Sedangkan tekanan yang tejadi pada luas sisi bawah adalah: P
2
= ρ g h
2
2.6
Jika gaya yang dialami sisi bawah adalah F
1
, F
1
berarah ke bawah yang besarnya: F
1
= P
1
A = ρ g h
1
A 2.7
Jika gaya yang dialami sisi atas adalah F
2
, F
2
berarah ke atas yang besarnya: F
2
= P
2
A = ρ g h
2
A 2.8
F
2
lebih besar daripada F
1
karena kedalaman sisi bawah benda h
2
lebih besar daripada kedalaman sisi atas benda h
1
. Selisih dari gaya pada sisi atas dan gaya pada sisi bawah F
2
– F
1
adalah gaya apung. Jika gaya apung disebut F
a
, maka:
F
a
= F
2
– F
1
= ρ g h
2
A - ρ g h
1
A = ρ g A h
2
- h
1
= ρ g A h
2.9
Ah adalah volume benda di dalam fluida atau volume zat cair yang dipindahkan
oleh benda. Sehingga persamaan 2.9 dapat diubah bentuknya menjadi:
F
a
= ρ g V
2.10
Kanginan, 2013: 271
2.2.5 Terapung, Melayang, Tenggelam
Peristiwa terapung, melayang dan tenggelam juga dapat dijelaskan berdasarkan konsep gaya apung dan berat benda. Pada suatu benda yang tercelup
sebagian atau seluruhnya dalam zat cair bekerja gaya apung F
a
. Dengan demikian pada benda yang tercelup dalam zat cair bekerja dua buah gaya, yaitu
gaya berat w dan gaya apung F
a
Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Dua Buah Gaya pada Benda yang Tercelup dalam Zat Cair
Pada benda yang mengapung dan melayang terjadi kesetimbangan antara berat benda w dan gaya apung F
a
, sehingga berlaku: ∑F = 0
2.11
F
a
– w = 0 w
= F
a
2.12
Pada benda yang tenggelam, berat w lebih besar daripada gaya apung F
a
. Jadi,
Syarat mengapung sama dengan syarat melayang, yaitu berat benda sama dengan gaya apung w =F
a
. Perbedaan keduanya terletak pada volume benda yang tercelup dalam zat cair V
bf
.
Terapung
Gambar 2.8. Benda terapung Syarat mengapung dan melayang yaitu w = F
a
Syarat tenggelam yaitu w F
a
Pada peristiwa terapung, sebagian benda berada di dalam zat cair dan sebagian lainnya berada di permukaan zat cair seperti pada Gambar 2.8. Saat
benda ditenggelamkan, kemudian benda dilepas maka benda akan bergerak ke atas. Benda akan bergerak ke atas sampai tercapai keseimbangan antara gaya
apung dan gaya berat benda. Saat di permukaan zat cair maka benda akan diam sehingga gaya apung F
a
sama dengan gaya berat benda w. Pada peristiwa terapung hanya sebagian benda yang tercelup dalam zat cair sehingga volume
benda yang masuk zat cair V
bf
lebih kecil dari volume benda total V
b
. Gaya apung F
a
besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan benda, yaitu: F
a
= ρ
fluida
g V
bf
2.13
Gaya yang ke bawah adalah gaya gravitasi besarnya sama dengan berat benda, yaitu:
w = m
benda
g = ρ
benda
g V 2.14
Berdasarkan persamaan 2.13 dan 2.14 maka rumusan matematis pada peristiwa terapung yaitu:
F
a
= w 2.15
ρ
fluida
g V
bf
= ρ
benda
g V
b
ρ
fluida
= ρ
benda
2.16
Karena V
bf
V
b
, sehingga : ρ
fluida
ρ
benda
2.17
Supiyanto, 2006: 182
Melayang
Gambar 2.9. Benda melayang
Pada peristiwa melayang semua bagian benda tercelup dalam zat cair sehingga volume benda yang masuk zat cair V
bf
sama dengan volume benda total V
b
seperti pada Gambar 2.9. Selain itu pada peristiwa melayang benda berada di pertengahan zat cair dan benda berada dalam keadaan diam, yang berarti gaya ke
bawah berat benda sama dengan gaya ke atas gaya apung. Sehingga: F
a
= w 2.18
ρ
fluida
g V
bf
= ρ
benda
g V
b
ρ
fluida
= ρ
benda
2.19
Karena V
bf
= V
b
, sehingga : ρ
fluida
= ρ
benda
2.20
Supiyanto, 2006: 182-183
Tenggelam
Gambar 2.10. Benda tenggelam
Pada peristiwa tenggelam benda berada di dasar tabung sehingga selain gaya berat w dan gaya apung F
a
yang bekerja pada benda, terdapat gaya normal N yang diberikan tabung kepada benda. Benda tersebut berada dalam
keadaan diam, yang berarti resultan gaya yang bekerja pada benda adalah nol. Sehingga:
∑F = 0
2.21
F
a
+ N – w = 0
F
a
= w - N Sehingga,
F
a
w ρ
fluida
g V
bf
ρ
benda
g V
b
ρ
fluida
ρ
benda
2.22
Karena V
bf
= V
b
, sehingga : ρ
fluida
ρ
benda
2.23
Supiyanto, 2006: 183
Aplikasi hukum Archimedes dapat kita jumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih, seperti: 1 hydrometer, 2 kapal laut,
3 kapal selam, 4 balon udara, 5 dan jembatan ponton.
2.3 Kerangka Berpikir
