Hukum Archimedes
Bila sebuah benda seluruhnya atau
sebagian dicelupkan di dalam suatu fluida (baik suatu cairan ataupun gas) yang
diam, maka fluida tersebut mengerahkan tekanan pada tiap-tiap bagian permukaan
benda yang bersentuhan dengan fluida tersebut. Tekanan tersebut adalah lebih
besar pada bagian benda yang tercelup lebih dalam. Resultan semua gaya yang
mengarah ke atas yang dinamakan kakas
apung (buoyancy) dari benda yang tercelup tersebut. (Resnick, 1985:563)
Fluida akan mengalami
tekanan-tekanan yang beraksi pada benda yang tercelup dan akan berada dalam
keadaan diam. Maka gaya resultan, yang mengarah ke atas pada benda tersebut
akan menyamai beratnya dan akan beraksi secara vertikal yang arahnya ke atas
melalui pusat gravitasinya. Dari sini diperoleh prinsip Archimedes, yakni bahwa
seebuah benda sebagian atau seluruhnya tercelup di dalam suatu fluida akan
diapungkan ke atas dengan gaya yang sama dengan berta fluida yang dipindahkan
oleh benda tersebut. (Resnick, 1985:563)
Berat benda yang tenggelam di dalam
fluida terasa lebih ringan daripada saat benda tersebut berada di luar fluida.
Hal ini terjadi karena ada gaya apung ke atas yang dikerjakan oleh fluida. Gaya
apung terjadi karena tekanan dalam sebuah fluida naik sebanding dengan
kedalaman. Dengan demikian, tekanan ke atas pada permukaan bawah benda yang
tenggelam lebih besar daripada tekanan ke bawah pada permukaan atas benda.
Sehingga ada tekanan netto ke arah atas; tekanan inilah yang menjadi indikator
keberadaan gaya apung. Gaya apung didefinisikan sebagai selisih antara gaya ke
atas yang dilakukan oleh fluida di bagian bawah benda dengan gaya ke bawah yang
dilakukan oleh fluida di bagian atas benda. Berdasarkan perumusan tersebut,
didefinisikan bahwa besarnya gaya apung adalah:
FA = Wf
FA = ρf gVb
FA = Wudara - Wfluida
Keterangan:
FA = gaya ke atas (N)
ρ = massa jenis zat cair (Kg/m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
V = volume benda yang tercelup (m3)
Jadi, karena adanya gaya Archimedes dalam
zat cair menjadikan benda yang dimasukkan ke dalam zat cair mengalami tiga
kemungkinan, yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.
Keterangan:
A.
Tenggelam : ρbenda
> ρfluida ; Wb > FA
B.
Melayang : ρbenda = ρfluida ; Wb = FA
C.
Mengapung
: ρbenda < ρfluida ; Wb < FA
Penjelasan mengenai
tenggelam, melayang, dan terapung secara lebih detail adalah sebagai berikut:
A. Tengelam
Wb >
FA
mb ×
g > mf ×g
ρb ×
Vb > ρf × Vdipindahan
karena Vdipindahan
= Vb maka, syarat tenggelam = ρf < ρb
Tenggelam adalah keadaan
benda yang berada di dasar zat cair. Benda dapat tenggelam dikarenakan massa
jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair (ρf <
ρb), sehingga
berat benda juga lebih besar daripada gaya Archimedes (Wb
> FA). Contoh
peristiwa tenggelam, antara lain, batu yang dimasukkan ke dalam air.
B. Melayang
Wb =
FA
mb ×
g = mf ×g
ρb ×
Vb = ρf × Vdipindahan
karena Vdipindahan
= Vb maka,
syarat melayang adalah ρf = ρb
Melayang adalah
keadaan benda yang berada di antara permukaan dan dasar dari zat cair. Benda
dapat melayang dikarenakan massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair (ρf = ρb), sehingga berat benda menjadi
sama dengan gaya Archimedes (Wb =
FA). Dengan kata lain, berat benda di dalam zat
cair sama dengan nol. Contoh peristiwa melayang
adalah ikan-ikan di dalam perairan.
C. Terapung
Wb =
FA
mb ×
g = mf ×g
ρb ×
Vb = ρf × Vdipindahan
(Vdipindahkan/Vb)
= (ρb/ρf)
syarat terapung adalah ρf > ρb
Terapung
adalah keadaan seluruh benda tepat berada di atas permukaan zat cair atau hanya
sebagian benda yang berada di bawah permukaan zat cair. Benda dapat terapung
dikarenakan massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρf >
ρb) sehingga
berat benda juga lebih kecil daripada gaya Archimedes (Wb
< FA). Contoh peristiwa terapung, antara
lain, gabus atau kayu yang dimasukkan ke dalam air.
Penerapan hukum Archimedes dapat kita jumpai dalam kehidupan
sehari-hari, misalnya hidrometer, kapal laut, kapal selam, galangan kapal,
balon udara, dan jembatan ponton.
Hukum Pascal
Hukum Pascal mengatakan bahwa,
"tekanan pada suatu titik akan diteruskan ke semua titik lain secara
sama". Artinya, bila tekanan pada suatu titik dalam zat cair ditambah
dengan suatu harga, maka tekanan semua titik di tempat lain pada zat cair yang
sama akan bertambah dengan harga yang sama pula. Dengan hukum ini, sebuah gaya
yang kecil dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang besar dengan membuat
luas penampang keluaran lebih besar daripada luas penampang masukan. Hal ini
terjadi karena tekanan pada masukan dan keluaran akan sama pada ketinggian yang
sama.
Dengan demikian, akan diperoleh:
Pin =
Pout
Fin/Ain
= Fout/Aout
Keterangan :
Pin = tekanan yang masuk dalam sistem (Pa)
Pout = tekanan yang
keluar dalam sistem (Pa)
Fin = gaya yang diberikan ke dalam sistem (N)
Fout = gaya yang
keluar dalam sistem (N)
Ain = luas penampang
masukan (m2)
Aout = luas penampang keluaran (m2)
Baca juga Viskositas
0 komentar:
Post a Comment