Besarnya gaya apung selalu sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Pernyataan ini dikenal sebagai prinsip Archimedes. Untuk kasus benda yang sepenuhnya tenggelam yaitu ketika sebuah benda sepenuhnya ditenggelamkan ke dalam fluida dengan massa jenis 𝜌fluida, maka besar gaya apung ke atas adalah 𝐵 = 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 . 𝑔 . 𝑉 = 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 . 𝑔 . 𝑉𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎, di mana 𝑉𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 adalah volume benda. Jika bendanya bermassa M dan massa jenisnya 𝜌𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎, maka beratnya sama dengan Fg = M . g = 𝜌𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 g 𝑉𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎, dan gaya nettonya adalah B – Fg = (𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 − 𝜌𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎) . g . Vbenda.
Oleh karena itu, jika massa jenis benda kecil daripada massa jenis fluida, maka gaya gravitasi yang arahnya ke bawah lebih kecil daripada gaya apung, dan ini akan bergerak dipercepat ke atas (Gambar 1 a). Jika massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis fluida, maka gaya apung ke atas menjadi lebih kecil dari pada gaya gravitasi, dan benda ini akan tenggelam (Gambar 1 b). Jika masa jenis dari benda yang ditenggelamkan sama dengan masa 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.
Gambar 1. (a) Sebuah benda yang sepenuhnya tenggelam yang massa jenisnya kurang dari massa jenis fluida, sehingga mengalami gaya netto ke atas. (b) Sebuah benda yang sepenuhnya tenggelam yang massa jenisnya lebih besar dari pada massa jenis fluida sehingga mengalami gaya netto ke bawah dan tenggelam
Pada kasus benda yang mengapung, sebuah benda dengan volume Vbenda dan massa jenis 𝜌𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 < 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 di dalam kesetimbangan statis yang mengapung padapermukaan fluida artinya, benda tersebut hanya dapat tenggelam sebagian dalam kasus ini, gaya apung ke atas diseimbangkan oleh gaya gravitasi yang bekerja pada benda. Jika Vfluida adalah volume fluida yang dipindahkan oleh benda (volume ini sama dengan volume bagian benda yang beradadi bawah permukaan fluida), besar gaya apungnya adalah
B = 𝜌fluida . g . Vfluida
Oleh karena berat benda adalah
Fg = M . g = 𝜌benda . g . Vfluida, dan karena Fg = B, dilihat bahwa
𝜌fluida . g . Vfluida = 𝜌benda . g . Vbenda, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut:
Persamaan di atas ini menyatakan bahwa fraksi volume dari benda mengapung yang berada di bawah permukaan fluida sama dengan perbandingan dari massa jenis benda dengan massa jenis fluida.
Demikian Artikel penjelasan tentang Prinsip dan Rumus Gaya Apung Archimedes semoga bermanfaat bagi pembaca baik itu kalangan akademisi yang menggeluti bidang ilmu fisika maupun kalangan masyarakat umum untuk menambah wawasan akan bidang ilmu lain.
Referensi
Serway, R. A. dan Jewett, J. W. 2014. FIsika untuk Sains dan Teknik Edisi 6 Buku 1. Jakarta: Salemba Teknika
Serway, R. A and Jewett, J. W. 2004. Physics for Scientist and Engineers 6th Edition. Thomson Brooks/Cole.
Tags:
Fisika Dasar