anda juga dapat mempelajari tentang fluida dengan panduan mendetail ini!

Mengapa benda dapat mengapung atau tenggelam di dalam air

Alasan benda mengapung atau tenggelam di dalam air dapat diketahui jika kita membayangkan air terdiri dari lapisan-lapisan di atasnya. Itu satu sama lain dengan tekanan yang berbeda-beda. Tekanan di dasar zat cair lebih besar daripada tekanan di bagian atas, itulah sebabnya kita tenggelam dalam zat cair dalam beberapa lapisan. Lapisan ini cenderung bertambah seiring tenggelamnya benda.

Dengan perbedaan tekanan pada lapisan fluida, gaya buatan diterapkan ke arah atas. Gaya ini mengakibatkan percepatan benda yang terendam ke arah atas. Gayanya selalu dalam arah vertikal.

Dengan kata lain dapat dikatakan juga bahwa besarnya gaya ke atas pada dasarnya setara dengan selisih tekanan paling atas. Lapisan terakhir juga setara dengan berat fluida yang dipindahkan.

Konsekuensi dari konsep di atas adalah apa yang kita sebut mengambang. Massa jenis benda tersebut harus lebih kecil dibandingkan air; jika tidak, kepadatan yang lebih besar akan mengakibatkan benda tenggelam.

Kesimpulan

Daya apung adalah gaya ke atas yang diberikan oleh suatu fluida yang melawan berat suatu benda yang terendam di dalamnya. Prinsip dasar ini menjelaskan mengapa benda dapat mengapung atau tenggelam dan memainkan peran penting dalam mekanika fluida, pembuatan kapal, aeronautika, dan bahkan sistem cuaca.

Berdasarkan Prinsip Archimedes, daya apung bergantung pada berat fluida yang dipindahkan dan kepadatan benda. Memahami daya apung membantu dalam merancang struktur terapung, memprediksi perilaku fluida, dan memecahkan masalah teknik dan ilmiah di dunia nyata.

FAQ tentang Daya Apung

Apa itu daya apung?

Daya apung adalah gaya ke atas yang dilakukan oleh suatu zat cair (cairan atau gas) yang menopang berat suatu benda yang terendam di dalamnya.

Apa yang menentukan apakah suatu benda terapung atau tenggelam?

Jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis fluida, maka benda tersebut akan mengapung; kalau lebih tenggelam.

Apa Prinsip Archimedes?

Dinyatakan bahwa gaya apung pada benda yang terendam sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.

Apakah gaya apung juga berlaku pada gas?

Ya, gaya apung berlaku baik dalam cairan maupun gas—misalnya, bagaimana balon udara naik ke atmosfer.

Apakah daya apung bisa bernilai negatif?

Ya. Jika berat benda melebihi gaya apung, benda tersebut mempunyai daya apung negatif dan tenggelam.

Mengapa kapal yang terbuat dari baja dapat mengapung?

Meskipun baja padat, kapal dirancang dengan bentuk berongga yang mampu memindahkan air dalam jumlah yang cukup untuk menciptakan gaya apung yang lebih besar daripada beratnya.

https://studentlesson.com/buoyancy-definition-applications-tujuan-causes-types/