Hukum Archimedes: Bunyi, Rumus, Contoh Soal

Ketika kita mengamati keadaan di sekitar, kita dapati bahwa sebuah kapal laut yang besar dan juga berat dapat terapung di atas air. Padahal, di saat yang sama ketika di atas air dimasukkan sebatang logam, tentu logam tenggelam. Ternyata ada konsep fisika yang membahas fenomena ini yakni hukum Archimedes.

Sejarah Hukum Archimedes

Salah satu hukum dalam fisika yang menarik untuk diperbincangkan adalah hukum Archimedes. Hukum Archimedes berbicara mengenai fenomena alam yang terkait dengan benda-benda di dalam zat cair seperti air murni, air garam dan sebagainya.

Pemberian nama hukum Archimedes sendiri berasal dari penemu teorema ini yakni Archimedes. Archimedes merupakan seorang ilmuwan dan filsuf Yunani yang hidup di masa sebelum Masehi yaitu tahun 287 sampai 212 SM.

Pada suatu waktu, Archimedes diperintahkan oleh sang Raja Hieron untuk memeriksa apakah emas yang ia gunakan pada mahkotanya terbuat dari emas murni atau terdapat campuran di dalamnya.

Archimedes yang kebingungan untuk membuktikan apakah mahkota raja terbuat dari emas murni kemudian berendam di dalam bak air. Saat berendam, Archimedes memperhatikan air di dalam bak mandi yang meluap bahkan tumpah.

Dari fenomena ini Archimedes kemudian memperoleh ide untuk memecahkan persoalan raja tersebut. Archimedes.

Archimedes merumuskan konsep bahwa benda yang tercelup ke dalam air baik seluruh atau sebagiannya akan mendapat gaya ke atas yang besar gaya tersebut sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.

Pengertian Hukum Archimedes 

Bunyi hukum Archimedes yaitu:

“Gaya ke atas yang dialami oleh benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”

Gaya ke atas yang juga dikenal sebagai gaya apung ini membantu benda untuk tidak tenggelam ketika dimasukkan ke dalam air.

Sebagai permisalan, ketika suatu balok dimasukkan ke dalam zat cair seperti air, maka ketika volume balok tercelup sebagiannya Vx, maka fluida yang berpindah diakibatkan oleh volume balok tercelup juga sebesar Vx. Dari sini bisa dihitung besar gaya tekan ke atas yang dirasakan oleh balok:

F_A = W_{zat cair yang dipindahkan}

F_A = m_air x g

F_A = ρ_air x g x v_X

Keterangan:

F_A = Gaya tekan atau gaya apung ke atas (N)
ρ_air = Massa jenis zat cair (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (umumnya digunakan percepatan gravitasi di bumi sebesar 10 m/s²)
v_X = Volume zat cair yang dipindahkan atau volume balok yang tercelup ke dalam air

Bunyi Hukum Archimedes

1. Tenggelam

Benda tenggelam merupakan kondisi dimana benda tenggelam di dasar zat cair. Benda yang dimasukkan ke dalam zat cair dapat tenggelam disebabkan oleh massa jenis benda yang lebih besar dibandingkan massa jenis zat cair ρb > ρc.

Massa jenis benda yang lebih besar membuat gaya Archimedes yang diterima benda lebih kecil dibandingkan berat benda W_b > F_A

2. Melayang

Benda melayang merupakan kondisi dimana benda berada di antara dasar zat cair dan juga permukaan zat cair. Benda bisa melayang di dalam zat cair disebabkan oleh massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda ρb = ρc.

Massa jenis zat cair dan benda yang sama dapat membuat besar gaya Archimedes sama dengan berat benda W_b = F_A . Ikan yang berenang di perairan adalah contoh dari peristiwa melayang.

3. Terapung

Benda mengapung yaitu kondisi saat seluruh benda ada di atas permukaan zat cair maupun sebagian dari benda tenggelam di dalam zat cair dan sebagiannya di atas. Benda bisa mengapung karena massa jenis benda yang lebih kecil dibandingkan massa jenis zat cair ρb < ρc.

Massa jenis benda yang lebih kecil membuat berat benda lebih kecil dibandingkan gaya ke atas oleh zat cair W_b < F_A . Benda seperti gabus dan kayu biasanya akan mengapung ketika dimasukkan ke dalam air.

Penerapan Hukum Archimedes

1. Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis atau berat jenis zat cair. Ketika hidrometer dicelup ke dalam zat cair, maka sebagian dari hidrometer akan tenggelam. Ketika massa jenis zat cair yang diukur lebih besar, maka semakin sedikit bagian alat yang tenggelam.

Hidrometer umum digunakan untuk mengukur banyak kandungan zat air yang ada di susu dan minuman lainnya. Hidrometer dibuat dari tabung kaca yang di bagian bawahnya diberi butiran timbal.

Diameter tempat butiran timbal disimpan berukuran lebih besar agar volume zat cair yang dipindahkan oleh alat lebih besar. Dengan volume zat cair yang dipindahkan lebih besar, maka gaya ke atas pun lebih besar sehingga hidrometer bisa mengapung  di dalam zat cair.

2. Kapal Laut

Banyak orang yang penasaran bagaimana bisa sebuah kapal laut yang berukuran besar dan berat namun tetap bisa mengapung di atas air. Padahal, konsep fisika yang membuat kapal laut tetap mengapung sebenarnya adalah konsep gaya Archimedes.

Untuk membuat kapal laut tidak tenggelam, maka desainer kapal laut akan merancang badan kapal agar berongga. Badan kapal yang dibuat berongga akan membuat berat kapal laut lebih kecil dibandingkan volume air laut yang dipindahkan.

Hal ini akan membuat gaya apung menjadi sangat besar karena volume zat cair yang dipindahkan juga besar.

Contoh Soal Hukum Archimedes

• Contoh 1

Sebuah bola pejal memiliki berat sebesar 80 N ketika ditimbang di udara. Saat bola tersebut ditimbang di dalam air, berat yang tertera menjadi 50 N. Tentukan besar gaya ke atas yang diterima oleh bola pejal tersebut serta volume bola pejal.

• Contoh 2

Sebuah benda tercelup ke dalam air yang memiliki massa jenis sebesar 1000 kg/m³ di tempat yang memiliki gravitasi bumi 10 m/s². Volume benda yang tercelup ke dalam air sebesar 40 m³. Tentukan besar gaya tekan yang diperoleh oleh benda ke atasnya.

Hukum Archimedes berbicara mengenai gaya apung yang diterima benda sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Oleh karena itu teorema ini terkait dengan benda-benda di dalam zat cair seperti air murni, air garam dan sebagainya.