Tenggelam, Melayang, dan Terapung

747 b c V m   c Benda terapung jika berat benda lebih kecil daripada gaya angkat maksimum: b c gV mg   , atau b c V m   Khusus untuk benda terapung, ketika seluruh bagian benda dicelupkan ke dalam zat cair maka gaya angkat Archimedes lebih besar daripada berat benda. Jika dilepas maka benda akan bergerak ke atas hingga sebagian volume benda muncul di permukaan cairan hingga tercapai kesetimbangan Gambar 10.25. Gambar 10.25. Jika gaya angkat maksimum lebih kecil dari berat benda, maka di manapun posisi awal benda diletakkan pada akhirnya benda akan terapung. Pada kondisi setimbang, gaya angkat Archimedes sama dengan berat benda. Misalkan saat tercapai kesetimbangan volume bagian benda yang tercelup adalah V 1 maka gaya angkat Archimedes adalah F A =  c gV 1 . Saat tercapai kesetimbangan maka mg =  c gV 1, atau 1 V m c   Atau volume benda yang tercelup adalah F A,maks W F A W Benda bergerak ke permukaan V 1 V 2 V = V 1 + V 2 748 c m V   1 Volum benda yang muncul di permukaan zat cair adalah 1 2 V V V   Salah satu teknologi canggih yang memanfaatkan prinsip melayang, mengapung, dan tenggelam adalah teknologi kapal selam. Kapal selam memiliki ruang khusus penampung air. Jumlah air yang ditampung bisa ditambah dan dikurangi. Ketika kapal selang akan muncul ke permukaan maka air dalam ruang tersebut dikeluarkan sehingga berat kapal selam berkurang. Gaya angkat Archimedes mengungguli berat sehingga kapal selam naik ke permukaan. Jika kapal selam inging turun ke dalam air maka air dalam ruang tersebut ditambah sehingga berat kapal selam meningkat. Jika berat melampaui gaja angkat Archimedes maka kapal selam turun masuk ke dalama air. Saat kapal selam akan bergerak maju maka kapal selam harus dalam kondisi melayang. Raung diisi air sedekimian rupa sehingga gaya angkat Arachimedes persis sama dengan massa kapal selam. Contoh 10.12 Mengapa korban tenggelam mula-mula jasadnya masuk ke dalam air lalu beberapa hari kemudian akan muncul di permukaan? Jawab Massa jenis tubuh manusia sedikit lebih besar daripada massa jenis air. Dengan demikian, orang yang meninggal karena tenggelam jasadnya akan masuk ke dalam air. Setelah beberapa hari jasad membengkak sehingga volumenya membesar. Karena massa jasad tidak berubah maka massa jenis menjadi mengecil. Ketika massa jenis menjadi lebih kecil dari massa jenis air maka jasad akan naik dan mengapung. Contoh 10.13 Sebuah bola besi memiliki jari-jari 80 cm. Di dalam bola besi terdapat rongga yang berbentuk bola juga. Ketika dimasukkan ke dalam air ternyata bola besi tersebut melayang di air. Dari informasi ini hitung jari-jari rongga dalam bola besi. Massa jenis besi adalah 7.600 kgm 3 . 749 Jawab Perhatikan Gambar 10.26 Volume bola besi yang tercelup dalam air adalah V = 43R 3 = 43  3,14  0,8 3 = 2,14 m3. Gaya angkat Archimedes pada bola besi adalah F A =  a Vg = 1.000  2,14  10 = 21.400 N. Volume material besi saja adalah V ’ = 43R 3 - 43r 3 = 2,14 - 43  3,14 r 3 = 2,14 – 4,19 r 3 . Massa material besi saja, m b =  b V ’ = 7.600  2,14 – 4,19 r 3 . Berat bola besi, W b = m b g = 7.600  2,14 – 4,19 r 3  10 = 76.000  2,14 – 4,19 r 3 . Karena bola besi melayang maka W b = F A atau 76.000  2,14 – 4,19 r 3 = 21.400 atau 2,14 – 4,19 r 3 = 21.40076.000 = 0,28. Dengan demikian 4,19r 3 = 2,14 – 0,28 = 1,86 atau r 3 = 1,864,19 = 0,444. Akhirnya kita dapatkan jari-jari rongga bola besi adalah r = 0,444 13 = 0,76 m = 76 cm.

10.11 Terusan Panama

Terusan Panama adalah terusan yang melewati negara Panama, Amerika Tengah, yang menghubungkan Samudera Atlantik dan Samudera Pacific. Terusan Panama mempersingkat alur pelayaran antar dua samudera tersebut. Semula kapal laut dari samudera Pacific ke samudera Atlantik, atau sebaliknya harus melewati ujung selatang benua Amerika yang sangat jauh. Pelayaran tersebut sangat lama dan berbahaya karena sudah dekat dengan kutub selatan bumi. Terusan Panama mempersingkat pelayaran tersebut dengan menggali terusan di bagian sempit benua Amerika, yang menghubungkan samudara Pacific dengan laut Karibia. Pajang terusan ini hanya 80 kilimeter. Jumlah kapal yang melewati terusan Panama setiap hari di atas 200 kapal. Yang paling banyak melintas adalah kapal kargo, kapal tanker, dan kapal tongkang. r Gambar 10.26 Gambar untuk Contoh 10.13 750 Hal serupa terjadi dengan pembangunan terusan Suez di Mesir yang menghubungkan laut Merah dan laut Tengah. Awalnya, kapal-kapal dari Eropa yang akan ke Asia harus melewati ujung selatan benua Afrika. Perjalanan tersebut sangat panjang dan berbahaya juga karena sudah dekat dengan kutub selatan bumi. Terusan Panama berbeda dengan terusan Suez. Terusan Suez berada di daerah padang pasir sehingga proses penggalian untuk menghubungkan Laut