Hukum Archimedes ǀ Bunyi, Penurunan Persamaan Gaya Apung, dan Analisis Gambar

Fluida tertentu akan memberikan gaya perlawanan terhadap benda yang jatuh kepadanya. Gaya ini kita sebut dengan gaya apung. Berikut penjelasan terkait gaya apung, prinsip Archimedes, analisis, dan penurunan persamaan (rumus)-nya.

Baca sebelumnya : Hukum Pascal ǀ Bunyi, Persamaan (Rumus), & Dongkrak Hidrolik

PENGERTIAN

Gaya apung (bouyant force) adalah gaya angkat (ke atas) oleh fluida terhadap benda yang jatuh tenggelam kepadanya. Jenis fluida yang dimaksud adalah fluida cair, seperti air, minyak, dsb.

Gaya apung ke atas untuk kubus kayu atau kubus besi akan sama besar selama bentuk dan ukuran keduanya sama. Bagaimana bisa? Besar gaya apung itu bergantung pada berat fluida yang ia pindahkan, bukan jenis benda yang tercelup.

Kubus akan menggeser fluida sebesar volume dirinya selama dia tenggelam. Entah, ia terbuat dari besi, kayu, es, atau emas. Perbedaannya hanyalah, apakah ia nanti bergerak ke atas menjadi terapung, diam dan melayang, atau bergerak turun tenggelam.

Saat kedua kubus ini dilempar dan tenggelam seluruhnya, mereka telah memindahkan fluida sebesar volume (badan) mereka. Fluida yang dipindahkan tentu memiliki berat, dan bukankah berat adalah gaya? Inilah yang disebut gaya apung.

Misal, gaya apung fluida untuk kubus es dan kubus besi sama, yaitu 20 N. Hal ini terjadi karena keduanya memindahkan berat fluida sebesar 20 N. Bayangkan saja, sebuah fluida (air) berbentuk kubus yang berhasil mereka geser dan tempati.

Berat kubus es kurang dari 20 N dan berat kubus besi lebih dari 20 N. Es akan bergerak naik dan terapung, sedangkan besi akan bergerak turun dan tenggelam.

Perbedaan ini yang menyebabkan benda tenggelam dan terapung. Kita akan membahas benda tenggelam, melayang, dan terapung nanti.

PRINSIP ARCHIMEDES

Bunyi pernyataan prinsip Archimedes adalah besar gaya apung (gaya angkat) akan sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan benda tersebut.

Ingat! bayangkan saja air berbentuk kubus.

ANALISIS PERSAMAAN

Gambar 1.1.a. Gaya fluida terhadap kubus dari berbagai sisi, Gambar 1.1.b. Gaya Resultan Fluida menjadi Gaya Apung ke Atas Melawan Gaya Berat Fluida, Gambar 1.1.c. Kubus Menggeser Fluida Seukuran Dirinya

Keterangan : B=gaya apung; h=tinggi kubus; A=luas permukaan kubus atas-bawah (besarnya sama); g=percepatan gravitasi; rho=massa jenis; V=volume.

-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Perhatikan gambar 1.1.b, sebuah kubus bervolume melayang stabil di dalam air. Ia melayang disana dan tidak bergerak dipercepat ke bawah atau ke atas. Gaya yang bekerja pada kubus adalah gaya berat-nya sendiri dan gaya apung fluida.

Kesepakatan! Titik acuan (0,0) adalah benda, ke bawahnya adalah y negatif, ke atasnya adalah y positif.

TAHAP 1

Kita tahu bahwa fluida menekan seluruh bagian kubus dari berbagai sisi. Kita akan fokus pada komponen x dan y saja. Fluida menekan dengan gaya tertentu dari atas kubus dan bawah kubus.

Gaya fluida dari bawah tentu lebih besar dari gaya fluida dari atas. Kita akan mencari resultan gaya fluida pada benda ini dulu.

Tekanan pada pemukaan 1 kubus adalah P1 dan tekanan pada permukaan 2 kubus adalah P2. Gaya fluida pada permukaan 1 adalah F₁=P₁A, gaya fluida pada permukaan 2 adalah F₂=P₂A. Resultan gaya fluida pada benda tentu akan dimenangkan F₂ dengan arah ke atas. Perhatikan gambar 1.1.a

TAHAP 2

Lanjut, kita dapat menghitung lagi gaya bersih (gaya netto) atau resultan gaya dari gaya apung tadi dan gaya berat kubus. Benda melayang dan mengapung akan memiliki resultan gaya nol, sedangkan benda teggelam tidak nol.

Ingat! Ini bekerja layaknya resultan vektor biasa tetapi dengan pendekatan yang lebih kompleks.

Baca selanjutnya : Benda Mengapung, Melayang, Tenggelam ǀ Analisis Persamaan (Rumus), Gambar, dan Contohnya

Kita akan membahas benda melayang, terapung, dan tenggelam setelah ini. Itulah penjelasan terkait gaya apung, prinsip Archimedes, dan penurunan persamaan (rumus) gaya apung.