SciSimulator
Kembali ke Eksperimen

Prinsip Archimedes Panduan

FisikaMenengahWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Mengapa kapal baja besar mengapung di lautan sementara kerikil kecil tenggelam ke dasar? Lebih dari 2.000 tahun yang lalu, Archimedes menemukan rahasia perpindahan dan gaya apung di dalam bak mandi. Dalam percobaan ini, Anda akan menggunakan 'Metode Penimbangan' untuk memverifikasi Prinsip Archimedes dan mengungkap faktor inti yang menentukan gaya apung: Apakah kepadatan cairan? Volume yang dipindahkan? Atau kedalaman pencelupan?

Latar Belakang

Ada legenda terkenal tentang penemuan Prinsip Archimedes. Raja Syracuse meminta seorang tukang emas untuk membuat mahkota emas murni, tetapi dia curiga tukang emas itu telah mencampurkan sedikit perak. Archimedes memikirkan masalah ini sampai suatu hari, saat sedang mandi, dia melihat air meluap dari bak mandi. Dia menyadari hubungan antara volume dan perpindahan, dan dengan bersemangat berlari telanjang ke jalan sambil berteriak 'Eureka!' (Saya telah menemukannya!). Dia menggunakan metode perpindahan air untuk mengukur volume mahkota yang tidak beraturan dan menentukan keasliannya. Meskipun cerita ini mungkin apokrif, ini menunjukkan dengan jelas bahwa penemuan ilmiah sering kali berasal dari pengamatan tajam terhadap detail sehari-hari.

Konsep Utama

Gaya Apung (Buoyancy, FbuoyF_{buoy})

Gaya ke atas yang diberikan oleh fluida (cairan atau gas) pada benda yang terendam di dalamnya. Arahnya selalu vertikal ke atas.

Metode Penimbangan

Fbuoy=G−FpullF_{buoy} = G - F_{pull}

Metode untuk mengukur gaya apung dengan mengukur berat benda di udara dan kemudian di dalam cairan. Selisih antara keduanya adalah gaya apung.

Prinsip Archimedes

Fbuoy=GdisplacedF_{buoy} = G_{displaced}

Gaya apung pada benda yang terendam dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Formula & Penurunan

Rumus Prinsip Archimedes

Fbuoy=ρliquidgVdisplacedF_{\text{buoy}} = \rho_{\text{liquid}} g V_{\text{displaced}}
Besarnya gaya apung ditentukan hanya oleh kepadatan cairan ρliquid\rho_{\text{liquid}} dan volume fluida yang dipindahkan oleh benda VdisplacedV_{\text{displaced}}, dan tidak bergantung pada kepadatan benda itu sendiri.

Langkah Eksperimen

  1. 1

    Ukur Berat di Udara (GG)

    Amati pembacaan dinamometer pegas saat balok logam tidak menyentuh permukaan cairan. Catat berat balok logam GG.
  2. 2

    Jelajahi Volume yang Dipindahkan (VdisplacedV_{displaced})

    Seret dudukan secara perlahan ke bawah. Amati bagaimana pembacaan dinamometer berubah saat balok logam beralih dari menyentuh permukaan air menjadi terendam sepenuhnya. Apa yang ditunjukkan hal ini tentang hubungan antara gaya apung dan volume cairan yang dipindahkan?
  3. 3

    Jelajahi Kedalaman Pencelupan (hh)

    Setelah benda terendam sepenuhnya, terus seret ke bawah untuk jarak tertentu. Perhatikan apakah pembacaan dinamometer berubah. Apakah ini membantah intuisi yang salah bahwa 'gaya apung meningkat seiring bertambahnya kedalaman'?
  4. 4

    Jelajahi Kepadatan Cairan (ρliquid\rho_{liquid})

    Jaga agar kedalaman tetap konstan dan ganti cairan menjadi 'Air Garam' (air garam pekat). Anda akan menemukan bahwa pembacaan dinamometer menurun. Apakah ini berarti gaya apung telah meningkat atau menurun? Bagaimana 'kepadatan' lingkungan memengaruhi gaya apung?

Hasil Pembelajaran

  • Konfirmasikan bahwa gaya apung berbanding lurus dengan VdisplacedV_{\text{displaced}} dan ρliquid\rho_{\text{liquid}}.
  • Kuasai keterampilan eksperimental menghitung gaya apung menggunakan 'Metode Penimbangan'.
  • Perbaiki kesalahpahaman intuitif bahwa 'gaya apung meningkat saat benda masuk lebih dalam'.
  • Pahami secara mendalam makna fisik spesifik dari Prinsip Archimedes.

Aplikasi Nyata

  • Teknik Perkapalan: Menghasilkan perpindahan besar dengan meningkatkan volume bagian berongga lambung kapal untuk menghasilkan gaya apung yang cukup untuk mengangkat kapal seberat 10.000 ton.
  • Kapal Selam: Mengubah beratnya sendiri dengan mengambil dan membuang air di tangki pemberat untuk mencapai permukaan atau menyelam (sementara gaya apung pada dasarnya tetap tidak berubah).
  • Balon Udara Panas: Memanaskan udara di dalam balon untuk mengurangi kepadatannya, menggunakan gaya apung yang dihasilkan oleh udara dingin di sekitarnya untuk naik.
  • Hidrometer: Menggunakan prinsip mengapung untuk mengukur kepadatan berbagai cairan.

Kesalahpahaman Umum

Salah
Semakin dalam suatu benda terkubur dalam cairan, semakin besar gaya apung yang diterimanya.
Benar
Salah. Sebelum terendam sepenuhnya, gaya apung memang meningkat seiring kedalaman (karena VdisplacedV_{\text{displaced}} meningkat); tetapi setelah terendam sepenuhnya, karena VdisplacedV_{\text{displaced}} tidak lagi berubah, gaya apung tetap konstan.
Salah
Benda yang lebih berat harus menerima gaya apung yang lebih besar daripada benda yang lebih ringan.
Benar
Salah. Gaya apung hanya terkait dengan 'volume cairan yang dipindahkan', dan tidak memiliki hubungan langsung dengan massa, kepadatan, atau bentuk benda. Balok besi lebih berat daripada balok kayu, tetapi jika volumenya sama, gaya apung yang diterima saat terendam sepenuhnya adalah sama.

Bacaan Lebih Lanjut

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai EksperimenMulai Kuis