Penjelasan Sederhana Prinsip Archimedes

Archimedes (287 – 212 SM) adalah seorang matematikawan dan filosof Yunani yang sangat penting peranannya dalam fisika, khususnya di bidang statika fluida. Archimedes lahir di Syracuse, Sisilia, dan belajar di Alexandria, Mesir.

Dalam statika fluida, yaitu cabang fisika yang mempelajari tentang fluida yang tidak mengalir atau statik, Archimedes menemukan salah satu prinsip paling penting, yang kemudian dinamakan sebagai ‘Prinsip Archimedes’.

Archimedes

Penemuan prinsip Archimedes sangat penting dalam fisika dan juga terapannya, banyak aplikasi yang dibangun berdasarkan prinsip Archimedes, terutama dalam bidang perkapalan. Nah, mari kita cari tahu, apa yang ditemukan oleh Archimedes ini.

Archimedes menyadari bahwa ‘benda yang tercelup ke dalam suatu fluida terkena gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang terpindahkan oleh benda tersebut’. Ingat kita mengatakan berat (yang merupakan gaya), bukan massa benda. Bagaimana maksudnya pernyataan itu? Mari kita lihat ilustrasi dan eksperimen sederhana berikut ini untuk lebih jelasnya.

Gambar 1. Balok dengan massa 266 gram

Gambar 2. Gelas yang akan digunakan untuk menampung air yang terpindahkan

Kita memiliki sebuah balok yang massanya adalah 266 gram (beratnya adalah 2,66 Newton karena berat adalah massa benda dikalikan dengan percepatan gravitasi, percepatan gravitasi kita anggap besarnya 10 m/s²) seperti Gambar 1 di atas. Kemudian kita juga punya gelas dan timbangan di mana skala timbangan dengan adanya gelas tersebut diset ke angka nol terlebih dahulu seperti pada Gambar 2. Lalu kita memiliki wadah berisi air dengan sebuah pipa yang mengarah ke sebuah gelas seperti pada Gambar 3 di bawah ini.

Gambar 3. Eksperimen sederhana untuk menemukan prinsip Archimedes

Dari semua itu, balok dimasukkan ke dalam wadah berisi air yang sebelumnya batas atas permukaan air telah dibuat agar sama dengan tinggi pipa. Setelah balok dimasukkan ke dalam wadah tersebut, air akan terpindahkan dan keluar dari wadah melalui pipa dan masuk ke dalam gelas.

Gambar 4. Air yang terpindahkan mengalir dari wadah melalui pipa dan masuk ke dalam gelas karena berat balok

Apa yang terjadi setelah air yang terpindahkan sudah masuk semua ke dalam gelas? Hasilnya adalah seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 5 berikut ini

Gambar 5. Pengukuran massa balok (kiri) dan air yang terpindahkan (kanan)

Ternyata berat air yang terpindahkan sama persis dengan berat balok yang mengapung di air tadi. Ini ditandai dengan massa balok dan massa air sama besarnya (ingat, berat = massa x percepatan gravitasi).

Eureka*! Kita telah menemukan maksud pernyataan Archimedes, kita juga telah menemukan kembali prinsip Archimedes, berat benda yang tercelup ke dalam air ternyata sama dengan berat air yang terpindahkan.

Pertanyaan dan Jawaban.

Pertanyaan: Bagaimana jika kita menekan balok tadi ke dalam air dengan sejumlah gaya tertentu (anggap gaya tekannya sebesar F )?

Jawaban: Berat air yang terpindahkan akan sama dengan berat balok ditambah gaya tekan ke balok tadi, jadi W_{air yang terpindahkan} = W_balok + F.

Pertanyaan: Pada percobaan di atas, benda terapung karena massa jenis (kerapatan) balok lebih kecil daripada massa jenis air, bagaimana jika balok memiliki massa jenis yang cukup besar dibandingkan dengan air sehingga balok tersebut tenggelam? Anggap saja balok aluminium.

Jawaban: Berat balok aluminium di dalam air tersebut akan menjadi lebih kecil dibandingkan berat balok tersebut di udara, beratnya balok di dalam air sama dengan berat balok di udara dikurangi berat air yang terpindahkan (gaya apung atau gaya Archimedes). Berikut ilustrasinya dan ambil kesimpulan sendiri tentang berat balok di dalam air.

Semoga bermanfaat yaa...