Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa beberapa benda mengapung sementara yang lain tenggelam? Tahukah Anda bahwa setiap benda dalam zat cair mengalami gaya ke atas dari zat cair? Mari gali dan cari tahu lebih lanjut.
TUJUAN PEMBELAJARAN
Di akhir topik ini, Anda diharapkan untuk;
PERKENALAN
Semua benda dalam cairan mengalami gaya ke atas dari cairan apakah benda itu tenggelam atau mengambang. Gaya ke atas ini disebut sebagai gaya ke atas . Gaya ke atas disebut juga gaya apung dan dilambangkan dengan huruf “u”.
PRINSIP ARCHIMEDES
Seorang ilmuwan Yunani bernama Archimedes melakukan percobaan pertama untuk mengukur gaya ke atas pada suatu benda dalam cairan. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa “ketika sebuah benda terendam penuh dalam suatu fluida, benda tersebut akan mengalami gaya ke atas sebesar berat fluida yang dipindahkan”.
Ketika suatu padatan dicelupkan ke dalam cairan, gaya ke atas pada padatan ini akan sama dengan berat air yang dipindahkan.
Sebagai contoh, sebuah balok logam yang volumenya 60 cm3 dan beratnya 4,80 N di udara dicelupkan ke dalam cairan. Tentukan berat balok ketika terendam penuh dalam cairan yang memiliki massa jenis 1.200 kgm -3 .
Larutan
Volume zat cair yang dipindahkan = 60cm 3 = 6,0 × 10 -5 m 3 .
Berat zat cair yang dipindahkan = volume x kerapatan 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Gaya ke atas = berat zat cair yang dipindahkan. Berat balok dalam cairan = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
BENDA MENGAPUNG
Benda yang mengapung dalam cairan kurang padat daripada cairan tempat mereka mengapung. Hubungan antara berat cairan yang dipindahkan dan berat benda dapat ditentukan.
Berat zat cair yang dipindahkan sama dengan berat balok di udara. Hal ini sesuai dengan hukum pengapungan yang menyatakan bahwa “benda memindahkan beratnya sendiri”. Hubungan ini dapat direpresentasikan secara matematis seperti yang ditunjukkan di bawah ini;
Berat = volume x kerapatan x gravitasi = v × ρ × g
W = vd × ρ × g di mana vd adalah volume cairan yang dipindahkan.
Perhatikan bahwa pengapungan adalah jenis khusus dari prinsip Archimedes. Ini karena benda terapung akan tenggelam hingga gaya ke atas sama dengan berat benda.
KEPADATAN RELATIF
Kerapatan relatif telah ditetapkan sebagai perbandingan kerapatan suatu zat dengan kerapatan air. Menurut hukum pengapungan, suatu benda memindahkan fluida yang sama dengan beratnya sendiri, oleh karena itu, ekspresi matematika berikut dapat dibuat.
Massa jenis relatif = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
PENERAPAN RELATIF DENSITAS DAN PRINSIP ARCHIMEDES
1. Kapal . Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa jarum besi langsung tenggelam di air tetapi bukan kapal besar? Jawabannya adalah prinsip Archimedes. Paku tenggelam karena berat air yang dipindahkan lebih kecil dari berat jarum - massa jenis besi lebih besar dari air. Prinsip Archimedes diterapkan dalam pembuatan kapal. Sebagian besar kapal dibiarkan berlubang agar bobot kapal lebih ringan dari air yang dipindahkan. Gaya apung yang besarnya sama dengan air yang dipindahkan membuat kapal tetap mengapung.
2. Kapal selam . Kapal selam bisa mengapung di atas air dan juga bisa tenggelam. Ini dicapai dengan tangki pemberat dan tangki terkompresi. Saat tangki pemberat diisi air, kapal selam tenggelam. Ini karena memiliki kepadatan yang lebih tinggi daripada air yang dipindahkan. Ketika air di dalam tangki pemberat dikeluarkan, dengan bantuan dari tangki terkompresi, densitas kapal selam lebih rendah daripada densitas air yang dipindahkan. Oleh karena itu, kapal selam tersebut mampu mengapung.
3. Balon Udara Panas . Balon naik di udara ketika udara di sekitar balon memiliki berat lebih besar dari balon. Ketika beratnya sama, balon tetap diam.
4. Hidrometer . Ini adalah alat yang digunakan untuk mengukur berat jenis atau berat jenis cairan. Itu terdiri dari tabung kaca berongga dengan alas yang lebih lebar berbentuk bohlam dan disegel dari kedua ujungnya. Tingkat hidrometer yang terendam dalam cairan dan air yang dipindahkan oleh hidrometer diukur untuk mendapatkan berat jenis cairan. Jika hidrometer tenggelam lebih dalam, ini menunjukkan bahwa sampel tanah memiliki berat jenis yang lebih kecil.
