Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung Serta Penerapannya

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?

·         Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. (miskonsepsi).

·         Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair. (konsepsi ilmiah)

·         Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. (konsepsi ilmiah).

·         Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).

·         Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda

Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

»      Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis cairan dapat kita ketahui dengan membaca skala pada hidrometer. Misalnya, dengan mengetahui massa jenis susu, maka dapat ditentukan kadar lemak dalam susu, dan dengan mengetahui massa jenis zat cairan anggur, dapat ditentukan kadar air keras dalam cairan anggur.  Hidrometer umumnya digunakan untuk memeriksa muatan aki mobil. Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian.

Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung haruslah dibebani dengan butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung juga harus dibuat lebih besar supaya volum zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Jadi, gaya apung yang dihasilkan menjadi lebih besar sehingga hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair.

Perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis cairan menjadi lebih jelas karena tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam cairan.

Ü    Prinsip kerja Hidrometer :

Gaya ke atas = berat hidrometer

V_bf ρ_fg = w, w hidrometer konstan

(Ah_bf) ρ_f g = mg, sebab V_bf = Ah_bf

Ü    Persamaan Hidrometer :     

hbf =	m
	Aρf

Ket :        h_bf = tinggi tangkai yang tercelup (m)

                m = massa hidrometer (kg)

                A = luas tangkai (m²)

                ρ_f  =  massa jenis cairan (kg/m³)

Massa hidrometer m dan luas tangkai A adalah tetap, sehingga tinggi tangkai yang tercelup di dalam cairan h_bf berbanding terbalik dengan massa jenis cairan ρ_f.  Jika massa jenis cairan kecil (ρ_f kecil), tinggi hidrometer yang tercelup di dalam cairan besar (h_bf besar). Akan didapat bacaan skala yang menunjukkan angka yang lebih kecil.

»      Kapal Laut

Massa jenis besi lebih besar daripada massa jenis air laut, tetapi mengapa kapal laut yang terbuat dari besi mengapung di atas air? Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat berongga. Ini menyebabkan volum air laut yang di pindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volum air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung ini mampu mengatasi berat total kapal sehingga kapal laut mengapung di permukaan laut. Jika dijelaskan berdasarkan konsep massa jenis, maka massa jenis rata-rata besi berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut. Itulah sebabnya kapal laut mengapung.

Ø  Titik penting dalam stabilitas kapal

Diagram stabilitas kapal, pusat gravitasi (G), pusat daya apung (B), dan Metacenter (M) pada posisi kapal tegak dan miring. Sebagai catatan, G pada posisi tetap sementara B dan M berpindah kalau kapal miring. Ada tiga titik yang penting dalam stabilitas kapal, yaitu:

~     G adalah titik pusat gravitasi kapal.

~     B adalah titik pusat apung kapal.

~     M adalah metacenter kapal (titik perpotongan garis vertikal B dengan garis pusat kapal).

Ø  Bagaimana kapal laut bisa tenggelam?

Jika M di bawah G, kopel menghasilkan torsi yang searah dengan jarum jam. Torsi ini justru membuat kapal lebih miring lagi, dan keseimbangan menjadi tidak stabil sehingga dapat membuat kapal tenggelam. Untuk kestabilan maksimal, haruslah G rendah dan M tinggi.

»      Kapal Selam

Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam.

Pada badan kapal selam terdapat tangki pemberat yang dapat diisi udara atau air. Tangki ini terletak di antara lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Ketika kapal selam ingin terapung maka tangki tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.