Hukum Archimedes: Soal & Jawaban SMP Kelas 8

May 29, 2026 by ADMIN 45 views

Halo guys! Gimana kabar kalian? Semoga selalu sehat dan semangat ya buat belajar fisika. Kali ini, kita bakal ngebahas tuntas tentang Hukum Archimedes yang sering banget keluar di soal-soal ujian SMP kelas 8. Tenang aja, materinya nggak sesulit kelihatannya kok. Kita akan kupas tuntas mulai dari konsep dasarnya sampai ke contoh-contoh soal yang sering keluar, lengkap dengan pembahasannya. Jadi, pastikan kalian simak artikel ini sampai habis ya!

Memahami Konsep Dasar Hukum Archimedes

Nah, sebelum kita terjun ke soal-soal, penting banget buat kita paham dulu apa sih sebenarnya Hukum Archimedes itu. Jadi gini, guys, Hukum Archimedes itu adalah prinsip fisika yang menjelaskan mengapa benda bisa terapung, melayang, atau tenggelam saat dimasukkan ke dalam fluida (cairan atau gas). Intinya, ketika sebuah benda dicelupkan ke dalam fluida, benda tersebut akan mengalami gaya angkat ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Keren, kan? Jadi, bukan cuma karena berat bendanya aja yang bikin dia tenggelam atau terapung, tapi juga ada pengaruh dari fluida di sekitarnya. Konsep ini pertama kali dicetuskan oleh seorang ilmuwan Yunani kuno yang namanya Archimedes. Makanya, dinamain Hukum Archimedes.

Rumus Gaya Archimedes itu sendiri adalah:

$F_A = \rho_f \cdot g \cdot V_b$

Di mana:

$F_A$ adalah Gaya Archimedes (dalam Newton, N)
$\rho_f$ adalah massa jenis fluida (dalam kg/m³)
$g$ adalah percepatan gravitasi (sekitar 9.8 m/s² atau dibulatkan 10 m/s²)
$V_b$ adalah volume benda yang tercelup dalam fluida (dalam m³)

Nah, dari rumus ini, kita bisa lihat ada tiga faktor utama yang memengaruhi besarnya gaya angkat ke atas. Pertama, massa jenis fluida. Semakin kental atau padat cairannya, semakin besar gaya angkatnya. Coba deh kalian bandingin berenang di air laut yang asin (lebih padat) sama di air tawar. Pasti lebih gampang ngapung di air laut, kan? Itu karena massa jenis air laut lebih besar.

Kedua, percepatan gravitasi. Ini udah ketetapan dari alam semesta, jadi biasanya nilainya konstan di suatu tempat. Tapi, kalau kalian pergi ke bulan yang gravitasinya lebih kecil, benda akan terasa lebih ringan dan lebih gampang ngapung.

Ketiga, volume benda yang tercelup. Semakin banyak bagian benda yang terendam fluida, semakin besar pula gaya angkat yang dialaminya. Ini penting banget buat ngertiin kenapa kapal besar yang terbuat dari besi bisa terapung di laut. Padahal, besi itu kan lebih padat dari air. Jawabannya ada di bentuk kapal yang cekung, sehingga volume air yang dipindahkannya sangat besar, menghasilkan gaya angkat yang cukup untuk menahan berat kapal.

Prinsip Terapung, Melayang, dan Tenggelam

Dari Hukum Archimedes ini, kita bisa tarik kesimpulan tentang kondisi benda:

Terapung: Jika gaya angkat ( $F_A$ ) lebih besar dari berat benda ( $w$ ), maka benda akan terapung. Ini terjadi jika massa jenis benda ( $\rho_b$ ) lebih kecil dari massa jenis fluida ( $\rho_f$ ).
- $F_A > w$
- $\rho_b < \rho_f$
Melayang: Jika gaya angkat ( $F_A$ ) sama dengan berat benda ( $w$ ), maka benda akan melayang di dalam fluida (tidak naik ke permukaan dan tidak tenggelam ke dasar). Ini terjadi jika massa jenis benda ( $\rho_b$ ) sama dengan massa jenis fluida ( $\rho_f$ ).
- $F_A = w$
- $\rho_b = \rho_f$
Tenggelam: Jika gaya angkat ( $F_A$ ) lebih kecil dari berat benda ( $w$ ), maka benda akan tenggelam. Ini terjadi jika massa jenis benda ( $\rho_b$ ) lebih besar dari massa jenis fluida ( $\rho_f$ ).
- $F_A < w$
- $\rho_b > \rho_f$

Jadi, intinya, yang menentukan benda terapung atau tenggelam adalah perbandingan antara massa jenis benda dengan massa jenis fluida, dan juga seberapa banyak volume benda yang tercelup dalam fluida tersebut. Paham ya sampai sini, guys? Kalau udah paham konsep dasarnya, baru deh kita siap buat ngerjain soal-soal!

Contoh Soal Hukum Archimedes SMP Kelas 8 dan Pembahasannya

Oke, guys, sekarang saatnya kita beraksi! Kita bakal bahas beberapa contoh soal Hukum Archimedes yang sering banget muncul di ujian. Yuk, siapkan catatan kalian!

Soal 1: Menghitung Gaya Angkat

Soal: Sebuah balok kayu dengan volume $0.005 m³$ dicelupkan ke dalam air yang memiliki massa jenis $1000 kg/m³$ . Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah $10 m/s²$ , berapakah gaya angkat yang dialami balok kayu tersebut?

Pembahasan:

Nah, untuk soal ini, yang ditanya adalah gaya angkat. Kita udah punya rumusnya, yaitu $F_A = \rho_f \cdot g \cdot V_b$ . Kita tinggal masukin angka-angka yang udah dikasih tahu di soal. Tapi, sebelum itu, kita identifikasi dulu apa aja yang udah diketahui:

Volume benda yang tercelup ( $V_b$ ): $0.005 m³$ (Karena baloknya dicelupkan, kita asumsikan seluruh volumenya tercelup)
Massa jenis fluida (air, $\rho_f$ ): $1000 kg/m³$
Percepatan gravitasi ( $g$ ): $10 m/s²$

Sekarang, kita masukkan ke dalam rumus:

$F_A = \rho_f \cdot g \cdot V_b$ $F_A = 1000 \text{ kg/m}³ \cdot 10 \text{ m/s}² \cdot 0.005 m³$ $F_A = 10000 \cdot 0.005 \text{ N}$ $F_A = 50 \text{ N}$

Jadi, gaya angkat yang dialami balok kayu tersebut adalah 50 Newton. Mudah kan? Kuncinya adalah teliti dalam membaca soal dan mengidentifikasi apa yang diketahui serta apa yang ditanya, terus jangan lupa pakai rumus yang tepat.

Soal 2: Menentukan Kondisi Benda (Terapung/Melayang/Tenggelam)

Soal: Sebuah benda memiliki massa $2 kg$ dan volume $0.0025 m³$ . Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam minyak tanah dengan massa jenis $800 kg/m³$ dan percepatan gravitasi $10 m/s²$ , apakah benda tersebut akan terapung, melayang, atau tenggelam? Jelaskan alasannya!

Pembahasan:

Untuk soal yang satu ini, kita perlu menentukan kondisi benda. Ingat kan prinsipnya? Kita perlu membandingkan antara gaya angkat ( $F_A$ ) dan berat benda ( $w$ ), atau membandingkan massa jenis benda ( $\rho_b$ ) dengan massa jenis fluida ( $\rho_f$ ). Kita bisa pakai salah satu cara, atau bahkan keduanya untuk memastikan. Yuk, kita coba pakai kedua cara.

Cara 1: Membandingkan Gaya Angkat dan Berat Benda

Pertama, kita hitung berat benda ( $w$ ). Berat benda dihitung dengan rumus $w = m \cdot g$ .

Massa benda ( $m$ ): $2 kg$
Percepatan gravitasi ( $g$ ): $10 m/s²$

$w = m \cdot g$ $w = 2 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}²$ $w = 20 \text{ N}$

Selanjutnya, kita hitung gaya angkat ( $F_A$ ) yang dialami benda saat tercelup dalam minyak tanah. Di sini, kita perlu hati-hati. Soal bilang benda dimasukkan ke dalam minyak tanah. Apakah seluruh volume benda tercelup? Kita belum tahu pasti, tapi untuk menghitung gaya angkat maksimal yang bisa diberikan fluida, kita gunakan seluruh volume benda jika diasumsikan seluruhnya tercelup.

Massa jenis fluida (minyak tanah, $\rho_f$ ): $800 kg/m³$
Percepatan gravitasi ( $g$ ): $10 m/s²$
Volume benda yang tercelup ( $V_b$ ): $0.0025 m³$ (Kita asumsikan seluruhnya tercelup untuk menghitung gaya angkat maksimal)

$F_A = \rho_f \cdot g \cdot V_b$ $F_A = 800 \text{ kg/m}³ \cdot 10 \text{ m/s}² \cdot 0.0025 m³$ $F_A = 8000 \cdot 0.0025 \text{ N}$ $F_A = 20 \text{ N}$

Sekarang, kita bandingkan $F_A$ dan $w$ :

$F_A = 20 N$
$w = 20 N$

Karena $F_A = w$ , maka benda akan melayang.

Cara 2: Membandingkan Massa Jenis Benda dan Fluida

Cara ini biasanya lebih cepat kalau kita sudah tahu massa dan volume benda.

Pertama, hitung massa jenis benda ( $\rho_b$ ):

Massa benda ( $m$ ): $2 kg$
Volume benda ( $V_b$ ): $0.0025 m³$

$\rho_b = \frac{m}{V_b}$ $\rho_b = \frac{2 \text{ kg}}{0.0025 m³}$ $\rho_b = 800 \text{ kg/m}³$

Sekarang, bandingkan massa jenis benda ( $\rho_b$ ) dengan massa jenis fluida (minyak tanah, $\rho_f$ ):

$\rho_b = 800 kg/m³$
$\rho_f = 800 kg/m³$

Karena $\rho_b = \rho_f$ , maka benda akan melayang.

Kesimpulan: Benda tersebut akan melayang di dalam minyak tanah karena gaya angkat yang diterimanya sama dengan berat benda, atau massa jenis benda sama dengan massa jenis minyak tanah. Keduanya memberikan hasil yang sama, jadi kalian bisa pilih cara mana yang menurut kalian lebih mudah, guys!

Soal 3: Menghitung Massa Jenis Fluida

Soal: Sebuah benda homogen berbentuk kubus dengan panjang rusuk $10 cm$ dicelupkan seluruhnya ke dalam sebuah cairan. Massa benda tersebut adalah $1.5 kg$ . Jika saat tercelup seluruhnya, benda tersebut dalam keadaan melayang dan percepatan gravitasi $10 m/s²$ , berapakah massa jenis cairan tersebut?

Pembahasan:

Di soal ini, yang ditanya adalah massa jenis cairan (fluida). Kita tahu kalau benda dalam keadaan melayang, berarti gaya angkat ( $F_A$ ) sama dengan berat benda ( $w$ ), dan juga massa jenis benda ( $\rho_b$ ) sama dengan massa jenis fluida ( $\rho_f$ ). Nah, kita bisa pakai kondisi melayang ini untuk mencari massa jenis cairan.

Pertama, kita hitung dulu volume benda. Ingat, ini kubus dengan panjang rusuk $10 cm$ . Kita perlu ubah ke meter dulu ya, guys.

Panjang rusuk ( $s$ ): $10 cm = 0.1 m$
Volume benda ( $V_b$ ) = $s³$ $V_b = (0.1 m)³$ $V_b = 0.001 m³$

Selanjutnya, kita hitung berat benda ( $w$ ).

Massa benda ( $m$ ): $1.5 kg$
Percepatan gravitasi ( $g$ ): $10 m/s²$

$w = m \cdot g$ $w = 1.5 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}²$ $w = 15 \text{ N}$

Karena benda melayang, maka $F_A = w$ . Jadi, gaya angkatnya juga $15 N$ .

Sekarang kita bisa pakai rumus Gaya Archimedes untuk mencari massa jenis fluida ( $\rho_f$ ). Ingat, untuk kasus melayang, volume benda yang tercelup ( $V_b$ ) sama dengan volume fluida yang dipindahkan.

$F_A = \rho_f \cdot g \cdot V_b$ $15 \text{ N} = \rho_f \cdot 10 \text{ m/s}² \cdot 0.001 m³$ $15 = \rho_f \cdot 0.01$

Untuk mencari $\rho_f$ , kita pindahkan $0.01$ ke sisi kiri:

$\rho_f = \frac{15}{0.01}$ $\rho_f = 1500 \text{ kg/m}³$

Jadi, massa jenis cairan tersebut adalah 1500 kg/m³. Gimana? Nggak sesulit yang dibayangkan kan? Kuncinya adalah paham kondisi melayang itu artinya apa.

Soal 4: Menghitung Massa Benda Agar Terapung

Soal: Sebuah benda berbentuk bola pejal memiliki massa jenis $400 kg/m³$ dan volume $0.05 m³$ . Agar benda tersebut dapat terapung di dalam air (massa jenis air $1000 kg/m³$ , $g = 10 m/s²$ ), berapakah massa maksimum benda tersebut?

Pembahasan:

Soal ini sedikit berbeda, guys. Kita diminta mencari massa maksimum benda agar bisa terapung. Ingat, kondisi terapung itu adalah ketika gaya angkat ( $F_A$ ) lebih besar atau sama dengan berat benda ( $w$ ). Agar massa benda itu maksimum tapi masih bisa terapung, kita ambil kondisi batasnya, yaitu $F_A = w$ . Tapi, ada satu hal penting yang perlu diingat: saat benda terapung, tidak seluruh volumenya tercelup dalam fluida. Yang menentukan gaya angkat adalah volume bagian benda yang tercelup.

Untuk soal ini, kita bisa balik pikirnya. Kita ingin mencari berat benda maksimum yang bisa ditahan oleh gaya angkat air. Gaya angkat maksimum terjadi ketika seluruh volume benda tercelup dalam air. Mari kita hitung gaya angkat maksimumnya terlebih dahulu.

Massa jenis fluida (air, $\rho_f$ ): $1000 kg/m³$
Percepatan gravitasi ( $g$ ): $10 m/s²$
Volume benda yang tercelup ( $V_b$ ): $0.05 m³$ (Asumsikan seluruhnya tercelup untuk gaya angkat maksimal)

$F_{A_{maks}} = \rho_f \cdot g \cdot V_b$ $F_{A_{maks}} = 1000 \text{ kg/m}³ \cdot 10 \text{ m/s}² \cdot 0.05 m³$ $F_{A_{maks}} = 10000 \cdot 0.05 \text{ N}$ $F_{A_{maks}} = 500 \text{ N}$

Agar benda bisa terapung, gaya angkat harus lebih besar atau sama dengan berat benda. Jadi, berat maksimum benda agar masih bisa terapung adalah saat beratnya sama dengan gaya angkat maksimum ini, yaitu $w_{maks} = F_{A_{maks}} = 500 N$ .

Sekarang kita bisa cari massa maksimum benda tersebut menggunakan rumus berat: $w = m \cdot g$ .

$w_{maks} = m_{maks} \cdot g$ $500 \text{ N} = m_{maks} \cdot 10 \text{ m/s}²$

$m_{maks} = \frac{500 \text{ N}}{10 \text{ m/s}²}$ $m_{maks} = 50 \text{ kg}$

Jadi, massa maksimum benda agar dapat terapung di dalam air adalah 50 kg. Tapi, tunggu dulu! Coba kita cek massa jenis benda yang sebenarnya. Massa jenis benda adalah $400 kg/m³$ dan volumenya $0.05 m³$ . Berat sebenarnya benda ini adalah $m \cdot g = (\rho_b \cdot V_b) \cdot g = (400 \cdot 0.05) \cdot 10 = 20 \cdot 10 = 200 N$ . Karena berat sebenarnya (200 N) lebih kecil dari gaya angkat maksimum (500 N), benda ini pasti akan terapung.

Pertanyaannya adalah