Memahami Prinsip Archimedes:Definisi, Rumus, dan Penerapan di Dunia Nyata
Archimedes menemukan prinsip daya apung, yang digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk kapal. Hal ini memungkinkan mereka untuk mengapung ketika berat air yang dipindahkan sama dengan berat kapal. Segala sesuatu yang dibentuk untuk menggantikan berat airnya sendiri sebelum mencapai titik tenggelamnya pasti akan mengapung.
Hari ini Anda akan mengenal pengertian, penerapan, rumus, turunan, eksperimen, contoh, dan perhitungan prinsip Archimedes.
Mari kita mulai!
Pelajari tentang mekanika fluida, kegunaan, dan jenisnya dengan panduan ini!
Prinsip Archimedes berkaitan dengan gaya yang diterapkan pada suatu benda oleh fluida yang mengelilinginya. Gaya yang diterapkan ini mengurangi berat bersih benda yang terendam dalam fluida. Prinsip ini juga dapat dilihat sebagai hukum fisika daya apung, yang membantu kita memahami cara kapal mengapung di air.
Dengan kata lain, suatu benda, yang dicelupkan seluruhnya atau sebagian ke dalam zat cair atau zat cair, akan mendapat gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Dalam hal ini, prinsip Archimedes memungkinkan untuk menghitung daya apung suatu benda terapung yang direndam sebagian atau seluruhnya dalam suatu fluida.
Gaya ke bawah pada benda inilah yang kita sebut sebagai berat. Gaya ke atas atau gaya apung pada benda inilah yang dinyatakan dalam prinsip Archimedes. Jadi, gaya total pada benda adalah selisih antara besar gaya apung dengan beratnya.
Jika gaya totalnya negatif maka benda pasti tenggelam, dan jika positif maka benda akan naik. Jika berat benda nol, benda tersebut bersifat apung netral; artinya tetap di tempatnya tanpa tenggelam atau naik.
Secara sederhana, prinsip Archimedes menyatakan bahwa ketika suatu benda dicelupkan seluruhnya atau sebagian ke dalam suatu zat cair, benda tersebut akan mengalami penurunan berat yang nyata. Berat ini sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh bagian benda yang terendam.
Prinsip ini dapat dinyatakan sebagai gaya apung ke atas yang dikerjakan pada suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair, baik yang terendam sebagian maupun seluruhnya, sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut dan bekerja ke arah atas pada pusat massa zat cair yang dipindahkan.
Penerapan Prinsip Archimedes
Berikut penerapan prinsip Archimedes dalam berbagai bidang:
Kapal Selam:
Penerapan Archimedes pada kapal selam sangat umum karena hubungannya dengan laut. Mereka mampu bertahan di bawah air karena adanya komponen yang disebut tangki pemberat, yang memungkinkan air mengalir ke dalamnya. Hal ini membuat kapal selam berada pada posisinya di bawah air karena bobotnya lebih besar dari gaya apungnya.
Hidrometer:
Untuk mengukur massa jenis relatif zat cair, hidrometer adalah alat yang digunakan. Itu terbuat dari timah yang membuatnya mengapung secara vertikal di atas cairan. Ketika hidrometer tenggelam lebih rendah, massa jenis zat cair akan berkurang.
Balon udara:
Balon udara dapat melayang di udara karena gaya apung balon udara lebih kecil dibandingkan dengan udara disekitarnya. Jadi, balon akan turun bila gaya apungnya lebih besar. Hal ini dicapai dengan memvariasikan kuantitas udara panas di dalam balon.
Anda juga harus melihat bagaimana gaya mengubah keadaan gerak dengan panduan ini!
Rumus prinsip Archimedes
Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, hukum Archimedes menyatakan bahwa gaya apung pada suatu benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai
- Fb =ρ x g x V, dimana
- Fb adalah gaya apung
- P adalah massa jenis suatu fluida
- V adalah volume yang terendam
- g adalah percepatan gravitasi.
Derivasi prinsip Archimedes
- Massa zat cair yang dipindahkan adalah.
- Massa =Massa Jenis × Volume =ρ × V
- Hal ini karena massa jenis (ρ) didefinisikan sebagai
- Kepadatan, ρ =Massa/Volume =MV
- Jadi, berat zat cair yang dipindahkan adalah
- Berat =Massa × Percepatan gravitasi
- W =M × g =ρ × V × g
- Jadi, dari prinsip Archimedes, kita dapat menulis
- Penurunan berat yang nyata =berat air yang dipindahkan =ρ×V×g
- Jadi gaya Dorongnya adalah,
- Dorongan =ρ × V × g
Di mana:
- ρ adalah massa jenis zat cair
- V adalah volume zat cair yang dipindahkan
Gaya dorong disebut juga gaya apung karena bertanggung jawab atas benda yang melayang. Jadi, persamaan ini disebut juga hukum daya apung.
Contoh Terpecahkan Prinsip Archimedes
Q1. Hitung gaya yang dihasilkan jika bola baja berjari-jari 6 cm dicelupkan ke dalam air.
- Jawab:Diberikan,
- Jari-jari bola baja =6 cm =0,06 m
- Volume bola baja, V =4/3πr³
- V =43π(0,063)
- ∴V =9,05 × 10 m³
- Massa jenis air, ρ =1000 kg.m⁻³
- Percepatan gravitasi, g =9,8 m/s²-
- Rumus dari prinsip Archimedes
- Fb =ρ × g × V
- Fb =(1000 kg.m⁻³) (9,8 m.s⁻²) (9,05 × 10 m³)
- ∴ Fb =8,87 N
Q2. Hitunglah gaya apung jika sebuah benda terapung terendam air sebesar 95%. Massa jenis air adalah 1000 kg/m³.
Jawab:Diberikan,
- Kepadatan air, p =1000 kg.m-3
- rumus dari prinsip Archimedes
- Fb =ρ × g × V
atau
- Vb × ρb × g =ρ × g × V
Di mana:
- ρ, g, dan V adalah massa jenis, percepatan gravitasi, dan volume air
- Vb, ρb, dan g adalah volume, massa jenis, dan percepatan gravitasi benda yang dicelupkan
- Menyusun ulang persamaan,
- ρb=VρVb
- Karena 95% tubuhnya terendam,
- 0,95 × Vb =V
- ∴ ρb =950 kg.m⁻³
Anda juga dapat melihat daya apung, rumus, contoh, dan penerapannya dalam panduan ini!
Kesimpulan
Prinsip Archimedes berkaitan dengan gaya yang diterapkan pada suatu benda oleh fluida yang mengelilinginya. Gaya yang diterapkan ini mengurangi berat bersih benda yang terendam dalam fluida. Prinsip ini juga dapat dilihat sebagai hukum fisika daya apung, yang membantu kita memahami cara kapal mengapung di air.