Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes adalah suatu konsekuensi yang perlu dari hukum-hukum statistika fluida. Bila sebuah benda seluruhnya atau sebagian dicelupkan dalam suatu fluida (baik suatu cairan maupun suatu 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 adalah sebuah gaya yang mengarah ke atas yang dinamakan kakas apung (buoyancy) dari benda yang tercelup tersebut.

Tekanan pada setiap bagian permukaan benda tentu tidak bergantung pada bahan benda. Jika benda tersebut atau sebanyak bagian benda yang tercelup, diganti oleh fluida yang menyerupai lingkungannya, maka fluida ini akan mengalami tekanan-tekanan yang bereaksi pada benda yang tercelup tersebut dan akan berada dalam keadaan diam. Maka gaya resultan yang mengarah ke atas pada benda tersebut akan menyamai beratnya dan akan bereaksi secara vertical yang arahnya ke atas melalui pusat gravitasnya. Dari hal ini, diperoleh prinsip Archimedes yakni bahwa sebuah benda yang seluruhnya atau sebagian tercelup didalam suatu fluida akan diapungkan ke atas dengan sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Sebuah kubus yang ditenggelamkan kedalam cairan pada figure 1. Tekanan  pada dasar kubus lebih besar daripada tekanan  diatasnya. Selisihnya adalah , dimana adalah tinggi kubus dan  adalah massa jenis fluida. Tekanan di dasar kubus menyebabkan gaya angkat ke atas yang sama dengan , dimana A adalah luas alasnya. Tekanan diatas kubus menyebabkan gaya ke bawah yang sama dengan . Resultan dari kedua gaya itu adalah gaya apung .

Dimana adalah volume fluida yang dipindahkan oleh kubus. Karena hasil kali antara  sama dengan massa fluida yang dipindahkan oleh benda, maka:

Dimana adalah berat fluida yang dipindahkan oleh kubus. Hal ini sejalan dengan prinsip Archimedes.

Benda yang Sepenuhnya Tenggelam

Ketika sebuah benda sepenuhnya ditenggelamkan kedalam sebuah fluida dengan massa jenis  , maka besar gaya apung  dimana  adalah volume benda. Jika bendanya bermassa M dan massa jenisnya  , maka beratnya sama dengan  dan gaya nettonya adalah . Oleh karena itu, jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida, maka gaya gravitasi yang arahnya ke bawah lebih kecil daripada gaya apungnya, dan gaya ini akan dipercepat ke atas. Jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida, maka gaya apung ke atas menjadi lebih kecil daripada gaya gravitasi, dan benda ini akan tenggelam. Jika massa jenis dari benda yang ditenggelamkan sama dengan massa jenis fluida, maka gaya netto pada benda sama dengan nol dan benda tersebut tetap berada dalam kesetimbangan. Jadi, arah gerak benda yang ditenggelamkan dalam fluida hanya ditentukan oleh massa jenis benda dan massa jenis fluida.

Benda yang Mengapung

Sebuah benda dengan volume  dan massa jenis  di dalam kesetimbangan statis yang mengapung pada permukaan fluida yang artinya benda tersebut hanya tenggelam sebagian. Dalam kasus ini, gaya apung ke atas diseimbangkan oleh gaya gravitasi yang bekerja pada benda. Jika  adalah volume fluida yang dipindahkan oleh benda (volume ini sama dengan volume bagian benda yang berada di bawah permukaan fluida), besar gaya apungnya adalah  . Oleh karena berat benda adalah  dan karena  dilihat bahwa  atau

Persamaan tersebut menyatakan bahwa fraksi volume dari benda mengapung yang berada dibawah permukaan fluida sama dengan perbandingan dari massa jenis benda dengan massa jenis fluida.

Referensi

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I (Terjemahan), Jakarta: Penerbit Erlangga.

Serway, R. A. 1986, Physics for Scientist and engineering with Modern Physics, New york: Saunders College Publishing

Tipler, P. A., 1998, Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid I (Terjemahan), Jakarta: Penerbit Erlangga Jilid I.

Untuk Hati yang Disana

Kau masih disana,

Berdiri tegak penuh harapan

tuk raih cita yang kau lejitkan

Terus berjuang wujudkan mimpi

Walau terkadang yang terlihat hanya ilusi

kau tetap tegar besarkan hati

Hingga parasmu penuh peluh

kau pun tak pernah mengeluh

Masih tertatih mencari suluh

Teguhkan hatimu kawan

Tetaplah bersinar bak berlian

Meski ditempa kau tetap menawan

Tak kan lengkang oleh zaman

Untuk hati yang selalu kau simpan,

Percayalah, harapan itu kan kau temukan