Memahami Hukum Archimedes Melalui Contoh Soal: Panduan Lengkap Dengan Pembahasan Mendalam

Hukum Archimedes, sebuah prinsip fundamental dalam fisika, menjelaskan fenomena gaya apung yang dialami oleh benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida (cairan atau gas). Hukum ini menyatakan bahwa gaya apung yang bekerja pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Pemahaman mendalam tentang hukum Archimedes sangat penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari desain kapal selam hingga pengukuran densitas material.

Artikel ini bertujuan untuk memberikan pemahaman komprehensif tentang hukum Archimedes melalui pembahasan contoh soal yang beragam. Dengan mempelajari contoh-contoh ini, Anda akan dapat mengaplikasikan prinsip-prinsip hukum Archimedes untuk menyelesaikan masalah-masalah praktis.

Rumus Hukum Archimedes:

Gaya Apung (Fa) = Berat Fluida yang Dipindahkan (Wf)

Atau,

Fa = ρf Vb g

Dimana:

• Fa = Gaya Apung (Newton)
• ρf = Massa Jenis Fluida (kg/m³)
• Vb = Volume Benda yang Tercelup (m³)
• g = Percepatan Gravitasi (m/s²) (biasanya diambil 9.8 m/s² atau 10 m/s² untuk mempermudah perhitungan)

Konsep Penting dalam Hukum Archimedes:

• Gaya Apung: Gaya ke atas yang dialami benda yang tercelup dalam fluida.
• Fluida: Zat yang dapat mengalir, baik cairan maupun gas.
• Massa Jenis (ρ): Massa per satuan volume suatu zat (kg/m³ atau g/cm³).
• Volume: Ruang yang ditempati oleh suatu benda (m³ atau cm³).
• Berat: Gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda (N).

• Terapung, Melayang, dan Tenggelam: Kondisi benda berdasarkan perbandingan antara gaya apung dan berat benda.

  Also Read: Contoh Soal Wawancara Operator Layanan Operasional: Panduan Lengkap Dengan Jawaban Dan Analisis
  • Terapung: Gaya apung lebih besar dari berat benda (Fa > W).
  • Melayang: Gaya apung sama dengan berat benda (Fa = W).
  • Tenggelam: Gaya apung lebih kecil dari berat benda (Fa < W).

Contoh Soal dan Pembahasan:

Berikut adalah beberapa contoh soal yang akan membantu Anda memahami penerapan hukum Archimedes:

Soal 1: Balok Kayu Terapung

Sebuah balok kayu dengan volume 0.05 m³ dan massa jenis 600 kg/m³ terapung di air. Berapakah volume balok kayu yang tercelup dalam air? (Massa jenis air = 1000 kg/m³)

Pembahasan:

1. Identifikasi Diketahui:

   Also Read: Membedah Contoh Soal UTBK 2024: Strategi Dan Pembahasan Lengkap Untuk Raih Skor Maksimal
   • Volume balok (Vb) = 0.05 m³
   • Massa jenis balok (ρb) = 600 kg/m³
   • Massa jenis air (ρf) = 1000 kg/m³
   • g = 10 m/s² (diasumsikan)

2. Konsep yang Digunakan:

   Karena balok kayu terapung, maka gaya apung sama dengan berat balok kayu.

   Fa = W

   Also Read: Mengupas Tuntas Soal Psikotes Gambar: Contoh, Tips, Dan Strategi Jitu Untuk Lolos!

   ρf Vcelup g = ρb Vb g

3. Penyelesaian:

   Kita dapat mencoret ‘g’ karena ada di kedua sisi persamaan.

   Also Read: Contoh Soal Psikotes CAT Polri Dan Tips Mengerjakannya

   ρf Vcelup = ρb Vb

   Vcelup = (ρb * Vb) / ρf

   Vcelup = (600 kg/m³ * 0.05 m³) / 1000 kg/m³

   Also Read: Contoh Soal TIU Paskibraka 2025: Persiapan Matang Menuju Gerbang Istana

   Vcelup = 0.03 m³

Jawaban: Volume balok kayu yang tercelup dalam air adalah 0.03 m³.

Soal 2: Batu di Dalam Air

Sebuah batu memiliki berat 50 N di udara. Ketika batu tersebut dimasukkan ke dalam air, beratnya menjadi 30 N. Berapakah gaya apung yang dialami batu tersebut?

Pembahasan:

1. Identifikasi Diketahui:

   Also Read: Menjelajahi Masa Lalu Yang Belum Tertulis: Contoh Soal Esai Dan Pembahasan Zaman Praaksara
   • Berat batu di udara (Wu) = 50 N
   • Berat batu di air (Wa) = 30 N

2. Konsep yang Digunakan:

   Gaya apung sama dengan selisih berat batu di udara dan berat batu di air.

   Fa = Wu – Wa

   Also Read: Mengupas Tuntas Contoh Soal Psikotes BUMN Dan Jawabannya (PDF): Panduan Lengkap Untuk Persiapan Sukses

3. Penyelesaian:

   Fa = 50 N – 30 N

   Fa = 20 N

   Also Read: Mengupas Tuntas Soal Huruf Kapital Dalam UTBK: Contoh Soal, Pembahasan Mendalam, Dan Strategi Jitu

Jawaban: Gaya apung yang dialami batu tersebut adalah 20 N.

Soal 3: Bola Besi Tenggelam

Sebuah bola besi dengan volume 0.002 m³ dimasukkan ke dalam air. Massa jenis besi adalah 7800 kg/m³ dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Hitunglah gaya apung yang dialami bola besi dan tentukan apakah bola besi tersebut tenggelam, melayang, atau terapung.

Pembahasan:

1. Identifikasi Diketahui:

   • Volume bola besi (Vb) = 0.002 m³
   • Massa jenis besi (ρb) = 7800 kg/m³
   • Massa jenis air (ρf) = 1000 kg/m³
   • g = 10 m/s² (diasumsikan)

2. Konsep yang Digunakan:

   Also Read: Mengupas Tuntas Contoh Soal Luas Segitiga: Panduan Komprehensif Dengan Penjelasan Mendalam
   • Gaya apung dihitung menggunakan rumus Fa = ρf Vb g
   • Berat bola besi dihitung menggunakan rumus W = m g, dimana m = ρb Vb
   • Bandingkan gaya apung dan berat untuk menentukan kondisi benda.

3. Penyelesaian:

   • Gaya Apung:

     Fa = ρf Vb g

     Also Read: Mengupas Tuntas Identitas Trigonometri: Contoh Soal Dan Pembahasan Mendalam

     Fa = 1000 kg/m³ 0.002 m³ 10 m/s²

     Fa = 20 N

   • Berat Bola Besi:

     Also Read: Mengupas Tuntas Contoh Soal Wartegg: Panduan Lengkap Dengan Analisis Dan Tips

     m = ρb * Vb

     m = 7800 kg/m³ * 0.002 m³

     m = 15.6 kg

     Also Read: Baik, Mari Kita Buat Artikel Lengkap Tentang Contoh Soal Data Kelompok, Meliputi Mean, Median, Dan Modus, Dengan Penjelasan Mendalam Dan Variasi Soal.

     W = m * g

     W = 15.6 kg * 10 m/s²

     W = 156 N

     Also Read: Contoh Soal Psikotes Guru TK: Panduan Lengkap Dengan Pembahasan Dan Tips Sukses

   • Perbandingan Gaya Apung dan Berat:

     Fa = 20 N

     W = 156 N

     Also Read: Menaklukkan Psikotes BUMN: Contoh Soal Dan Strategi Jitu Untuk Meraih Impian

     Karena W > Fa, maka bola besi akan tenggelam.

Jawaban: Gaya apung yang dialami bola besi adalah 20 N. Bola besi tersebut akan tenggelam.

Soal 4: Es Batu di Air

Sebuah es batu dengan volume 50 cm³ terapung di air. Massa jenis es adalah 920 kg/m³ dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Berapakah volume es batu yang berada di atas permukaan air?

Pembahasan:

1. Identifikasi Diketahui:

   Also Read: Menaklukkan Ujian Online UT: Contoh Soal Dan Strategi Jitu
   • Volume es batu (Vb) = 50 cm³ = 50 x 10⁻⁶ m³ = 5 x 10⁻⁵ m³
   • Massa jenis es (ρb) = 920 kg/m³
   • Massa jenis air (ρf) = 1000 kg/m³

2. Konsep yang Digunakan:

   • Karena es batu terapung, maka gaya apung sama dengan berat es batu.
   • Volume es batu yang tercelup dapat dihitung menggunakan Fa = W.
   • Volume es batu yang berada di atas permukaan air adalah selisih antara volume total dan volume yang tercelup.

3. Penyelesaian:

   • Menghitung Volume Es Batu yang Tercelup (Vcelup):

     Also Read: Mengupas Tuntas Soal UTBK Bangun Ruang: Strategi Jitu Dan Contoh Soal Terlengkap

     ρf Vcelup g = ρb Vb g

     Vcelup = (ρb * Vb) / ρf

     Vcelup = (920 kg/m³ * 5 x 10⁻⁵ m³) / 1000 kg/m³

     Also Read: Menjelajahi Dunia Negosiasi: Contoh Soal Essay Dan Pembahasannya

     Vcelup = 4.6 x 10⁻⁵ m³ = 46 cm³

   • Menghitung Volume Es Batu di Atas Permukaan Air (Vatas):

     Vatas = Vb – Vcelup

     Also Read: Memahami Dan Menguasai Modus: Kumpulan Soal Dan Pembahasan Lengkap

     Vatas = 50 cm³ – 46 cm³

     Vatas = 4 cm³

Jawaban: Volume es batu yang berada di atas permukaan air adalah 4 cm³.

Soal 5: Kapal Selam

Sebuah kapal selam memiliki volume 100 m³. Ketika kapal selam tersebut berada di permukaan air, hanya 10% dari volumenya yang tercelup. Berapakah berat kapal selam tersebut? (Massa jenis air laut = 1025 kg/m³)

Pembahasan:

1. Identifikasi Diketahui:

   • Volume kapal selam (Vb) = 100 m³
   • Volume kapal selam yang tercelup (Vcelup) = 10% dari 100 m³ = 10 m³
   • Massa jenis air laut (ρf) = 1025 kg/m³
   • g = 10 m/s² (diasumsikan)

2. Konsep yang Digunakan:

   • Karena kapal selam terapung, maka gaya apung sama dengan berat kapal selam.

3. Penyelesaian:

   Also Read: 7 Rekomendasi Laptop Dj Mixer App

   • Menghitung Gaya Apung:

     Fa = ρf Vcelup g

     Fa = 1025 kg/m³ 10 m³ 10 m/s²

     Also Read: Mengupas Tuntas Energi Kinetik Dan Energi Potensial Gravitasi: Contoh Soal Dan Pembahasannya

     Fa = 102500 N

   • Karena Fa = W, maka berat kapal selam adalah 102500 N.

Jawaban: Berat kapal selam tersebut adalah 102500 N.

Soal 6: Perubahan Volume Karena Beban

Sebuah perahu dengan volume 2 m³ terapung di air. Ketika seseorang dengan berat 700 N naik ke perahu, seberapa besar volume perahu yang tercelup bertambah? (Massa jenis air = 1000 kg/m³)

Pembahasan:

1. Identifikasi Diketahui:

   • Berat orang (Worang) = 700 N
   • Massa jenis air (ρf) = 1000 kg/m³
   • g = 10 m/s² (diasumsikan)

2. Konsep yang Digunakan:

   • Penambahan volume yang tercelup akan menghasilkan gaya apung yang sama dengan berat orang tersebut.

3. Penyelesaian:

   Also Read: Membedah Contoh Soal UTBK Literasi Bahasa Inggris 2025: Strategi Dan Pembahasan Mendalam

   • Menghitung Penambahan Volume yang Tercelup (ΔVcelup):

     Fa = Worang

     ρf ΔVcelup g = Worang

     Also Read: Memahami Energi Kinetik: Contoh Soal IPA Kelas 8 Dan Pembahasannya

     ΔVcelup = Worang / (ρf * g)

     ΔVcelup = 700 N / (1000 kg/m³ * 10 m/s²)

     ΔVcelup = 0.07 m³

     Also Read: Memahami Energi Kinetik Dan Potensial: Contoh Soal Dan Pembahasan Lengkap

Jawaban: Volume perahu yang tercelup bertambah sebesar 0.07 m³.

Kesimpulan:

Memahami hukum Archimedes dan bagaimana mengaplikasikannya dalam menyelesaikan masalah adalah kunci untuk memahami fenomena gaya apung. Melalui contoh-contoh soal yang telah dibahas, diharapkan Anda dapat lebih memahami konsep-konsep penting dan mampu menyelesaikan berbagai permasalahan terkait hukum Archimedes. Ingatlah untuk selalu mengidentifikasi informasi yang diketahui, menentukan konsep yang relevan, dan melakukan perhitungan dengan teliti. Teruslah berlatih dengan berbagai jenis soal untuk memperdalam pemahaman Anda. Dengan pemahaman yang kuat tentang hukum Archimedes, Anda akan memiliki dasar yang kokoh untuk mempelajari konsep-konsep fisika yang lebih kompleks di masa depan.