Via : gurupendidikan.co.id

Gaya apung, atau Buoyancy, adalah gaya ke atas yang dikerjakan oleh fluida yang melawan berat dari benda yang direndam. Pada sebuah kolom fluida, tekanan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman sebagai hasil dari akumulasi berat air di atasnya.

Sehingga benda yang tenggelam ke dalam fluida akan mengalami tekanan yang besar di dasar kolom fluida dibandingkan dengan ketika berada di dekat permukaan. Perbedaan tekanan ini merupakan gaya resultan yang cenderung mempercepat pergerakan benda ke atas atau menjadikan percepatan ke bawah dari suatu benda berkurang hingga nol dan mencapai kelajuan terminal.

Besarnya gaya apung sebanding dengan besarnya beda tekanan antara permukaan dan dasar kolom, dan setara dengan berat fluida yang terpindahkan (displacement) yang seharusnya mengisi ruang yang ditempati oleh benda. Sehingga benda yang memiliki massa jenis lebih besar dari fluida akan tenggelam, dan benda yang memiliki massa jenis lebih rendah dari fluida akan mengapung.

Prinsip Archimedes

Archimedes dari Syracuse, Sicily, menemukan prinsip ini pada tahun 212 sebelum masehi. Untuk benda yang mengapung maupunt enggelam, di cairan maupun gas, prinsip Archimedes dapat dinyatakan sebagai

Setiap objek, keseluruhan atau sebagian tenggelam di dalam fluida, akan selalu terangkat oleh gaya yang setara dengan gaya berat fluida yang dipindahkan akibat keberadaan objek tersebut

— Archimedes

Benda yang tenggelam memindahkan fluida setara dengan volume objek, namun benda mengapung hanya sebagian.

Prinsip Archimedes tidak memperhitungkan tegangan permukaan (kapilaritas) yang bekerja pada benda, namun gaya tambahan ini hanya mengubah jumlah fluida yang terpindahkan, sehingga prinsip “gaya apung = berat fluida yang terpindahkan” tetap sesuai.

Berat dari fluida yang terpindahkan setara dengan volume dari fluida yang terpindahkan dengan syarat fluida memiliki massa jenis yang seragam. Dan gaya apung yang bekerja setara dengan berat fluida yang terpindahkan, atau mssa jenis dari fluida dikalikan dengan volume benda yang tenggelam dikalikan percepatan gravitasi.

Misal batu memiliki berat 10 Newton ketika digantung oleh benang dalam ruang vakum dengan gaya gravitasi bekerja padanya. Ketika batu ditenggelamkan ke air, batu memindahkan air seberat 3 N, sehingga gaya yang bekerja pada benang akan berkurang 3 N menjadi 7 N. Gaya apung mengurangi berat objek yang tenggelam seluruhnya ke dalam fluida. Umumnya lebih mudah mengangkat objek yang tenggelam dibandingkan mengangkatnya di udara.

Rumus Fisika Hukum Archimedes

Rumus fisika yang dipakai pada hukum archimedes / Gaya Apung

Ketika sebuah benda berada di dalam air, air yang berada di bagian atas medorong benda ke bawah dan air yang berada di bagian bawah mendorong benda ke atas. Besar gaya apung :

Keterangan :

(rho) = Massa jenis air (Kg/m3)
g = Percepatan gravitasi (9,8 m/s2),
V = Volume benda yang tercelup di dalam air (m3),
A = Luas permukaan benda (m2),
h = h2 – h1 = Perbedaan kedalaman fluida yang berada di atas dan di bawah benda yang tercelup dalam air (m)

Fluida (air) yang berada di kedalaman h2 mempunyai tekanan atau gaya dorong lebih besar dibandingkan fluida (air) yang berada di kedalaman h1. Adanya perbedaan tekanan atau gaya dorong menimbulkan gaya total yang arahnya ke atas. Fluida (air) yang berada di sebelah kiri dan kanan benda mempunyai kedalaman yang sama sehingga resultan gaya sama dengan nol.

Dari Prinsip Archimedes memiliki 2 Gaya Apung ialah sebagai berikut :

Gaya Apung Positif

Sebuah benda yang mengapung didalam cairan akan dapat memiliki gaya apung positif. hal tersebur berarti bahwa jumlah air yang dipindahkan oleh benda berat tersebut lebih besar dari benda itu sendiri. Misalnya, perahu yang beratnya 23 kg, tetapi memindahkan 45 kg air akan mudah mengapung. Perahu yang menggantikan berat air yang lebih besar sebagian karena ukuran dan bentuk; sebagian besar interior perahu adalah udara, yang sangat ringan. Hal ini menjelaskan mengapa kapal laut yang berukuran besar dapat mengapung: asalkan air yang dipindahkan beratnya lebih besar dari kapal-kapal itu sendiri, mereka tidak akan tenggelam.

Gaya Apung Negatif

Gaya apung negatif inilah yang akan menyebabkan benda tenggelam. Hal tersebut mengacu pada sebuah benda yang berat badannya lebih dari berat cairan yang dipindahkan. Contohnya ialah kerikil mungkin memiliki berat hanya 25 gram, namun jika hanya memindahkan 15 gram air, tidak akan bisa mengapung. Jika kapal tersebut setelah dimuat memiliki berat 23 kg dengan ditambah 34 kg dari barang bawaan, itu akan tidak lagi mengapung sebabkan berat totalnya menjadi 56 kg lebih berat dari berat air yang dipindahkan yaitu sebesar 45 kg.

Hal tersebut juga memungkinkan untuk sebuah benda menjadi apung netral atau melayang di air. hal tersebut berarti bahwa berat benda dan juga jumlah cairan yang digantikan yang hampir sama. Sebuah benda apung netral akan dapat melayang-layang dalam cairan, tidak tenggelam maupun mengambang. Sebuah kapal selam dapat juga menyesuaikan berat badan dengan menambahkan ataupun mengeluarkan air dalam tangki khusus yang disebut tangki ballast. Dengan keseimbangan ballast-nya, kapal selam akan dapat melayang-layang di berbagai tingkatan dibawah permukaan air tanpa harus tenggelam.

Contoh dan Pembahasan soal gaya apung

1.Balok kayu yang berukuran panjang = 2,5 m, lebar = 0,5 m dan tebalnya 0,4 m. Jika kayu tersebut tenggelam dalam air, dan massa jenis air 1000 kg/m3 , maka besar gaya tekan ke atas … (g = 10 N/kg)

Pembahasan

Diketahui :

Volume balok (V) = panjang x lebar x tebal = 2,5 x 0,5 x 0,4 = 0,5 m3

Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m3

Percepatan gravitasi (g) = 10 N/kg

Ditanya : Besar gaya apung

Jawab :

Rumus gaya apung :

F = ρ g V

Keterangan : F = gaya apung, ρ = Massa jenis, g = percepatan gravitasi, V = volume

Semua volume benda tenggelam sehingga gaya apung dihitung menggunakan rumus di atas.

F = (1000)(10)(0,5) = (1000)(5) = 5000 Newton

2. Berat benda di udara 100 N, lalu dimasukkan dalam zat cair sehingga mengalami kenaikan volume 1,5 m3. Jika berat jenis zat cair 10 N/m3, maka berat benda dalam zat cair adalah…

Pembahasan

Diketahui :

Berat benda di udara (w) = 100 Newton

Kenaikan volume zat cair = volume benda yang tercelup dalam zat cair (V) = 1,5 m3

Berat jenis zat cair = 10 N/m3

Ditanya : Berat benda dalam zat cair

Jawab :

Rumus berat benda dalam zat cair :

Berat benda dalam zat cair = berat benda di udara – besar gaya apung

Berat benda dalam zat cair = 100 Newton – besar gaya apung

Terlebih dahulu hitung besar gaya apung agar bisa menghitung berat benda dalam zat cair.

Rumus gaya apung :

FA = ρ g V

Keterangan :

FA = gaya apung = gaya yang dikerjakan oleh zat cair pada benda yang berada di dalam zat cair

ρ = massa jenis zat cair

g = percepatan gravitasi

V = volume benda yang tercelup dalam zat cair

Percepatan gravitasi (g) sudah diketahui, volume benda yang tercelup dalam zat cair sudah diketahui, tetapi massa jenis belum diketahui. Karenanya terlebih dahulu hitung massa jenis zat cair.

Berat jenis :

Berat jenis zat cair = 10 N/m3

w / V = 10 N/m3

m g / V = 10 N/m3

m (10) / V = 10 N/m3

m / V = 1 kg/m3

ρ = 1 kg/m3

Jadi massa jenis zat cair adalah 1 kg/m3

Besar gaya apung :

FA = ρ g V = (1 kg/m3)(10 m/s2)(1,5 m3) = 15 kg m/s2 = 15 Newton

Berat benda dalam zat cair :

Berat benda dalam zat cair = 100 Newton – 15 Newton

Berat benda dalam zat cair = 85 Newton

Penelusuran yang terkait dengan Pengertian Gaya Apung

contoh soal gaya apung
pernyataan yang benar tentang konsep gaya apung ditunjukkan oleh angka
gaya ke atas oleh suatu fluida pada suatu benda yang berada di dalam fluida tersebut disebut
jenis konveksi yang terjadi karena gaya apung adalah
gaya apung yang bekerja pada suatu benda dalam fluida adalah
gaya apung pdf
hubungan gaya apung dan berat benda
pengertian gaya apung pdf