Sunday, 10 April 2016

Hukum Archimedes dan Hukum Pascal


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) = (ρbf)
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

Hukum Archimedes dan Hukum Pascal Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Mantan Tentor Fisika

0 komentar:

Post a Comment