Mengingat Kembali: Tekanan Hidrostatis
Bab ini bagian dari Bab 3: Tekanan Zat dan Penerapannya. Sebelum masuk ke hukum Archimedes, ingat kembali konsep tekanan hidrostatis: makin dalam suatu titik di dalam zat cair, makin besar tekanan yang dialaminya, dirumuskan sebagai P = ρ × g × h (tekanan = massa jenis zat cair × percepatan gravitasi × kedalaman).
Tekanan hidrostatis inilah yang jadi dasar dari fenomena yang akan dibahas di halaman ini: gaya apung yang dialami benda saat dicelupkan ke dalam zat cair.
Apa Itu Hukum Archimedes?
Hukum Archimedes menyatakan: setiap benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam suatu zat cair akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Konsep ini pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Yunani kuno bernama Archimedes, konon setelah ia menyadari air di bak mandinya naik saat tubuhnya masuk ke dalamnya — volume air yang naik itu sama dengan volume tubuhnya yang tercelup.
Rumus Gaya Apung
Gaya apung (dilambangkan Fa) dirumuskan sebagai:
| Simbol | Keterangan | Satuan |
|---|---|---|
| Fa | Gaya apung | Newton (N) |
| ρ zat cair | Massa jenis zat cair | kg/m³ |
| g | Percepatan gravitasi (≈10 m/s²) | m/s² |
| V tercelup | Volume bagian benda yang tercelup | m³ |
Fa = ρ zat cair × g × V tercelup
Perhatikan bahwa yang dipakai dalam rumus adalah volume bagian benda yang tercelup saja, bukan volume total benda — ini penting terutama untuk benda yang terapung, di mana sebagian benda masih berada di atas permukaan zat cair.
3 Kondisi Benda dalam Zat Cair
Perbandingan antara gaya apung (Fa) dan gaya berat benda (w) menentukan salah satu dari tiga kondisi berikut:
- Terapung — terjadi saat Fa > w, atau densitas rata-rata benda lebih kecil dari densitas zat cair. Sebagian benda tetap berada di atas permukaan.
- Melayang — terjadi saat Fa = w, atau densitas rata-rata benda sama dengan densitas zat cair. Benda diam di dalam zat cair tanpa naik ke permukaan atau turun ke dasar.
- Tenggelam — terjadi saat Fa < w, atau densitas rata-rata benda lebih besar dari densitas zat cair. Benda terus turun sampai mencapai dasar wadah.
Contoh Soal Hukum Archimedes
Soal: Sebuah balok memiliki volume 0,02 m³ tercelup seluruhnya dalam air (massa jenis air = 1.000 kg/m³). Jika percepatan gravitasi 10 m/s², berapa besar gaya apung yang dialami balok tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui: ρ = 1.000 kg/m³, g = 10 m/s², V tercelup = 0,02 m³
Fa = ρ × g × V tercelup
Fa = 1.000 × 10 × 0,02
Fa = 200 Newton
Jadi, balok tersebut mengalami gaya apung sebesar 200 N saat tercelup seluruhnya di dalam air.
Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
- Kapal laut — dirancang berongga supaya densitas rata-ratanya lebih kecil dari air, sehingga bisa mengangkut muatan berat tanpa tenggelam.
- Kapal selam — mengatur jumlah air dalam tangki ballast untuk mengubah berat totalnya, sehingga bisa berpindah antara kondisi terapung, melayang, dan tenggelam sesuai kebutuhan.
- Hidrometer — alat pengukur massa jenis zat cair yang bekerja berdasarkan seberapa dalam alat itu tercelup, memanfaatkan prinsip keseimbangan gaya apung dan gaya berat.
- Jembatan ponton — memanfaatkan drum atau balok berongga yang mengapung untuk menopang beban jembatan sementara di atas air.
Kalau kamu ingin memahami lebih dalam soal tekanan zat padat dan tekanan gas yang juga bagian dari Bab 3 ini, kembali ke rangkuman Bab 3: Tekanan Zat dan Penerapannya untuk melihat gambaran lengkapnya.
Pertanyaan Seputar Hukum Archimedes dan Tekanan Zat Cair
Kenapa kapal besi bisa mengapung padahal besi lebih berat dari air?
Karena yang menentukan terapung atau tenggelam bukan berat total benda, melainkan densitas rata-rata benda dibanding densitas zat cair. Bentuk kapal yang berongga membuat densitas rata-ratanya (massa dibagi seluruh volume kapal termasuk rongga udara) menjadi lebih kecil dari densitas air, meski bahan bakunya (besi) sendiri jauh lebih padat dari air.
Apa beda hukum Archimedes dengan hukum Pascal?
Hukum Pascal membahas bagaimana tekanan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah (dasar kerja dongkrak hidrolik). Hukum Archimedes membahas gaya apung yang dialami benda yang tercelup dalam zat cair. Keduanya sama-sama tentang zat cair, tapi menjelaskan fenomena yang berbeda.
Apakah gaya apung selalu sama dengan berat air yang dipindahkan?
Ya, itulah inti hukum Archimedes: gaya apung yang dialami benda selalu sama besar dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh bagian benda yang tercelup, baik benda itu terapung, melayang, maupun tenggelam.