Materi Fisika Kelas 11 - Hukum Archimedes

Muhammad Ridwan

25 Februari 2025

Materi Fisika Kelas 11 - Hukum Archimedes

Pendahuluan

Hukum Archimedes adalah salah satu hukum dalam fisika yang menjelaskan tentang gaya apung yang bekerja pada benda yang dicelupkan ke dalam fluida. Hukum ini sangat penting dalam memahami fenomena mengapung, tenggelam, dan melayang dalam air.

Mari kita bahas dengan seru dan lengkap! 🚢💦

A. Pengertian Hukum Archimedes

Hukum Archimedes berbunyi:

"Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut."

Hukum ini ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani kuno, saat ia masuk ke dalam bak mandi dan melihat air meluap. Dari situ, ia menyadari bahwa ada hubungan antara volume air yang berpindah dan gaya yang mendorong tubuhnya ke atas.

B. Rumus Hukum Archimedes

Secara matematis, hukum Archimedes dapat dituliskan sebagai berikut:

\[ F_A = \rho g V \]

di mana:

\( F_A \) = gaya apung (Newton, N)
\( \rho \) = massa jenis fluida (kg/m³)
\( g \) = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
\( V \) = volume fluida yang dipindahkan (m³)

📌 Kesimpulan:

Semakin besar volume fluida yang dipindahkan, semakin besar gaya apungnya.
Jika gaya apung lebih besar dari berat benda, benda akan mengapung.
Jika gaya apung lebih kecil, benda akan tenggelam.

C. Konsep Mengapung, Melayang, dan Tenggelam

Hukum Archimedes bisa menjelaskan mengapa benda bisa mengapung, melayang, atau tenggelam dalam air.

1. Mengapung

Benda akan mengapung jika gaya apung lebih besar dari berat benda:

\[ F_A > W \]

(Contoh: kapal laut, bebek di kolam 🦆🚢)

2. Melayang

Benda akan melayang jika gaya apung sama dengan berat benda:

\[ F_A = W \]

(Contoh: ikan di dalam air 🐠)

3. Tenggelam

Benda akan tenggelam jika gaya apung lebih kecil dari berat benda:

\[ F_A < W \]

(Contoh: batu di dalam air 🪨💦)

D. Aplikasi Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Kapal Laut

- Kapal terbuat dari baja yang berat, tapi karena didesain berongga dan memiliki volume besar, air yang dipindahkan cukup banyak untuk menghasilkan gaya apung besar sehingga kapal tetap mengapung.

Kapal Selam

- Kapal selam bisa naik dan turun dengan mengontrol volume air di dalam tangki balastnya. Saat tangki diisi air, kapal selam tenggelam. Saat tangki dikosongkan dan diisi udara, kapal naik ke permukaan.

Balon Udara

- Balon udara bekerja dengan konsep yang mirip hukum Archimedes, tetapi dalam fluida berupa gas. Udara panas di dalam balon memiliki massa jenis lebih kecil dari udara luar, sehingga balon naik.

Mengapa Es Batu Mengapung?

- Es memiliki massa jenis lebih kecil dari air cair, sehingga gaya apung yang diterimanya lebih besar dari beratnya.

E. Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1: Menghitung Gaya Apung

Sebuah balok kayu bermassa 2 kg dengan volume 0,005 m³ dimasukkan ke dalam air (\( \rho \) air = 1000 kg/m³). Hitung gaya apung yang dialami balok!

Jawaban:

Diketahui:

\[ V = 0,005 \text{ m}^3, \quad \rho = 1000 \text{ kg/m}^3, \quad g = 9,8 \text{ m/s}^2 \]

Gunakan rumus Archimedes:

\[ F_A = \rho g V \] \[ F_A = (1000)(9,8)(0,005) \] \[ F_A = 49 \text{ N} \]

Jadi, gaya apungnya 49 N.

Soal 2: Menentukan Apakah Benda Tenggelam atau Mengapung

Sebuah bola dengan volume 0,002 m³ dan massa 3 kg dimasukkan ke dalam air. Apakah bola akan mengapung atau tenggelam?

Jawaban:

1. Hitung gaya apung:

\[ F_A = \rho g V \] \[ F_A = (1000)(9,8)(0,002) \] \[ F_A = 19,6 \text{ N} \]

2. Hitung berat bola:

\[ W = mg \] \[ W = (3)(9,8) \] \[ W = 29,4 \text{ N} \]

Karena \( W > F_A \), benda akan tenggelam.

F. Latihan Soal

Sebuah benda memiliki volume 0,01 m³ dan massa 5 kg. Jika massa jenis air 1000 kg/m³, tentukan apakah benda tersebut mengapung atau tenggelam!
Sebuah kapal selam memiliki volume 100 m³ dan berat 8 x 10^5 N. Hitung gaya apung yang dialami kapal selam dalam air!
Sebuah batu dengan massa 2 kg dimasukkan ke dalam minyak dengan massa jenis 800 kg/m³. Jika volume batu 0,0025 m³, apakah batu akan mengapung atau tenggelam?