Daya apung adalah kekuatan yang memungkinkan perahu dan bola pantai mengapung di atas air. Syarat kekuatan apung mengacu pada gaya yang diarahkan ke atas bahwa fluida (baik cairan atau gas) diberikan pada objek yang sebagian atau seluruhnya tenggelam dalam fluida. Gaya apung juga menjelaskan mengapa kita bisa mengangkat benda di bawah air lebih mudah daripada di darat.
Pengambilan Kunci: Kekuatan Apung
- Istilah gaya apung mengacu pada gaya terarah ke atas yang diberikan fluida pada objek yang sebagian atau seluruhnya terbenam dalam fluida.
- Gaya apung muncul dari perbedaan tekanan inhydrostatic - tekanan yang diberikan oleh fluida statis.
- Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung yang diberikan pada suatu objek yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh objek tersebut.
Momen Eureka: Pengamatan Pertama Daya Apung
Menurut arsitek Romawi, Vitruvius, ahli matematika dan filsuf Yunani Archimedes pertama kali ditemukan daya apung di abad ke-3
SM sementara bingung atas masalah yang diajukan kepadanya oleh Raja Hiero II dari Syracuse. Raja Hiero curiga bahwa mahkota emasnya, yang dibuat dalam bentuk karangan bunga, sebenarnya tidak terbuat dari emas murni, melainkan campuran emas dan perak.Diduga, saat mandi, Archimedes memperhatikan bahwa semakin dia tenggelam ke dalam bak mandi, semakin banyak air yang mengalir keluar darinya. Dia menyadari ini adalah jawaban untuk kesulitannya, dan bergegas pulang sambil menangis "Eureka!" ("Aku menemukannya!") Dia kemudian membuat dua benda - satu emas dan satu perak - yang beratnya sama dengan mahkota, dan menjatuhkan masing-masing ke dalam sebuah kapal yang penuh sampai penuh dengan air.
Archimedes mengamati bahwa massa perak menyebabkan lebih banyak air mengalir keluar dari kapal daripada yang emas. Selanjutnya, ia mengamati bahwa mahkota "emas" -nya menyebabkan lebih banyak air mengalir keluar dari kapal daripada benda emas murni yang telah ia ciptakan, meskipun kedua mahkota itu memiliki berat yang sama. Jadi, Archimedes menunjukkan bahwa mahkotanya memang mengandung perak.
Meskipun kisah ini menggambarkan prinsip daya apung, itu mungkin legenda. Archimedes tidak pernah menulis sendiri ceritanya. Lebih jauh, dalam praktiknya, jika sejumlah kecil perak memang ditukar dengan emas, jumlah air yang dipindahkan akan terlalu kecil untuk dapat diukur dengan andal.
Sebelum penemuan daya apung, diyakini bahwa bentuk benda menentukan apakah benda itu akan mengambang atau tidak.
Daya apung dan Tekanan Hidrostatik
Gaya apung muncul dari perbedaan dalam tekanan hidrostatis - tekanan yang diberikan oleh a cairan statis. Sebuah bola yang ditempatkan lebih tinggi di atas fluida akan mengalami tekanan lebih sedikit daripada bola yang sama ditempatkan lebih jauh ke bawah. Ini karena ada lebih banyak cairan, dan karena itu lebih berat, bekerja pada bola ketika lebih dalam cairan.
Dengan demikian, tekanan di bagian atas benda lebih lemah daripada tekanan di bagian bawah. Tekanan dapat dikonversi menjadi gaya menggunakan rumus Gaya = Tekanan x Area. Ada jaring memaksa menunjuk ke atas. Gaya total ini - yang menunjuk ke atas terlepas dari bentuk objek - adalah gaya apung.
Tekanan hidrostatik diberikan oleh P = rgh, di mana r adalah massa jenis cairan, g adalah akselerasi karena gravitasi, dan h adalah kedalaman di dalam cairan. Tekanan hidrostatik tidak tergantung pada bentuk fluida.
Prinsip Archimedes
Itu Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung yang diberikan pada objek yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh objek.
Ini diungkapkan oleh rumus F = rgV, di mana r adalah densitas fluida, g adalah akselerasi karena gravitasi, dan V adalah volume fluida yang dipindahkan oleh objek. V hanya sama dengan volume objek jika sepenuhnya terendam.
Gaya apung adalah gaya ke atas yang menentang gaya gravitasi ke bawah. Besarnya gaya apung menentukan apakah suatu benda akan tenggelam, mengambang, atau naik ketika terendam dalam fluida.
- Suatu benda akan tenggelam jika gaya gravitasi yang bekerja padanya lebih besar dari gaya apung.
- Suatu benda akan mengambang jika gaya gravitasi yang bekerja padanya sama dengan gaya apung.
- Suatu benda akan naik jika gaya gravitasi yang bekerja padanya kurang dari gaya apung.
Beberapa pengamatan lain dapat diambil dari rumus, juga.
- Benda terendam yang memiliki volume yang sama akan menggantikan jumlah cairan yang sama dan mengalami kekuatan gaya apung yang sama, bahkan jika benda terbuat dari bahan yang berbeda. Namun, benda-benda ini akan berbeda dalam berat dan akan melayang, naik, atau tenggelam.
- Udara, yang memiliki kepadatan sekitar 800 kali lebih rendah dari air, akan mengalami gaya apung yang jauh lebih rendah daripada air.
Contoh 1: Kubus yang Direndam Sebagian
Sebuah kubus dengan volume 2,0 cm3 setengah tenggelam ke dalam air. Apa gaya apung yang dialami oleh kubus?
- Kita tahu bahwa F = rgV.
- r = kepadatan air = 1000 kg / m3
- g = percepatan gravitasi = 9,8 m / s2
- V = setengah dari volume kubus = 1.0 cm3 = 1.0*10-6 m3
- Jadi, F = 1000 kg / m3 * (9,8 m / s2) * 10-6 m3 = 0,0098 (kg * m) / s2 = .0098 Newton.
Contoh 2: A Cube Sepenuhnya Tenggelam
Sebuah kubus dengan volume 2,0 cm3 direndam sepenuhnya ke dalam air. Apa gaya apung yang dialami oleh kubus?
- Kita tahu bahwa F = rgV.
- r = kepadatan air = 1000 kg / m3
- g = percepatan gravitasi = 9,8 m / s2
- V = volume kubus = 2,0 cm3 = 2.0*10-6 m3
- Jadi, F = 1000 kg / m3 * (9,8 m / s2) * 2.0 * 10-6 m3 = .0196 (kg * m) / s2 = .0196 Newton.
Sumber
- Biello, David. "Fakta atau Fiksi?: Archimedes Menciptakan Istilah 'Eureka!' Di Pemandian." Ilmiah Amerika, 2006, https://www.scientificamerican.com/article/fact-or-fiction-archimede/.
- "Kepadatan, Suhu, dan Salinitas." Universitas Hawaii, https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/density-temperature-and-salinity.
- Rorres, Chris. "Mahkota Emas: Pendahuluan." Universitas Negeri New York, https://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html.