HUKUM ARCHIMEDES DAN CONTOH SOAL

Posted by Education World on Sunday, 15 November 2015

Make You Smarter - Hukum archimedes memberikan pemahaman kepada kita tentang tekanan yang terjadi pada benda yang diletakan pada zat cair. Hukum archimedes ditemukan oleh ilmuwan berkebangsaan Yunani pada tahun 187-212 SM yang bernama Archimedes. Archimedes adalah seorang penemudan ahli matematika dari Yunani yang terkenal sebagai penemu hukum hidrostatika atau yang sering disebut Hukum Archimedes.
Hukum Archimedes
Archimedes 187-212 SM

Hukum Archimedes

Pada saat kita berjalan atau berlari di dalam air, kita tentunya akan merasakan bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan jika kitamelangkah di tempat biasa. Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan ini memunculkan sebuah hukum yang dikenal Hukum , yaitu :
“Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”
Akibat adanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akan berkurang. Benda yang diangkat dalam zat cair akan terasa lebih ringan dibandingkan diangkat di darat. Jadi, telah jelas bahwa berat benda seakan berkurang bila benda dimasukkan ke dalam air. Hal itu karena adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda. Dengan demikian maka resultan gaya antara gaya berat dengan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Selanjutnya berat disebut dengan berat semu yaitu berat benda tidak sebenarnya karena benda berada dalam zat cair. Benda dalam air diberi simbol WS.
Hubungan antara berat benda di udara (W), gaya ke atas (Fa) dan berat semu (Ws) adalah :
Ws = W-Fa
dengan:
Ws = berat benda dalam zat cair (Kg⋅m/s2)
W = berat benda sebenarnya (Kg⋅m/s2)
Fa = gaya apung (N)
dan besarnya gaya apung (Fa) dirumuskan sebagai berikut :
Fa = ρcair Vb g
dengan:
ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3)
Vb = volume benda yang tercelup (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)

Benda Dalam Hukum Archimedes

Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.

1. Benda Tenggelam

Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada dasar tempat zat cair berada.
Hukum Archimedes Benda TenggelamBenda Tenggelam
Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :
W = gaya berat benda
Fa = gaya archimedes
N = gaya normal bidang
Dalam keadaan seimbang maka W = N + Fa  sehingga :
W > Fa
m . g > ρZC . Vb . g
ρb . Vb . g > ρZC . Vb . g
ρb > ρzc
ρb = massa jenis benda
ρZC = massa jenis zat cair

2. Benda Melayang

Benda melayang dalam zat cair apabila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada.
Hukum Archimedes Benda MelayangBenda Melayang
Pada benda melayang terdapat dua gaya yaitu: Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . Vb . g
ρb = ρzc

3. Benda Terapung

Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul dipermukaan zat cair dan sebagian terbenam dalam zat cair.
Hukum Archimedes Benda TerapungBenda Terapung
Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu :Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . V2 . g
ρb . Vb = ρZC . V2
karena Vb > V2 maka : ρb < ρZC

Penerapan Hukum Archimedes

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.

Penerapan Hukum Archimedes Untuk Menentukan Massa Jenis Benda

\rho _{benda}=\frac{m}{V_{benda}}=\frac{m}{V_{air}}  (ingat hukum archimedes tentang, Vbenda = V air)
\rho _{benda}=\frac{m}{m-m_{s}}\text{ x }\rho _{air}   karena  \rho _{air}=\frac{m-m_{s}}{\rho _{air}}
dengan:
Vair = volume air yang dipindahkan
m = massa benda di udara
ms = massa semu benda (di air)
ρbenda = massa jenis benda
ρair = massa jenis air

Penerapan Hukum Archimedes Dalam Bidang Teknik

Penerapan Hukum Archimedes dalam bidang teknik adalah sebagai berikut.

a) Kran otomatis pada penampungan air

Jika di rumah kita menggunakan mesin pompa air, maka dapat kita lihat bahwa tangki penampungnya harus diletakkan pada ketinggian tertentu. 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. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampung akan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis kran tertutup.

b) Kapal selam

Pada kapal selam terdapat tangki yang jika di darat ia terisi udara sehingga ia dapat mengapung di permukaan air. Ketika kapal dimasukkan ke dalam air, tangki ini akan terisi air sehingga kapal dapat menyelam.

c) Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan 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 Hukum Archimedes.

Contoh Soal : Jika sebuah benda dengan massa jenis 0,6 g/cm3 dimasukkan ke dalam air dan volume benda yang terapung 40 cm3, maka hitunglah volume benda tersebut. Pembahasan : Dik : V' = 40 cm3; ρc = 1 g/cm3, ρb = 0,6 g/cm3. Vb = V' + V" ⇒ Vb = 40 + V" Pada keadaan setimbang berlaku : ρc.V" = ρb.Vb ⇒ 1 (V'') = 0,6 (40 + V'') ⇒ V" = 24 + 0,6 V" ⇒ 0,4 V" = 24 ⇒ V" = 60 cm3 Jadi, Vb = 40 + 60 = 100 cm3. Hitunglah gaya apung yang dialami oleh benda bervolume 400 cm3 yang dimasukkan ke dalam air dan berada dalam posisi melayang. Pembahasan : Dik : Vb = 4 x 10-4 m3 ; ρc = 103 kg/m3. FA = ρc.Vb.g ⇒ FA = 103.(4 x 10-4) (10) ⇒ FA = 4 N. Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 5 N. Ketika ditimbang dalam air, beratnya seolah-olah 4 N. Hitunglah massa jenis benda tersebut. Pembahasan : Karena diketahui berat di udara dan di air, maka gunakan konsep tenggelam. ρc.Vb.g = Wu − Wc ⇒ 103. Vb (10) = 5 - 4 ⇒ 104 Vb = 1 ⇒ Vb = 10-4 Kita hitung massa di udara dengan rumus : Wu = mu . g ⇒ 5 = mu (10) ⇒ mu = 0,5 kg. Selanjutnya kita peroleh massa jenis benda sebagai berikut : ρb = mu⁄Vb ⇒ ρb = 0,5⁄10-4 ⇒ ρb = 5 x 103 kg/m3 Sebuah balok bermassa jenis 0,6 g/cm3 terapung di atas minyak dengan massa jenis 0,8 g/cm3. Jika tinggi balok yang terapung adalah 4 cm, maka hitunglah tinggi total balok tersebut. Pembahasan : h = h' + h" = 4 + h" hukum archimedes ρc.V" = ρb.Vb ⇒ ρc.A.h" = ρb.A.h ⇒ ρc.h" = ρb.h ⇒ ρc.h" = ρb.(h' + h") ⇒ 0,8 h" = 0,6 (4 + h") ⇒ 0,8 h" = 2,4 + 0,6 h" ⇒ 0,2 h" = 2,4 ⇒ h" = 1,2 cm. Jadi, h = h' + h" = 4 + 1,2 = 1,6 cm. Sebuah gabus terapung di atas air dengan bagian gabus yang berada dalam air sebesar 40% dari volumenya. Di atas air kemudian dituang minyak dengan massa jenis 0,8 g/cm3 sehingga 30% dari volume benda terendam dalam minyak. Hitunglah massa jenis benda tersebut. Pembahasan : Vm = 30% Vb = 0,3 Vb Va = 40% Vb = 0,4 Vb hukum archimedes Fa + Fm = W ⇒ ρa.Va.g + ρm.Vm.g = ρb.Vb.g ⇒ 1 (0,4 Vb) + 0,8 (0,3 Vb) = ρb.Vb ⇒ 0,4 Vb + 0,24 Vb = ρb.Vb ⇒ (0,4 + 0,24) Vb = ρb.Vb ⇒ ρb = 0,64 g/cm3.

Sumber: http://bahanbelajarsekolah.blogspot.co.id/2015/03/soal-dan-pembahasan-hukum-archimedes.html
Content is Courtesy of bahanbelajarsekolah.blogspot.com

{ 0 comments... read them below or add one }

Post a Comment