Prinsip Archimedes: Pengertian, Penjelasan, dan Contoh dalam Kehidupan Sehari-hari

Pendahuluan

Prinsip Archimedes adalah prinsip fisika yang menjelaskan tentang gaya apung yang dialami oleh benda yang terendam dalam fluida, seperti air. Prinsip ini ditemukan oleh seorang ahli matematika dan fisikawan terkenal bernama Archimedes. Dalam artikel ini, kita akan membahas pengertian prinsip Archimedes, penjelasan mekanisme kerjanya, serta memberikan beberapa contoh penerapan prinsip Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.

Pengertian Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung yang dialami oleh suatu benda yang terendam dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya apung ini berlawanan arah dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda.

Mekanisme Kerja Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes dapat dijelaskan dengan mekanisme berikut:

1. Ketika suatu benda terendam dalam fluida, fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas pada benda yang disebut gaya apung.
2. Gaya apung ini muncul karena tekanan fluida di sekitar benda yang lebih besar di bagian bawah benda dibandingkan di bagian atasnya.
3. Gaya apung ini akan menghasilkan gaya yang sebanding dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Jika berat benda lebih besar dari berat fluida yang dipindahkan, benda akan tenggelam. Namun, jika berat benda lebih kecil dari berat fluida yang dipindahkan, benda akan mengapung.

Contoh Penerapan Prinsip Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Prinsip Archimedes memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut adalah beberapa contoh:

1. Kapal Laut: Kapal laut dirancang dengan bentuk yang khusus agar dapat mengapung di atas air. Prinsip Archimedes digunakan dalam perancangan kapal laut dengan memastikan bahwa berat kapal lebih kecil dari berat air yang dipindahkan oleh kapal tersebut.
2. Renang: Ketika kita berenang, prinsip Archimedes berperan dalam memberikan gaya apung yang membuat kita mengapung di atas air. Semakin besar volume tubuh yang terendam dalam air, semakin besar gaya apung yang dialami.
3. Balon Udara: Balon udara panas menggunakan prinsip Archimedes untuk terbang. Udara panas di dalam balon memiliki densitas yang lebih rendah daripada udara di sekitarnya. Akibatnya, balon udara panas mengalami gaya apung ke atas yang membuatnya naik ke udara.
4. Pesawat Terbang: Prinsip Archimedes juga diterapkan dalam perancangan pesawat terbang. Bentuk sayap pesawat dan hampir seluruh struktur pesawat dirancang agar beratnya lebih kecil daripada berat udara yang dipindahkan oleh pesawat tersebut saat terbang.

Kesimpulan

Prinsip Archimedes menjelaskan tentang gaya apung yang dialami oleh benda yang terendam dalam fluida. Gaya apung ini sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Prinsip ini memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam perancangan kapal laut, renang, balon udara, dan pesawat terbang. Memahami prinsip Archimedes membantu kita dalam memahami fenomena gaya apung dan dapat diaplikasikan dalam perancangan berbagai struktur dan alat di kehidupan sehari-hari.

Dengan memanfaatkan prinsip Archimedes, kita dapat menciptakan struktur yang mampu mengapung atau terbang dengan efisien. Prinsip ini juga memiliki aplikasi penting dalam bidang teknik, seperti dalam perancangan kapal, pesawat terbang, dan alat-alat lain yang berinteraksi dengan fluida. Dalam keseluruhan, prinsip Archimedes membantu kita memahami dan memanfaatkan kekuatan gaya apung dalam berbagai aspek kehidupan kita sehari-hari.

Apa itu prinsip Archimedes?

Prinsip Archimedes adalah prinsip bahwa setiap tubuh yang terbenam dalam fluida mengalami dorongan vertikal dan ke atas yang setara dengan berat fluida yang telah ditumpahkan.

Pengertian

Prinsip Archimedes adalah prinsip fisik yang menyatakan penegasan bahwa benda yang sepenuhnya atau sebagian terendam dalam fluida saat diam menerima dorongan dari bawah ke atas sama dengan berat volume cairan yang dikeluarkannya. Gaya ini dikenal dengan nama gaya hidrostatik atau Archimedean, dan diukur dalam Newton. Prinsipnya menyatakan bahwa setiap benda yang terbenam dalam fluida mengalami dorongan vertikal dan ke atas yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan.

Sejarah

Archimedes tumbuh di lingkungan tempat sains dikenal, menjelajahi semenanjung Iberia dan belajar di Aleksandria di mana, bersama dengan Eratosthenes dari Kirene, ia membuat pengukuran lingkar bumi. Ketika dia kembali ke Syracuse, dia mengabdikan dirinya untuk belajar matematika, fisika, geometri, mekanika, optik, dan astronomi.

Anekdot dari cerita awal menceritakan bagaimana Archimedes menciptakan metode untuk menentukan volume objek dengan bentuk yang tidak beraturan. Menurut Vitruvius, mahkota baru dengan telah dibuat untuk Hieron II, yang meminta Archimedes untuk menentukan apakah mahkota itu terbuat dari emas atau perak. Archimedes harus menyelesaikan masalah tanpa merusak mahkota, jadi dia tidak bisa melelehkannya untuk menghitung kepadatannya.

Ketika mandi, dia memperhatikan bahwa level air naik di bak ketika dia masuk, dan dia tahu bahwa ini bisa digunakan untuk menentukan volume mahkota. Karena kompresi air akan diabaikan, mahkota, ketika tenggelam, akan memindahkan sejumlah air sama dengan volumenya sendiri. Ketika dia membagi massa mahkota dengan volume air yang dipindahkan, dia memperoleh kerapatan mahkota yang akan lebih sedikit jika logam lain yang lebih murah dan lebih padat telah ditambahkan ke dalamnya.

Bunyi Prinsip Archimedes

Pernyataan prinsip Archimedean memberi tahu kita bahwa “setiap benda yang direndam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida (cairan atau gas) mengalami gaya vertikal dan ke atas (dorongan) yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan”.

Rumus

Secara matematis, gaya dorong atau prinsip Archimedes dapat diwakili oleh rumus berikut:

Fg = m⋅g = d⋅V⋅g

Dimana:

• Fg adalah gaya dorong pada benda yang terendam.
• m adalah massa fluida yang dipindahkan.
• d adalah densitas fluida.
• V adalah volume fluida yang dipindahkan.
• g adalah gravitasi.

Pengapungan

Prinsip pengapungan terdiri dari penurunan berat benda yang nyata yang diderita benda-benda ketika mereka tenggelam dalam cairan. Ini terjadi karena ketika suatu objek terendam dalam cairan, cairan yang sama bertugas memberikan tekanan pada semua dinding wadah yang berisi mereka, dan pada tubuh yang tenggelam dalam cairan itu.

Karena adanya tekanan hidrostatik, gaya yang terletak lateral dan bekerja pada benda mengatur untuk menemukan keseimbangan dan karenanya memiliki nilai yang sama pada kedalaman yang sama. Kebalikannya terjadi pada gaya yang memberikan tekanan pada tubuh baik di bagian bawah dan atas karena gaya ini berlawanan, karena satu mendorong ke bawah dan yang lainnya mendorong ke atas.

Dengan bertambahnya kedalaman, tekanan juga mengalami peningkatan dan gaya yang diberikan pada bagian internal objek menjadi lebih besar daripada yang terletak di bagian atas sehingga gaya diarahkan ke atas dan sebagai hasilnya kita mendapatkan bahwa Benda bisa mengapung mencegah benda itu meresap ke dalam cairan.

Penerapan prinsip Archimedes

Beberapa aplikasi dari prinsip Archimedes adalah:

• Dalam kapal selam yang tidak berubah volumenya tetapi berubah berat, ia memperoleh air untuk merendam dan mengeluarkannya dengan udara untuk mengurangi beratnya dan memanjat.
• Konstruksi pelampung, mengambil keuntungan dari kepadatan rendah dari bahan pelampung.
• Prinsip ini berlaku untuk balon yang diisi dengan gas yang kurang berat dari udara, seperti balon udara panas, montgolfier, aero airships, dan lainnya.
• Saat kita menyelam ke kolam atau laut, nampaknya berat kita lebih sedikit.
• Balon yang dijual untuk anak-anak dapat diangkat ke udara dengan menambahkan gas ringan.
• Umumnya sepotong besi tidak mengapung di air, tetapi jika kita memberikan bentuk yang tepat, seperti kapal, kita melihat bahwa itu mengapung.

Demonstrasi

Untuk mendemonstrasikan prinsip Archimedean pertama-tama kita harus mempertimbangkan gaya pada satu bagian fluida dalam kesetimbangan dengan sisa fluida. Gaya yang diberikan oleh tekanan fluida pada permukaan pemisahan sama dengan p · dS, di mana p hanya tergantung pada kedalaman dan dS adalah elemen permukaan.

Karena bagian fluida dalam kesetimbangan, resultan dari gaya harus habis dengan berat bagian fluida tersebut. Kita menyebutnya gaya dorong yang dihasilkan dan titik aplikasinya adalah pusat massa bagian fluida, yang disebut pusat dorong.

gaya dorongan = berat = rf · gV

Maka berat bagian fluida akan sama dengan produk dari densitas fluida rf oleh percepatan gravitasi g dan oleh volume bagian tersebut V.

Contoh

Beberapa contoh prinsip Archimedes yang diterapkan dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut:

• Pelampung yang kita gunakan di kolam renang dan laut.
• Kapal selam.
• Balon udara panas.
• Daya apung kapal, kapal atau alat transportasi air lainnya.
• Artefak yang digunakan untuk mengukur kepadatan cairan.

Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh setelah mempelajari prinsip Archimedean adalah sebagai berikut:

• Kepadatan tidak tergantung pada bentuk objek.
• Sebuah benda memiliki berat lebih rendah saat berada di dalam air.
• Jika kepadatan benda lebih besar dari cairan, benda akan turun dengan gerakan yang dipercepat.
• Jika kepadatan benda kurang dari cairan, benda dapat naik dengan cepat.
• Jika densitas benda sama dengan fluida, benda akan berada dalam keseimbangan di tengah kolom fluida.

Pertanyaan Umum tentang Prinsip Archimedes

1. Apa itu Prinsip Archimedes?

Prinsip Archimedes adalah prinsip fisika yang menyatakan bahwa suatu benda yang tenggelam dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Prinsip ini digunakan untuk menjelaskan fenomena apung dan tenggelamnya benda dalam fluida, seperti air.

2. Siapa yang menemukan Prinsip Archimedes?

Prinsip Archimedes dinamai sesuai dengan Archimedes dari Syracuse, seorang ahli matematika, fisika, dan teknik dari Yunani kuno. Archimedes menemukan prinsip ini pada abad ke-3 SM.

3. Bagaimana Prinsip Archimedes bekerja?

Prinsip Archimedes berfungsi berdasarkan perbedaan densitas antara benda yang tenggelam dan fluida di sekitarnya. Jika densitas benda lebih besar daripada densitas fluida, maka benda akan tenggelam. Jika densitas benda lebih kecil daripada densitas fluida, maka benda akan mengapung.

Prinsip ini menjelaskan bahwa ketika benda tenggelam, berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut akan menghasilkan gaya apung yang sebanding dengan berat fluida tersebut. Gaya apung ini akan mengurangi berat efektif benda dan membuatnya tampak lebih ringan.

4. Apa contoh penerapan Prinsip Archimedes dalam kehidupan sehari-hari?

Prinsip Archimedes diterapkan dalam berbagai situasi sehari-hari, antara lain:

• Mengapungnya kapal: Kapal terbuat dari bahan yang ringan dan berongga, sehingga densitasnya lebih rendah daripada air di sekitarnya. Oleh karena itu, kapal dapat mengapung di atas permukaan air berkat gaya apung yang dihasilkan.
• Balon udara: Balon udara mengandalkan prinsip Archimedes untuk mengapung di udara. Gas ringan, seperti helium, diisi ke dalam balon, sehingga densitas balon lebih rendah daripada udara di sekitarnya, sehingga balon dapat terangkat.
• Timbangan hidrostatis: Timbangan hidrostatis menggunakan prinsip Archimedes untuk mengukur volume benda padat dengan mengukur gaya apung yang dihasilkan ketika benda tersebut tenggelam dalam air.

5. Apa hubungan antara Prinsip Archimedes dan hukum gravitasi?

Prinsip Archimedes tidak terkait langsung dengan hukum gravitasi. Prinsip Archimedes berkaitan dengan gaya apung yang dihasilkan oleh perbedaan densitas antara benda dan fluida, sedangkan hukum gravitasi berkaitan dengan gaya tarik-menarik antara dua benda yang memiliki massa.

Namun, dalam kasus benda yang tenggelam, berat benda yang ditunjukkan oleh hukum gravitasi dan gaya apung yang dihasilkan oleh Prinsip Archimedes akan saling berinteraksi. Gaya apung yang dihasilkan akan mengurangi berat efektif benda dan mempengaruhi keadaan apung atau tenggelamnya benda tersebut.

Topik terkait

Pengertian Gaya Apung dan Prinsip Archimedes: Dasar-dasar Hukum Archimedes dalam Fisika