Pengertian Gaya apung dan Prinsip Archimedes

Pengertian Gaya apung dan Prinsip
Archimedes
Oleh parta setiawanDiposting pada 02/04/2020
Gaya Apung : Pengertian, Prinsip Archimedes dan
Rumus Adalah kemampuan suatu benda mengapung dalam cairan
ataupun fluida. Hubungan berat benda dengan berat air yang
dipindahkan ialah apa yang menentukan jika benda akan dapat
mengapung
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Rumus Gaya Fisika
Pengertian Gaya Apung
Gaya apung ialah kemampuan suatu benda mengapung dalam
cairan ataupun fluida. Hubungan berat benda dengan berat air yang
dipindahkan ialah apa yang menentukan jika benda akan dapat
mengapung; meskipun ukuran dan juga bentuk dari benda akan
memiliki efek, mereka bukan alasan utama mengapa benda
mengapung ataupun tenggelam.
Pada saat menimbang batu di dalam air, berat batu yang terukur
pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingkan pada saat
menimbang batu di udara (tidak di dalam air). Massa batu yang
terukur pada timbangan lebih kecil karena ada gaya apung yang
menekan batu ke atas. Efek yang sama akan dirasakan ketika kita
mengangkat benda apapun dalam air. Batu atau benda apapun akan
terasa lebih ringan jika diangkat dalam air. Hal ini bukan berarti
bahwa sebagian batu atau benda yang diangkat hilang sehingga
berat batu menjadi lebih kecil, tetapi karena adanya gaya apung.
Arah gaya apung ke atas, alias searah dengan gaya angkat yang kita
berikan pada batu tersebut sehingga batu atau benda apapun yang
diangkat di dalam air terasa lebih ringan.
Fapung merupakan gaya total yang diberikan fluida pada batu (Fapung =
F2-F1). Arah gaya apung (Fapung) ke atas, karena gaya yang diberikan
fluida pada bagian bawah batu (F2) lebih besar daripada gaya yang
diberikan fluida pada bagian atas batu (F1). Hal ini dikarenakan
tekanan fluida pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan
fluida pada bagian atas batu.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian
Keputusan – Proses, Tipe, Gaya, Tentatif, Terencana, Para Ahli
Prinsip Archimedes
Archimedes ialah Matematikawan yang hidup pada abad III SM,
yang mendapat penghargaan dengan menemukan cara bagaimana
kerja gaya apung. Menurut legendanya Archimedes masuk ke
kamar mandi pada suatu hari dan juga melihat bahwa semakin
Archimedes membenamkan dirinya di dalam air, semakin tinggi
tingkat air yang akan naik. Dia menyadari bahwa tubuhnya tersebut
menggeser air di bak mandi. yang setelahnya Archimedes
memutuskan bahwa benda yang berada didalam airtnya akan
kurang dari benda di udara. Melalui ini dan juga realisasi lainnya,
Archimedes mendirikan apa yang kemudian dikenal dengan Prinsip
Archimedes
Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda
yang dimasukan ke dalam fluida seperti air misalnya, memiliki
berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam
fluida tersebut.
Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada
kedalaman yang berbeda. Tekanan fluida bertambah terhadap
kedalaman. Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan
fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida,
maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian
atas benda dan fluida pada bagian bawah benda.
Fluida yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan
yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda.
Pada gambar di atas, tampak sebuah benda melayang di dalam air.
Fluida yang berada dibagian bawah benda memiliki tekanan yang
lebih besar daripada fluida yang terletak pada bagian atas benda.
Hal ini disebabkan karena fluida yang berada di bawah benda
memiliki kedalaman yang lebih besar daripada fluida yang berada
di atas benda (h2 > h1).
Archimedes ialah Matematikawan yang hidup pada abad III SM,
yang mendapat penghargaan dengan menemukan cara bagaimana
kerja gaya apung. Menurut legendanya Archimedes masuk ke
kamar mandi pada suatu hari dan juga melihat bahwa semakin
Archimedes membenamkan dirinya di dalam air, semakin tinggi
tingkat air yang akan naik. Dia menyadari bahwa tubuhnya tersebut
menggeser air di bak mandi. yang setelahnya Archimedes
memutuskan bahwa benda yang berada didalam airtnya akan
kurang dari benda di udara. Melalui ini dan juga realisasi lainnya,
Archimedes mendirikan apa yang kemudian dikenal dengan Prinsip
Archimedes:
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Dan
Rumus Gaya Gerak Listrik Beserta Contoh Soalnya Secara Lengkap
Dari Prinsip Archimedes memiliki 2 Gaya Apung ialah sebagai
berikut :
Gaya Apung Positif
Sebuah benda yang mengapung didalam cairan akan dapat
memiliki gaya apung positif. hal tersebur berarti bahwa jumlah air
yang dipindahkan oleh benda berat tersebut lebih besar dari benda
itu sendiri. Misalnya, perahu yang beratnya 23 kg, tetapi
memindahkan 45 kg air akan mudah mengapung. Perahu yang
menggantikan berat air yang lebih besar sebagian karena ukuran
dan bentuk; sebagian besar interior perahu adalah udara, yang
sangat ringan. Hal ini menjelaskan mengapa kapal laut yang
berukuran besar dapat mengapung: asalkan air yang dipindahkan
beratnya lebih besar dari kapal-kapal itu sendiri, mereka tidak akan
tenggelam.
Gaya Apung Negatif
Gaya apung negatif inilah yang akan menyebabkan benda
tenggelam. Hal tersebut mengacu pada sebuah benda yang berat
badannya lebih dari berat cairan yang dipindahkan. Contohnya
ialah kerikil mungkin memiliki berat hanya 25 gram, namun jika
hanya memindahkan 15 gram air, tidak akan bisa mengapung. Jika
kapal tersebut setelah dimuat memiliki berat 23 kg dengan
ditambah 34 kg dari barang bawaan, itu akan tidak lagi mengapung
sebabkan berat totalnya menjadi 56 kg lebih berat dari berat air
yang dipindahkan yaitu sebesar 45 kg.
Hal tersebut juga memungkinkan untuk sebuah benda menjadi
apung netral atau melayang di air. hal tersebut berarti bahwa berat
benda dan juga jumlah cairan yang digantikan yang hampir sama.
Sebuah benda apung netral akan dapat melayang-layang dalam
cairan, tidak tenggelam maupun mengambang. Sebuah kapal selam
dapat juga menyesuaikan berat badan dengan menambahkan
ataupun mengeluarkan air dalam tangki khusus yang disebut tangki
ballast. Dengan keseimbangan ballast-nya, kapal selam akan dapat
melayang-layang di berbagai tingkatan dibawah permukaan air
tanpa harus tenggelam.
Ukuran dan Bentuk
Berapa banyak dari permukaan suatu benda dapat menyentuh
permukaan air yang memiliki efek pada suatu daya apung. Sebuah
kapal yang sangat besar ini akan memiliki banyak area permukaan,
yang berarti bahwa berat badan pada kapal yang tersebar dibanyak
air, semuanya akan dapat mendorong pada kapal. Apabila kapal
yang sama berada di air dengan bentuk busur yang dapat mengarah
ke bawah, itu akan dapat mulai tenggelam disebabkan karena
semua berat terkonsentrasi di satu area kecil, dan juga air itu
menggusur berat kurang dari berat kapal.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian, Dan
Rumus Gaya Lorentz Beserta Contohnya Secara Lengkap
Rumus Fisika Hukum Archimedes
Rumus fisika yang dipakai pada hukum archimedes / Gaya Apung
Ketika sebuah benda berada di dalam air, air yang berada di bagian
atas medorong benda ke bawah dan air yang berada di bagian
bawah mendorong benda ke atas. Besar gaya apung :
Keterangan :





(rho) = Massa jenis air (Kg/m3)
g = Percepatan gravitasi (9,8 m/s2),
V = Volume benda yang tercelup di dalam air (m3),
A = Luas permukaan benda (m2),
h = h2 – h1 = Perbedaan kedalaman fluida yang berada di atas
dan di bawah benda yang tercelup dalam air (m)
Fluida (air) yang berada di kedalaman h2 mempunyai tekanan atau
gaya dorong lebih besar dibandingkan fluida (air) yang berada di
kedalaman h1. Adanya perbedaan tekanan atau gaya dorong
menimbulkan gaya total yang arahnya ke atas. Fluida (air) yang
berada di sebelah kiri dan kanan benda mempunyai kedalaman
yang sama sehingga resultan gaya sama dengan nol.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian, Rumus
Dan Contoh Gaya Gesek Secara Lengkap
Kesetimbangan Benda Terapung
Membicarakan kesetimbangan benda terapung maka kita akan
merujuk padaprinsip Archimedes, yakni: “Gaya apung yang bekerja
pada benda yang terbenam di dalam zat cair memilikikesesuaian
dengan berat zat cair yang berpindah dari benda, dan bereaksi
memberikantekanan keatas melewati pusat volumenya”. atau lebih
mudah dikenal dengan bunyi: “Gaya apung memiliki besar sama
dengan berat fluida yang dipindahkan oleh bendadan mengarah
vertikal ke atas.”
Sebuah benda dikatakan stabil apabila benda tersebut kembali ke
posisikesetimbangannya semula apabila benda tersebut diusik
(meskipun sedikit). Untuk bendaterapung, masalah kestabilan lebih
rumit karena jika benda berotasi, lokasi dari pusatapungnya bisa
berubah
Pada prinsip kesetimbangan benda terapung kita juga mengenal
adanya metacenter M yang merupakan titik pertemuan garis-garis
yang bekerja pada gaya apung sebelum dansetelah rotasi benda
tersebut atau titik perpotongan antara sumbu vertikal dengan
garisvertikal yang melalui centre of buoyancy* pada saat
menempati kedudukan barunya (padasaat miring).
Kondisi stabilitas benda terendam maupun terapung dapat
diketahui berdasarkan tinggi metasentrumnya( M ).
Sehingga benda terapung akan dikatakan:
1. Stabil, apabila titik M (metacenter) berada diatas titik G
(gravitasi) atau beratbenda yang terapung berada di bagian
bawah dan pusat gravitasi berada tepatsecara langsung
dibawah pusat daya apung B(buoyancy).
2. Tidak stabil, apabila titik M (metacenter) berada dibawah titik
G (gravitasi).
Apabila sebuah benda terapung di tinggi-rendahkan pada garis
vertikal, makabenda tersebut akan kembali pada posisi awalnya
atau aslinya. Ukuran kesetimbanganuntuk benda terapung
adalahGM (metacentric height) yakni jarak antara pusat
gravitasidan metacenter. Jadi, semakin luasGM , maka benda yang
terapung tersebut akan semakinstabil.
Berikut dapat dinyatakan rumus awal dari gaya apung :
Fa = F2 – F1
= h2 x A x g x – g x h1 x A x
= (h2- h1) g x A x
=hxAxgx
=Vxgx
( karena A h = V adalah volume benda yang tercelup dalam fluida)
Perhatikan x V = Mf adalah massa fluida yang di pindahkan oleh
benda Vbf g = Mf x g adalah berat fluida yang dipindahkan oleh
benda. Jadi gaya apung Fa yang dikerjakan fluida pada benda sama
dengan berat fluida yang di pindahkan oleh benda . Ini sesuai
dengan hukum Archimedes : gaya apung yang terjadi pada suatu
benda yang di celupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu
fluida sama dengan berat fluida yang di pindahkan oleh benda
tersebut .
Fa = Mf x g
Fa = Vbf x x g
Fa = gaya apung
g = gravitasi
Vbf = volume benda yang tecelup
= massa jenis fluida
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian, Dan
Rumus Gaya Berat Beserta Contoh Soalnya Lengkap
Penerapan
Terapung
Kesetimbangan
Benda
Dari pembahasan sekilas mengenai prinsip kesetimbangan benda
terapung, kitadapat melakukan penerapan pada benda. Penerapan
kesetimbangan benda terapung palingmudah kita temukan yakni
pada perahu atau kapal.Pembuatan lambung perahu atau
kapaltentu saja dengan perhitungan yang telitimengenai
kesetimbangan sehingga kapaltersebut akan aman untuk digunakan
saatberlayar. Gaya apung dan gaya berat kapalharus berada pada
garis yang sama sehinggadidapatkan momen nol.
Keterangan:






a. M.C : metacenter
b. c.g : pusat gravitasi
c. W: gaya berat benda
d. FB : gaya apung
e. C.B: pusat/titik apung
f. BM: jarak metacenter dan buoyancy
Pada gambar (A). Kapal dalam keadaan setimbang ,dengan
syarat/ketentuan centreof gravity – nya berada diatas centre of
buoyancy dan dalam satu garis lurus. Garis lurusyang melalui kedua
titik tersebut dinamakan : Sumbu vertikal (vertical axis) dari
bendatersebut/kapal.
Pada gambar (B). Jika kapal diputar sedikit maka centre of
buoyancy-nya akanberubah letaknya karena fluida yang
dipindahkan volume akan berubah/baik bentuk maupun besarnya.
Akibatnya, gaya berat dan gaya buoyancy akan membentuk
momenkopel untuk mengembalikan kapal pada posisi
seimbang.Sebuah kapal dapat berada dalam posisi sudut
kemiringan maksimal tanpa terbalik,namun apabila melebihi sudut
tersebut ia dapat tenggelam. Selain itu, suatu bendaterapung
(kapal) akan kembali pada posisi titik kesetimbangannya setelah
menerimagangguan dalam suatu batas tertentu. Jika gelombang
gangguan terlalu besar maka bendatersebut tidak akan kembali
pada posisi kesetimbangannya. Situasi ini dideskripsikansebagai
kesetimbangan dapat terjadi pada batas level gangguan tertentu,
namun akanmenjadi tidak stabil apabila melebihinya.
Menurut Archimedes, besar gaya apung pada suatu benda, sangat
dipengaruhi olehvolume benda yang tercelup ke dalam air. Semakin
besar volume benda yang tercelupsemakin besar gaya apungnya.
Suatu kapal besar dapat mengapung karena gaya apungnyasangat
besar (ini disebabkan karena ukuran kapal yang besar sehingga
volume kapal yangtercelup sangat besar). Disamping itu gaya apung
juga dipengaruhi oleh kerapatan(densitas atau massa jenis) dari
cairan. Semakin besar massa jenis cairan semakin besargaya
apungnya.Kita mengetahui bahwa apabila massa jenis suatu benda
lebih kecil dari massa jenis fluida cair, maka benda akan terapung.
Sebaliknya jika masa jenis suatu benda lebihbesar dari masa jenis
fluida cair maka benda tersebut akan tenggelam.
Jika kita meninjausebuah kapal laut yang sebagian besar terbuat
dari logam, Massa jenis besi dan baja =7800 kg/m3 sedangkan
masa jenis air = 1000 kg/m3. Tampak bahwa kerapatan besi
danbaja lebih besar dari kerapatan air.Namun kapal tidak
tenggelam dan dapatterapung. Karena di dalam konstruksi sebuah
kapal,khususnya yang tercelup di dalam air dibuatberongga.
Dengan demikian jika dibandingkandengan kerapatan air,
sebenarnya kerapatan totalkonstruksi kapal jauh lebih kecil. Jadi
sebagian besarruang di konstruksi kapal yang tercelup dalam
airdiisi oleh udara. Dengan demikian kapal memiliki cadangan gaya
apung yang lebih disamping ”ruangan” yang demikian luas beserta
rongga berisi udara yang menjadikan ”volume” kapal laut menjadi
sedemikian besar dan mengakibatkan massa jenisnya menjadi lebih
kecil.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Dan 10
Macam Gaya Renang
Contoh Gaya Apung

Kapal / Perahu
Pelampung tandon air yang berfungsi menghentikan debit air
masuk ketika tandon air/tanki mulai terisi penuh
ANALISA PERHITUNGAN

Sepotong campuran emas dan aluminium mempunyai masa
15 kg . Apabila di gantungkan pada neraca pegas lalu di
celupkan ke dalam air ,maka neraca menunjuk 7 kg .Berapa
perbandingan antara kedua logam campuran tersebut jika
massa jenis emas …..dan massa jenis Al adalah ……?
Diketahui
massa
saat
di
Massa saat di dalamair = 7 kg
udara
=
Hukum
archimedes
pengurangan
berat
air
=
gaya
(
15
–
7
)
kg
x
g
=
air
x
8
kg
=
1000
kg
/m3
15
:
kg
:
Archimedes
g
x
V_bf
x
V_bf
Volume
logam
=
=
8
x〖10〗^(-3)
M
campuran
=
Memas
+
15 kg = emas x Vemas + aluminium x V Al
m^3
Mal
Kita
misalkan
Vemas
adalah
α
,
maka
15 kg = 19300kg/m3 x α+2700 Kg/m3( 8x 〖10〗^(-3) m3 – α )
Vemas
=
3,97
x〖10〗^(-4)
m3
V
Al
=
4
x〖10〗^(-3)m3
–
3,97
x〖10〗^(-4)
m3
= 3,60 x〖10〗^(-3)m3