Mengapung, tenggelam, dan melayang

Suatu benda mengapung, tenggelam, atau melayang hayna ditentukan oleh massa jenis rata – rata benda dan massa jenis zat cair. Jika massa jenis rata – rata benda lebih kecil daripada massa benda zat cair, benda mengapung di permukaan zat cair. Jika massa jenis rata – rata benda lebih besar daripada massa jenis zat cair, benda tenggelam di dasar wadah zat cair. Jka massa jenis rata rata benda sama dengan massa jenis zat cair, benda melayang dalam zat cair diantara permukaan dan dasar wadah zat cair.

SYARAT MENGAPUNG

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

SYARAT TENGGELAM

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

SYARAT MELAYANG

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Pada suatu benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam zat cair, bekerja gaya apung (Fa). Pada benda yang tercelup dalam zat cair bekerja dua buah gaya: gaya berat w dan gaya apung Fa, sehingga

åF = 0

+ Fa – w = 0 atau w = Fa

Pada benda yang tenggelam , berat w lebih besar daripada gaya apung Fa.

Syarat tenggelam

Syarat mengapung sama dengan syarat melayang, yaitu berat benda sama dengan gaya apung (w = Fa). Perbedaannya kalau mengapung hanya sebagian benda yang tercelup dalam zat cair. Kalau pada melayang seluruh benda tercelup dalam zat cair.

MENGAPA ADA BENDA YANG TENGGELAM,MELAYANG DAN MENGAPUNG DI AIR?

Kita ambil salah satu gejala fisika yaitu “jarum jahit tenggelam jika dicelupkan ke dalam air, sementara kapal laut yang jauh lebih berat dari jarum, tidak tenggelam, Mengapa?”
Setiap benda memiliki kerapatan tertentu (di fisika kita sebut dengan massa jenis), yaitu perbandingan antara massa dengan volume benda tersebut. Sebagai contoh bila ada dua kubus yang volumenya sama, yang satu terbuat dari besi dan yang kedua terbuat dari kayu, samakah kerapatannya? Tentu tidak Massa Jenis kubus dengan volume yang sama, akan memiliki berat yang berbeda, sehingga kalau kita bandingkan massa dengan volumenya akan menghasilkan nilai massa jenis yang berbeda. Artinya semakin kecil massa benda (semakin ringan), dan semakin besar volume benda tersebut, maka semakin kecil-lah massa jenisnya.

Ketika benda dicelupkan ke dalam zat cair (dimana zat cair juga memiliki massa jenis tertentu), maka benda tersebut akan memperoleh gaya tekan ke atas dari zat cair, sehingga berat di air akan lebih ringan ( yang belum coba silahkan bawa benda yang cukup berat ketika di udara lalu bandingkan dengan membawanya di dalam air, sama beratnya kah?)
benda yang memiliki volume semakin besar, maka akan memperoleh gaya tekan ke atas semakin besar, sehingga kemungkinan benda akan mudah terangkat oleh zat cair. Jadi ketika memperbesar angka volume bendanya tentunya akan memperkecil nilai massa jenisnya (perhatikan rumus massa jenis). Berdasarkan konsep Archimedes kita dapatkan tiga buah keadaan benda dalam zat cair:
1. Benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan.
2. Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama.
3. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan.
Jadi kapal laut yang begitu volumenya begitu besar, akan memperoleh gaya angkat lebih besar dibandingkan dengan sebatang jarum. Ini karena massa jenis kapal laut dibuat lebih kecil (dengan memperbesar volumenya) dari massa jenis air laut sehingga bisa terapung.

Masalah kuantitatif peristiwa mengapung

Syarat benda mengapung adalah pada saat peristiwa mengapung, volum benda yang tercelup dalam zat cair lebih kecil daripada volum benda seluruhnya ( Vbf < Vb )

Massa jenis benda mengapung

Ini berlaku untuk benda yang mengapung dalam satu jenis fluida

PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES dalam kehidupan sehari – hari

Bunyi Hukum Archimedes

"Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan".

Penemu

Archimedes dari Syracusa (sekitar 287 SM - 212 SM)
Sebagian sejarahwan matematika memandang Archimedes sebagai salah satu matematikawan terbesar sejarah, mungkin bersama-sama Newton dan Gauss.

1) Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilainya dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair.

Supaya tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volum zat cair yang dipindahkan hydrometer lebihi besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya apung yang lebih besar hingga hydrometer dapat mengapung di dalam zat cair.

Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki 3 bagian :

Tangkai tabung kaca
Bawah tabung kaca
Diameter kaca

Hidrometer terapung di dalam cairan, sehingga berlaku:

Gaya ke atas = berat hydrometer

Vbfrfg = w, dengan berat hydrometer w tetap

(Ahbf) rfg = mg, sebab Vbf = Ahbf

Persamaan hydrometer:

Hidrometer : untuk mengukur berat jenis larutan.

2) Kapal Laut

Massa jenis besi lebih besar dari pada massa jenis air laut,tetapi mengapa kapal laut yang terbuat dari besi dapat mengapung diatas air?hal ini dapat di jelaskan melalui konsep gaya apung dan konsep massa jenis. Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat berongga.ini menyebabkan volum air laut yang di pindahkan oleh kapal menjadi sangat besar.gaya apung sebanding dengan volum air yang di pindahkan ,sehingga gaya apung menjadi sangat besar.gaya apung ini mampu mengatasi berat total kapal sehingga kapal laut dapat mengapung di permukaan laut.jika di jelaskan berdasarkan konsep massa jenis maka massa jenis rata-rata besi rongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut.itulah sebabnya kapal mengapung. BAGAIMANA KAPAL LAUT BISA TENGGELAM? Kestabilan sebuah kapal yang menapung ketika kapal miring bergantung pada posisi relative titik berat kapal G-titk di mana berat kapal W bekerja-dan titik berat dari air yang di pindahkan , disebut pusat gaya apung (buoyancy) B-titk dimana gaya apung U bekerja. Kapal pada posisi stabil,B dan G terletak pada garis vertical yang sama.jika kapal miring, bentuk air yang digantikan oleh badan kapal berubah menyebabkan B bergerak dan karena itu menimbulakan suatu kopel yang cenderung kepada salah satu hal:mengembalikan kapal pada posisi stabil asalnya atau membuat kapal justru lebih miring lagi.titik perpotongan garis vertical dari B dengan garis pusat kapal di sebut metapusat M.jika M diatas G maka akan menghasilakn torsi yang berlawanan arah jarum jam.torsi ini akan bertindakmengurangi kemiringan kapal,dan keseimbangan adalh stabil.jika M dibawah G akan menghasilkan torsi yang searah jarum jam,maka akan membuat kapal lebih miring lagi,dan keseimbangan tidak stabil.

3) Kapal Selam

Kapal selam mengikuti konsep gaya apung yaitu kapal selam memiliki tangki pemberat yang terletak diantara lambung sebelah dalam dan sebelah luar.tangki ini dapat diisi dengan udara atau air.mengatur isi tangki pemberat berarti mengatur berat total kapal,berat total kapal selam akan menentukan apakah kapal akan mengapung atau menyelam.

4) Balon Udara

Seperti zat cair ,udara termasuk fluida.pada balon udara di gunakan prinsip gaya apung. Sebuah balon udara yang diisi gas panas .prinsip kerjanya adalah mula-mula balon diisi gas panas sehingga balon menggelembung dan volumnya bertambah.bertambahnya volum balon berarti bertambah pula volum udara yang dipindahkan oleh balon.ini menunjukkan gaya apung bertambah besar lalu menyebabkan balon mulai bergerak naik.setelah ketinggian yang diinginkan tercapai maka gas panas mulai di kurangi(gaya apung =berat balon)pada saat ini balon dalam keadaan melayang.apabila balon ingin diturunkan ketinggiannya maka gas panas di keluarkan dari balon lalu volum balon berkurang(gaya apung lebih kecil daripada berat balon)pada saat ini balon dalam keadaan bergerak turun. B.TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR DAN VISKOSITAS FLUIDA Pada kehidupan sehari-hari kita sering melihat tetes air berbentuk bola dan serangga yang dapat hinggap di permukan air,pada subbab ini akan dijelskan masing-masing peristiwa.

B. Tegangan Permukaaan Zat Cair dan Viskositas Fluida

1. APAKAH TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR ITU?

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang,sehingga permukaanya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis

2. MENGAPA TERJADI TEGANGAN PERMUKAAN PADA ZAT CAIR?

Tegangan terjadi karena adanya gaya kohesi yaitu gaya tarik-menarik antara partikel sejenis.kita dapat memisalkannya A mewakili partikel di dalam zat cair sedangkan B mewakili partikel di permukaan zat cair.partikel Adi tarik oleh gaya yang sama besar ke segala arah oleh partikel-partikel yang ada di dekatnya.sebagai hasilnya resultannya adalah sama dengan nol. Sedangkan partikel B di tarik oleh partikel-partikelyang ada disamping dan dibawahnya dengan gaya yang sama besar.sehingga resultannya adalah berarah ke bawah.resultan ini menyebabkan lapisan atas seakan tertutup selaput elastis inilah yang disebut dengan tegangan permukaan. Akibat dari tegangan permukaan kita sering melihat tetesan air dari kran dan tetesan embun berbentuk bola karena dengan itu terbentuk permukaan yang sempit untuk memudahkan tegangan. Serangga dapat berjalan di atas air karena berat serangga dapat diatasioleh kulit yaitu saat cairan membentuk kulit penutup .