Jika suatu benda diletakkan di dalam zat cair kapan benda akan terapung melayang dan tenggelam?

Nama Archimedes mungkin tidak lagi asing di telinga sebagian besar orang, apalagi kamu yang saat ini duduk di bangku kelas 11. Ya, ia adalah seorang ahli matematika dan penemu asal Yunani yang hidup antara tahun 287 SM – 212 SM. Ia terkenal karena menemukan hukum hidrostika atau lebih dikenal dengan Hukum Archimedes.

Awal mula ditemukannya hukum ini sederhana. Bermula dari titah Raja Hieron II, yang meminta Archimedes untuk menyelidiki apakah mahkota emasnya dicampuri perak atau tidak. Archimedes yang memikirkan masalah ini dengan sungguh-sungguh pun akhirnya merasa sangat letih dan memilih untuk menceburkan dirinya ke dalam bak mandi umum yang dipenuhi air. Disini, ia melihat bahwa ada air yang tumpah ke lantai dan seketika itu pula ia menemukan jawabannya. Ia bangkit berdiri, dan berlari sepanjang jalan ke rumah dengan telanjang bulat. Setiba di rumah ia berteriak pada istrinya, “Eureka! Eureka!” yang artinya “sudah kutemukan! sudah kutemukan!” Lalu hukum Archimedes pun muncul.

Hukum ini menjelaskan hubungan gaya berat dan gaya ke atas pada suatu benda jika dimasukkan ke dalam air. Dimana akibat adanya gaya angkat ke atas (gaya apung), benda yang ada didalam zat cair beratnya akan berkurang. Sehingga benda yang diangkat dalam air akan terasa lebih ringan dibandingankan ketika diangkat di darat.

Berat benda dalam air siberi simbol Ws, berat benda sebenarnya diberi lambang W, sedangkan gaya ke atas atau gaya apung diberi simbol Fa.

Vb = volume benda yang tercelup (m3) ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yakni tenggelam, melayang, atau terapung. Berikut penjelasannya.

Benda dinyatakan tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu berada pada dasar tempat zat cair berada. Keadaan ini terjadi saat massa jenis zat cair lebih kecil dari massa jenis benda.

Contoh: Batu yang dimasukkan ke dalam air

Benda melayang didalam zat cair apabila posisi benda berada di bawah permukaan zat cair dan dari atas dasar tempat zat cair berada. Keadaan ini terjadi saat massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda.

Contoh: telur ketika dimasukkan ke dalam air

Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul dipermukaan zat cair dan sebagian terbenam dalam zat cair. Keadaan ini terjadi saat massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda.

Contoh: plastik yang dimasukkan ke dalam air

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini berbentuk tabung yang berisi pemberat dan ruang udara sehingga akan terapung tegak dan stabil seketika. Hidrometer bekerja sesuai dengan prinsip Archimedes. Dimana semakin besar besar massa jenis zar air, maka akan semakin sedikit pula bagian hidrometer yang tenggelam. Hidrometer ini banyak dipakai untuk mengetahui besarnya kandungan air dalam susu, bir, atau minuman lain.

Penerapan hukum archimedes pada kapal selam bisa dibilang sama dengan galangan kapal. Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga membuat berat kapal bertambah. Nah, pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan inilah yang menyebabkan kapal selam dapat menyelam pada kedalaman tertentu, sesuai keinginan. Untuk membuatnya mengapung, maka kapal akan mengeluarkan air laut dari ruang cadangan.

Selain pada hidrometer dan kapal selam, penerapan Hukum Archimedes juga berlaku pada benda jenis gas. Dalam hal ini balon udara, yang agar dapat melayang di udara, diisi dengan gas yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada massa jenis udara di atmosfer.

Siapapun yang di rumahnya memiliki mesin pompa air pasti pernah memperhatikan bahwa ada tangki penampungan yang harus diletakkan pada ketinggian tertentu disana. Tujuannya adalah agar diperoleh tekanan besar untuk mengalirkan air. Dalam tangki tersebut terdapat pelampung yang berfungsi sebagai kran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga ia akan bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Ketika air kosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkan air. Begitupun sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, maka pelampung akan membuat kran secara otomatis tertutup.

Hukum Archimedes, dan penjelasan Kenapa Benda bisa Terapung, Melayang, dan tenggelam?
Mungkin sebagian kita pernah bertanya, Mengapa kapal laut yang berukuran besar dan memiliki bobot berton-ton, dapat mengapung diatas air?, dan Kenapa Batu yang hanya berukuran kecil dan ringan akan tenggelam jika dimasukkan kedalam air? Saat suatu benda dimasukkan ke dalam suatu wadah yang berisi cairan, ada 3 kemungkinan yang akan terjadi pada benda tersebut, yaitu:

Mengapung
Melayang
Tenggelam

Mengapung Mengapung atau terapung adalah keadaan dimana suatu benda tetap berada di permukaan, saat dimasukkan kedalam suatu wadah yang berisi Cairan.

Melayang

Melayang adalah keadaan dimana suatu benda berada di antara permukaan dan dasar, saat dimasukkan ke dalam suatu bejana yang berisi Cairan.

Tenggelam

Tenggelam adalah keadaan dimana suatu benda berada didasar, saat benda tersebut dimasukkan kedalam suatu bejana yang berisi cairan.

Kemudian, pertanyaannya adalah, Kenapa ada benda yang Terapung, Melayang atau Tenggelam saat di masukkan ke dalam wadah yang berisi cairan?

Mengapung, Melayang, Tenggelam

Penjelasan mengenai hal ini ditemukan dan dikemukakan sekitar tahun 245 SM, oleh seorang Ilmuwan Matematika yang sangat terkenal yang berasal dari Yunani, bernama Archimedes.

Berawal saat ia menceburkan tubuhnya kedalam sebuah bak air, dan ia memperhatikan banyak air yang tumpah disaat yang bersamaan, Kemudian ia menjelaskan hal ini, yang kita kenal dengan Hukum Archimedes, yang bunyinya:

“Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhya kedalam zat cair, akan mendapat gaya tekan ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut”

Dan pernyataan ini, diperkuat dengan suatu rumus perhitungan, yang kita kenal dengan Rumus Hukum Archimedes.

Rumus Hukum Archimedes:

Fa = p.V.g

Keterangan:

Fa = gaya angkat ke atas
V = volume benda yang tercelup di dalam cairan
p = massa jenis zat cair
g = percepatan gravitasi

Dari penjelasan diatas, dapat kita simpulkan bahwa, Suatu benda dapat terapung (Mengapung), melayang atau tenggelam bukan berdasarkan ukuran (Volume) atau Massa (Bobot) dari benda tersebut, melainkan yang menentukan adalah seberapa berat cairan yang berpindah/tumpah saat suatu benda diletakkan kedalam suatu wadah yang berisi cairan, dan hal ini dapat menjelaskan Kenapa Kapal laut yang berukuran besar dan memiliki bobot berton-ton dapat terapung di atas air. Setiap benda yang diletakkan diatas permukaan cairan, maka volume cairan tersebut akan berpindah, dan seberapa berat perpindahan cairan tersebut menentukan bagaimana kondisi benda tersebut.

Penjelasan Kenapa Benda bisa Mengapung, Melayang atau Tenggelam

Penyebab Benda bisa Terapung (mengapung) diatas Air (Cairan)

Benda akan Mengapung, jika saat benda tersebut dimasukkan kedalam wadah yang berisi cairan, dan berat cairan yang berpindah lebih besar dibanding berat benda tersebut, atau Massa jenis Benda lebih kecil dibanding Massa jenis Cairan.

Massa Jenis Benda < Massa Jenis Cairan

Berat Air yang berpindah > Berat benda

Penyebab Benda bisa Melayang di dalam Air (Cairan)

Benda akan Melayang, jika saat benda tersebut dimasukkan kedalam wadah yang berisi cairan, dan berat cairan yang berpindah sama dengan berat benda tersebut, atau jika Massa jenis Benda sama dengan Massa jenis Cairan.

Massa Jenis Benda = Massa Jenis Cairan

Berat Air yang berpindah = Berat benda

Penyebab Benda bisa Tenggelam di dalam Air (Cairan)

Benda akan Tenggelam, jika saat benda tersebut dimasukkan kedalam wadah yang berisi cairan, dan berat cairan yang berpindah lebih kecil dibanding berat benda tersebut, atau Massa jenis Benda lebih besar dibanding Massa jenis Cairan.

Massa Jenis Benda > Massa Jenis Cairan

Berat Air yang berpindah < Berat benda

Percobaan Sederhana

Anda dapat melakukan sebuah Percobaan sederhana untuk membuktikannya, dengan cara sebagai berikut:

Siapkan satu buah Gelas yang berisi air penuh, letakkan Gelas tersebut di atas mangkuk.
Siapkan beberapa jenis Benda yang berbeda-beda, pastikan masing-masing benda tersebut telah ditimbang dan diketahui beratnya masing-masing.
kemudian masukkan salah satu benda ke dalam Gelas berisi air tersebut, dan tentunya air akan curah saat benda tersebut di masukkan.
Air yang curah tersebut akan tertampung di dalam mangkuk, untuk kemudian kita Timbang Berat Tumpahan air tersebut.

Jika Benda Mengapung, berarti Air yang Tumpah lebih berat dibanding Berat benda tersebut.
Jika Benda Melayang, berarti Air yang Tumpah beratnya sama dengan Berat Benda tersebut.
Jika Benda Tenggelam, berarti Air yang tumpah lebih ringan dibanding berat benda tersebut.

Kenapa Kapal Laut dapat Terapung (Mengapung) diatas air?, karena saat Kapal Laut tersebut berada diatas air, maka akan ada air yang berpindah (tumpah), Berat Air yang berpindah (Tumpah) masih lebih berat dibanding Berat kapal laut tersebut. Semoga bermanfaat!

Berbagi ilmu pengetahuan umum