Hukum Archimedes adalah prinsip fisika yang menyatakan bahwa benda yang terbenam seluruhnya atau sebagian dalam zat cair dalam keadaan diam dikenai gaya vertikal yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh tubuh ini. Gaya ini disebut hidrostatik atau Archimedean. Seperti gaya apapun dalam fisika, itu diukur dalam newton.
ilmuwan Yunani Archimedes
Archimedes tumbuh dalam keluarga yang terkait dengan sains, karena ayahnya, Phidias, adalah seorang astronom hebat pada masanya. Sejak kecil, Archimedes mulai menunjukkan minatnya pada sains. Dia belajar di Alexandria, di mana dia berteman dengan Eratosthenes dari Kirene. Bersama dengannya, Archimedes pertama kali mengukur keliling dunia. Melalui pengaruh Eratosthenes, Archimedes muda juga mengembangkan minat pada astronomi.
Setelah kembali ke kampung halamannya di Syracuse, ilmuwan tersebut mencurahkan banyak waktunya untuk mempelajari matematika, fisika, geometri, mekanika, optik, dan astronomi. Di semua bidang ilmu ini, Archimedes membuat berbagai penemuan, yang pemahamannya bahkan sulit untukorang berpendidikan modern.
Archimedes menemukan hukumnya
Menurut informasi sejarah, Archimedes menemukan hukumnya dengan cara yang menarik. Vitruvius dalam tulisannya menjelaskan bahwa tiran Syracusan Hieron II menginstruksikan salah satu pengrajin untuk melemparkan mahkota emas untuknya. Setelah mahkota siap, dia memutuskan untuk memeriksa apakah tuannya telah menipunya, dan apakah perak yang lebih murah telah ditambahkan ke emas, yang memiliki kerapatan lebih rendah daripada raja logam. Dia meminta Archimedes untuk menyelesaikan masalah ini. Ilmuwan tidak boleh melanggar integritas mahkota.
Saat mandi, Archimedes memperhatikan bahwa ketinggian air di dalamnya naik. Dia memutuskan untuk menggunakan efek ini untuk menghitung volume mahkota, pengetahuan yang, serta massa mahkota, memungkinkannya untuk menghitung kepadatan objek. Penemuan ini sangat mengesankan Archimedes. Vitruvius menggambarkan kondisinya sebagai berikut: dia berlari di jalan dengan telanjang bulat, dan berteriak "Eureka!", yang diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno sebagai "Saya menemukannya!". Akibatnya, kerapatan mahkota menjadi kurang dari emas murni, dan sang master dieksekusi.
Archimedes menciptakan sebuah karya berjudul "Pada Benda Terapung", di mana untuk pertama kalinya ia menjelaskan secara rinci hukum yang ia temukan. Perhatikan bahwa rumusan hukum Archimedes, yang dibuat oleh ilmuwan itu sendiri, praktis tidak berubah.
Volume zat cair dalam kesetimbangan dengan zat cair lainnya
Di sekolah di kelas 7, mereka mulai mempelajari hukum Archimedes. Untuk memahami arti dari hukum ini, pertama-tama kita harus mempertimbangkan gaya-gaya yang bekerja padavolume cairan tertentu yang berada dalam kesetimbangan dalam ketebalan sisa cairan.
Gaya yang bekerja pada setiap permukaan volume cairan yang dianggap sama dengan pdS, di mana p adalah tekanan, yang hanya bergantung pada kedalaman, dS adalah luas permukaan ini.
Karena volume cairan yang dipilih berada dalam kesetimbangan, itu berarti bahwa gaya yang dihasilkan yang bekerja pada permukaan volume ini, dan terkait dengan tekanan, harus seimbang dengan berat volume cairan ini. Gaya resultan ini disebut gaya apung. Titik penerapannya adalah di pusat gravitasi volume cairan ini.
Karena tekanan dalam cairan dihitung dengan rumus p=rogh, di mana ro adalah massa jenis cairan, g adalah percepatan jatuh bebas, h adalah kedalaman, keseimbangan yang dipertimbangkan volume cairan ditentukan oleh persamaan: berat badan=rog V, di mana V adalah volume bagian cairan yang dipertimbangkan.
Mengganti zat cair dengan zat padat
Mempertimbangkan lebih lanjut hukum Archimedes dalam fisika kelas 7, kami akan menghilangkan volume cairan yang dipertimbangkan dari ketebalannya, dan menempatkan benda padat dengan volume dan bentuk yang sama di ruang bebas.
Dalam hal ini, gaya apung yang dihasilkan, yang hanya bergantung pada densitas cairan dan volumenya, akan tetap sama. Berat tubuh, serta pusat gravitasinya, umumnya akan berubah. Akibatnya, dua gaya awalnya akan bekerja pada tubuh:
- Kekuatan dorong rogV.
- Berat badan mg.
Dalam kasus yang paling sederhana, jika benda itu homogen, maka pusat gravitasinya bertepatan dengantitik penerapan gaya dorong.
Sifat hukum Archimedes dan contoh larutan untuk benda yang tercelup seluruhnya ke dalam zat cair
Asumsikan bahwa benda homogen bermassa m direndam dalam cairan dengan massa jenis ro. Dalam hal ini, tubuh memiliki bentuk parallelepiped dengan luas alas S dan tinggi h.
Menurut hukum Archimedes, gaya berikut akan bekerja pada tubuh:
- Force rogxS, yang disebabkan oleh tekanan yang diberikan pada permukaan atas benda, di mana x adalah jarak dari permukaan atas benda ke permukaan cairan. Gaya ini diarahkan secara vertikal ke bawah.
- Force rog(h+x)S, yang berhubungan dengan tekanan yang bekerja pada permukaan bawah parallelepiped. Arahnya vertikal ke atas.
- Berat badan mg yang bekerja vertikal ke bawah.
Tekanan yang dihasilkan fluida pada permukaan sisi benda yang terendam adalah sama dalam nilai absolut dan berlawanan arah, oleh karena itu gayanya berjumlah nol.
Dalam kasus kesetimbangan, kita memiliki: mg + rogxS=rog(h+x)S, atau mg=roghS.
Jadi, sifat gaya apung atau gaya Archimedes adalah perbedaan tekanan yang diberikan oleh zat cair pada permukaan atas dan bawah suatu benda yang terbenam di dalamnya.
Keterangan tentang hukum Archimedes
Sifat gaya apung memungkinkan kita untuk menarik beberapa kesimpulan dari hukum ini. Berikut adalah kesimpulan dan komentar penting:
- Jika massa jenis zat padat lebih besar daripada massa jenis zat cair,di mana ia terbenam, maka gaya Archimedean tidak akan cukup untuk mendorong tubuh ini keluar dari cairan, dan tubuh akan tenggelam. Sebaliknya, sebuah benda akan mengapung di permukaan cairan hanya jika massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis cairan ini.
- Dalam kondisi tanpa bobot untuk volume cairan yang tidak dapat menciptakan medan gravitasi yang terlihat sendiri, tidak ada gradien tekanan dalam ketebalan volume ini. Dalam hal ini, konsep gaya apung tidak ada lagi, dan hukum Archimedes tidak dapat diterapkan.
- Jumlah semua gaya hidrostatik yang bekerja pada benda berbentuk sembarang yang direndam dalam cairan dapat dikurangi menjadi satu gaya, yang diarahkan secara vertikal ke atas dan diterapkan ke pusat gravitasi benda. Jadi, pada kenyataannya tidak ada gaya tunggal yang diterapkan pada pusat gravitasi, representasi seperti itu hanyalah penyederhanaan matematis.
