Hukum Archimedes: Rumus, Contoh Soal & Pembahasan Kelas 11

Apr 7, 2026 by ADMIN 59 views

Halo, para pejuang fisika! Gimana nih kabarnya? Semoga sehat dan semangat terus ya buat belajar. Kali ini, kita bakal kupas tuntas soal Hukum Archimedes yang sering bikin pusing di kelas 11 SMA. Tenang aja, guys, kita bakal bahasnya santai tapi serius, biar kalian semua paham sampai ke akar-akarnya.

Apa Sih Hukum Archimedes Itu?

Jadi gini, guys, Hukum Archimedes itu adalah prinsip dasar dalam fisika yang menjelaskan mengapa benda bisa terapung, tenggelam, atau melayang di dalam fluida (cairan atau gas). Konsep ini pertama kali diungkapkan oleh seorang ilmuwan Yunani kuno yang jenius banget, namanya Archimedes. Bayangin aja, dari zaman dulu banget, beliau udah bisa ngasih penjelasan ilmiah soal fenomena sehari-hari yang kita lihat. Keren, kan?

Secara sederhana, Hukum Archimedes bilang gini: "Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut." Nah, kata kuncinya di sini adalah gaya apung dan berat fluida yang dipindahkan. Dua hal ini yang bakal jadi fokus kita dalam memahami hukum ini.

Gaya apung ini ibarat dorongan ke atas yang diberikan oleh fluida kepada benda. Semakin besar fluida yang bisa dipindahkan oleh benda, semakin besar pula gaya apungnya. Makanya, kapal yang gede banget bisa terapung di laut, karena dia mampu memindahkan volume air yang sangat besar. Beda sama batu kecil yang kalau dilempar ke air langsung tenggelam, soalnya dia nggak memindahkan air sebanyak itu.

Faktor yang Mempengaruhi Gaya Apung

Nah, biar makin ngerti, kita perlu tahu nih apa aja sih yang bikin gaya apung ini beda-beda. Ada dua faktor utama yang perlu kalian perhatikan, yaitu:

Volume Benda yang Tercelup (V_tercelup): Semakin banyak bagian benda yang masuk ke dalam fluida, semakin besar volume fluida yang dipindahkan, dan otomatis gaya apungnya makin besar. Kalau benda tenggelam seluruhnya, berarti volume yang dipindahkan sama dengan volume total benda itu sendiri.
Massa Jenis Fluida (ρ_fluida): Fluida yang lebih 'berat' atau lebih padat (massa jenisnya lebih besar) akan memberikan gaya apung yang lebih besar pula. Makanya, orang lebih mudah terapung di air laut daripada di air tawar, karena air laut punya massa jenis yang sedikit lebih besar akibat kandungan garamnya.

Dengan memahami dua faktor ini, kalian udah selangkah lebih maju buat ngertiin kenapa benda bisa punya perilaku yang beda-beda di dalam fluida. Ingat ya, guys, fisika itu sebenarnya ada di sekitar kita, cuma kadang kita nggak sadar aja.

Oke, setelah paham konsep dasarnya, kita langsung masuk ke bagian yang paling ditunggu-tunggu, yaitu rumus-rumus pentingnya. Biar nanti pas ngerjain soal, kalian udah pede duluan. Siapin catatan kalian, ya!

Rumus-Rumus Penting Hukum Archimedes

Untuk menghitung gaya apung dan menentukan apakah suatu benda akan terapung, tenggelam, atau melayang, kita perlu beberapa rumus kunci. Jangan khawatir, rumusnya nggak serumit yang dibayangkan kok, guys. Semuanya saling berkaitan dan gampang diingat kalau sering dilatih.

Rumus utama untuk menghitung Gaya Apung (Fa) adalah:

Fa = ρ_fluida × g × V_tercelup

Di mana:

Fa adalah Gaya Apung (dalam Newton, N).
ρ_fluida (dibaca: rho fluida) adalah massa jenis fluida tempat benda dicelupkan (dalam kg/m³).
g adalah percepatan gravitasi bumi (biasanya diambil 9.8 m/s² atau dibulatkan 10 m/s²).
V_tercelup adalah volume benda yang tercelup dalam fluida (dalam m³). Perlu diingat, ini bukan volume total benda, tapi hanya bagian yang masuk ke dalam cairan.

Nah, dari rumus ini, kita bisa lihat lagi kan kenapa volume benda yang tercelup dan massa jenis fluida itu penting? Semakin besar nilai ρ_fluida dan V_tercelup, semakin besar pula gaya apung yang dihasilkan.

Selanjutnya, kita perlu membandingkan gaya apung ini dengan berat benda itu sendiri. Berat benda (W) dihitung dengan rumus:

W = m_benda × g

Atau kalau kita mau hubungkan dengan massa jenis benda, rumusnya jadi:

W = ρ_benda × V_benda × g

Di mana:

W adalah berat benda (dalam Newton, N).
m_benda adalah massa benda (dalam kg).
ρ_benda (dibaca: rho benda) adalah massa jenis benda (dalam kg/m³).
V_benda adalah volume total benda (dalam m³).

Kondisi Terapung, Tenggelam, dan Melayang

Dari perbandingan antara Gaya Apung (Fa) dan Berat Benda (W), kita bisa menentukan nasib benda di dalam fluida:

Benda Terapung: Ini terjadi kalau Gaya Apung lebih besar dari Berat Benda (Fa > W). Atau, kalau kita pakai perbandingan massa jenis, benda akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis fluida (ρ_benda < ρ_fluida). Dalam kondisi terapung, biasanya hanya sebagian benda yang tercelup dalam fluida.
Benda Tenggelam: Ini terjadi kalau Gaya Apung lebih kecil dari Berat Benda (Fa < W). Atau, kalau pakai perbandingan massa jenis, benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis fluida (ρ_benda > ρ_fluida). Kalau sudah tenggelam, berarti seluruh bagian benda berada di bawah permukaan fluida.
Benda Melayang: Ini kondisi unik nih, guys. Benda dikatakan melayang kalau Gaya Apung sama dengan Berat Benda (Fa = W). Dalam perbandingan massa jenis, ini terjadi kalau massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida (ρ_benda = ρ_fluida). Kalau benda melayang, dia bisa berada di kedalaman mana saja di dalam fluida tanpa naik atau turun lagi, asalkan tidak ada gaya luar yang bekerja.

Penting diingat nih, guys: Dalam kondisi melayang dan terapung sebagian, volume benda yang tercelup (V_tercelup) akan berbeda. Untuk benda melayang, V_tercelup sama dengan V_benda. Sementara untuk benda terapung, V_tercelup lebih kecil dari V_benda.

Dengan rumus-rumus ini, kalian siap banget buat ngerjain soal-soal latihan. Yuk, kita coba beberapa contoh soal biar makin mantap!

Contoh Soal dan Pembahasan Hukum Archimedes

Supaya materi Hukum Archimedes ini makin nempel di kepala kalian, kita coba latihan soal yuk, guys! Kita akan bahas beberapa tipe soal yang sering muncul di ujian atau ulangan. Siapin pensil dan kertas kalian, dan coba kerjakan dulu sebelum lihat pembahasannya ya!

Contoh Soal 1: Menghitung Gaya Apung

Sebuah balok kayu dengan volume 0.02 m³ dicelupkan seluruhnya ke dalam air. Jika massa jenis air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah gaya apung yang dialami balok kayu tersebut?

Pembahasan:

Ini soal yang paling basic, guys, tujuannya untuk menguji pemahaman kalian tentang rumus gaya apung. Kita identifikasi dulu apa yang diketahui:

Volume balok yang tercelup (V_tercelup) = volume total balok = 0.02 m³ (karena dicelupkan seluruhnya).
Massa jenis air (ρ_fluida) = 1000 kg/m³.
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s².

Yang ditanya adalah Gaya Apung (Fa). Kita langsung pakai rumus utama:

Fa = ρ_fluida × g × V_tercelup

Masukkan nilai-nilainya:

Fa = 1000 kg/m³ × 10 m/s² × 0.02 m³

Fa = 10000 × 0.02

Fa = 200 Newton

Jadi, gaya apung yang dialami balok kayu tersebut adalah 200 N. Gampang kan? Kuncinya teliti dalam memasukkan angka dan satuan.

Contoh Soal 2: Menentukan Benda Terapung atau Tenggelam

Sebuah benda memiliki massa 5 kg dan volume 0.004 m³. Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam minyak tanah yang memiliki massa jenis 800 kg/m³, apakah benda tersebut akan terapung, tenggelam, atau melayang? (Gunakan g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Untuk soal ini, kita perlu membandingkan berat benda dengan gaya apung yang dialaminya. Atau, cara lebih cepat, kita bandingkan massa jenis benda dengan massa jenis fluida.

Diketahui:
- Massa benda (m_benda) = 5 kg.
- Volume benda (V_benda) = 0.004 m³.
- Massa jenis minyak tanah (ρ_fluida) = 800 kg/m³.
- Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s².
Langkah 1: Hitung berat benda (W). W = m_benda × g W = 5 kg × 10 m/s² W = 50 Newton
Langkah 2: Hitung gaya apung (Fa). Karena benda dimasukkan ke dalam minyak, kita asumsikan seluruh volume benda tercelup (ini asumsi awal, nanti kita cek lagi). Fa = ρ_fluida × g × V_tercelup Jika benda tenggelam seluruhnya, V_tercelup = V_benda = 0.004 m³. Fa = 800 kg/m³ × 10 m/s² × 0.004 m³ Fa = 8000 × 0.004 Fa = 32 Newton
Langkah 3: Bandingkan Fa dan W. Ternyata, Fa (32 N) lebih kecil dari W (50 N). Ini berarti gaya apung tidak cukup kuat untuk menahan berat benda.
Alternatif (menggunakan massa jenis):
- Hitung massa jenis benda (ρ_benda): ρ_benda = m_benda / V_benda ρ_benda = 5 kg / 0.004 m³ ρ_benda = 1250 kg/m³
- Bandingkan ρ_benda dengan ρ_fluida: ρ_benda (1250 kg/m³) > ρ_fluida (800 kg/m³).

Kedua metode menunjukkan hasil yang sama. Karena Fa < W atau ρ_benda > ρ_fluida, maka benda tersebut akan tenggelam. Keren ya, kita bisa prediksi nasib benda cuma pakai rumus!

Contoh Soal 3: Kondisi Benda Melayang

Sebuah benda homogen memiliki massa jenis 1500 kg/m³. Jika benda ini dimasukkan ke dalam cairan, benda tersebut tepat melayang. Berapakah massa jenis cairan tersebut?

Pembahasan:

Soal ini kebalikan dari soal sebelumnya, guys. Kita dikasih tahu kondisi benda (melayang) dan diminta mencari massa jenis fluida.

Diketahui:
- Massa jenis benda (ρ_benda) = 1500 kg/m³.
- Kondisi benda: Melayang.
Kunci dari soal ini adalah arti dari kondisi 'melayang'. Seperti yang sudah kita bahas di bagian rumus, benda dikatakan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida (ρ_benda = ρ_fluida).
Oleh karena itu, tanpa perlu perhitungan yang rumit, kita bisa langsung menyimpulkan: Massa jenis cairan (ρ_fluida) = Massa jenis benda (ρ_benda) ρ_fluida = 1500 kg/m³

Jadi, massa jenis cairan tempat benda itu melayang adalah 1500 kg/m³. Ini menunjukkan betapa pentingnya memahami konsep perbandingan massa jenis benda dan fluida untuk menentukan kondisi benda.

Contoh Soal 4: Benda Terapung Sebagian

Sebuah benda dengan massa 2 kg dan volume total 0.005 m³ dicelupkan ke dalam sebuah cairan. Ternyata, benda tersebut hanya 4/5 bagian volumenya yang tenggelam, dan benda itu terapung. Berapakah massa jenis cairan tersebut? (Gunakan g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Soal ini sedikit lebih kompleks karena melibatkan benda yang terapung sebagian. Kita perlu jeli menggunakan informasi yang ada.

Diketahui:
- Massa benda (m_benda) = 2 kg.
- Volume total benda (V_benda) = 0.005 m³.
- Bagian volume yang tenggelam = 4/5 dari V_benda.
- Kondisi benda: Terapung.
- Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s².
Karena benda terapung, maka berlaku Gaya Apung (Fa) = Berat Benda (W).
Langkah 1: Hitung Berat Benda (W). W = m_benda × g W = 2 kg × 10 m/s² W = 20 Newton
Langkah 2: Hitung volume benda yang tercelup (V_tercelup). V_tercelup = (4/5) × V_benda V_tercelup = (4/5) × 0.005 m³ V_tercelup = 4 × 0.001 m³ V_tercelup = 0.004 m³
Langkah 3: Gunakan kondisi Fa = W untuk mencari massa jenis cairan (ρ_fluida). Kita tahu Fa = ρ_fluida × g × V_tercelup. Karena Fa = W, maka: ρ_fluida × g × V_tercelup = W

Masukkan nilai yang sudah diketahui: ρ_fluida × 10 m/s² × 0.004 m³ = 20 Newton

ρ_fluida × 0.04 m³/s = 20 N

Sekarang kita cari ρ_fluida: ρ_fluida = 20 N / (0.04 m³/s) ρ_fluida = 500 kg/m³

Jadi, massa jenis cairan tersebut adalah 500 kg/m³. Dalam kasus ini, massa jenis cairan (500 kg/m³) memang lebih kecil dari massa jenis benda (2 kg / 0.005 m³ = 400 kg/m³), yang sesuai dengan kondisi benda terapung.

Oops, ada kesalahan perhitungan di atas. Mari kita koreksi:

Massa jenis benda (ρ_benda) = massa / volume = 2 kg / 0.005 m³ = 400 kg/m³.

Nah, seharusnya benda terapung jika ρ_benda < ρ_fluida. Tapi hasil perhitungan kita ρ_fluida = 500 kg/m³ dan ρ_benda = 400 kg/m³. Ini sudah sesuai, ρ_fluida > ρ_benda, jadi benda terapung. Pembahasan di atas sempat keliru menyatakan sebaliknya.

Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Setelah belajar rumus dan ngerjain soal, sekarang kita lihat yuk, guys, gimana sih Hukum Archimedes ini beneran kepake dalam kehidupan kita sehari-hari? Ternyata, banyak banget lho penerapannya!

1. Kapal Laut dan Kapal Selam

Ini adalah contoh paling klasik dan paling gampang dibayangkan. Kenapa kapal yang terbuat dari besi berat banget bisa terapung di laut? Jawabannya ya Hukum Archimedes. Badan kapal didesain sedemikian rupa agar memiliki rongga udara yang besar di dalamnya. Rongga udara ini membuat volume total kapal (termasuk udara di dalamnya) menjadi sangat besar dibandingkan massanya. Dengan volume yang besar ini, kapal mampu memindahkan volume air laut yang jauh lebih besar, sehingga gaya apung yang dihasilkan lebih besar dari berat kapal. Kapal pun terapung.

Beda lagi dengan kapal selam. Kapal selam bisa mengatur apakah dia mau terapung, tenggelam, atau melayang di bawah permukaan air. Caranya adalah dengan mengatur jumlah air yang masuk ke dalam tangki pemberat (ballast tank). Kalau tangki dikosongkan (penuh udara), kapal selam akan terapung. Kalau tangki diisi air, massa kapal selam bertambah, sehingga beratnya bisa lebih besar dari gaya apung, dan kapal selam akan tenggelam. Kalau jumlah air diatur pas, kapal selam bisa melayang di kedalaman tertentu.

2. Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis cairan. Cara kerjanya sangat bergantung pada prinsip Archimedes. Hidrometer biasanya berbentuk tabung kaca dengan pemberat di bagian bawahnya dan skala di bagian atas. Saat dimasukkan ke dalam cairan, hidrometer akan terapung. Seberapa dalam hidrometer tercelup akan menunjukkan massa jenis cairan tersebut. Semakin kental (massa jenis tinggi) cairannya, semakin sedikit hidrometer yang tenggelam agar gaya apungnya setara dengan berat hidrometer. Sebaliknya, di cairan yang encer (massa jenis rendah), hidrometer akan lebih dalam tenggelamnya.

3. Balon Udara

Prinsip Hukum Archimedes juga berlaku untuk gas. Balon udara bisa terbang karena udara panas di dalam balon memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada udara dingin di sekitarnya. Perbedaan massa jenis ini menciptakan gaya apung ke atas. Balon udara akan naik jika gaya apung yang diberikan oleh udara di sekitarnya lebih besar dari berat total balon (termasuk keranjang dan penumpangnya). Makanya, pilot harus mengatur suhu udara di dalam balon agar bisa mengontrol ketinggian terbang.

4. Pengukuran Volume Benda yang Tidak Beraturan

Pernah lihat cara ngukur volume batu atau benda aneh lainnya? Salah satu metodenya pakai Hukum Archimedes. Caranya, timbang dulu berat benda di udara. Lalu, timbang lagi berat benda saat dicelupkan ke dalam air (tentu saja harus ditenggelamkan). Perbedaan antara berat di udara dan berat di air ini adalah besarnya gaya apung. Dari gaya apung, kita bisa hitung volume benda yang tercelup (yang dalam kasus ini sama dengan volume total benda karena tenggelam seluruhnya). Rumusnya: Fa = ρ_air × g × V_benda, jadi V_benda = Fa / (ρ_air × g).

Kesimpulan

Gimana, guys? Makin paham kan sekarang soal Hukum Archimedes? Intinya, hukum ini menjelaskan tentang gaya apung yang dialami benda saat berada di dalam fluida. Gaya apung ini besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Perilaku benda (terapung, tenggelam, atau melayang) sangat ditentukan oleh perbandingan antara gaya apung dan berat benda, atau lebih mudahnya, perbandingan massa jenis benda dengan massa jenis fluida.

Ingat rumus Fa = ρ_fluida × g × V_tercelup dan kondisi Fa > W (terapung), Fa < W (tenggelam), serta Fa = W (melayang). Kalau mau lebih simpel, bandingkan ρ_benda dengan ρ_fluida. Kalau ρ_benda < ρ_fluida, terapung. Kalau ρ_benda > ρ_fluida, tenggelam. Kalau ρ_benda = ρ_fluida, melayang.

Fisika itu seru kalau kita mau belajar dan mengaitkannya dengan fenomena di sekitar kita. Semoga penjelasan ini bermanfaat ya buat kalian semua. Jangan lupa terus berlatih soal biar makin jago! Semangat!