Fluida dan Hukum Newton
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| buoyant force/ˈbɔɪənt fɔːs/ | gaya apung |
Kapal baja terapung, tetapi paku baja tenggelam
- Lemparkan paku baja ke dalam air dan ia langsung tenggelam. Namun kapal yang terbuat dari ribuan ton baja terapung.
- Kapal menang dengan mendorong sebagian besar volume air—cukup untuk menopang beratnya.
- Dorongan ke atas dari fluida adalah gaya apungan.
- Mengikuti aturan sederhana yang indah yang ditemukan oleh Archimedes.
Prinsip Archimedes
- Gaya apungan sama dengan berat fluida yang dipindahkan: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$.
- Bersumber dari tekanan yang lebih besar di bagian bawah benda daripada di bagian atas.
- $V$ adalah volume terendam, dan $\rho_{\text{fluid}}$ adalah densitas fluida.
- Dorong lebih banyak fluida, atau fluida yang lebih padat, dan Anda mendapatkan gaya ke atas yang lebih besar.
Balok bervolume $0.002\ \text{m}^3$ dicelupkan ke dalam air ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). Berapakah gaya apungnya, dalam $\text{N}$?
$F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung sama dengan:
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ — berat fluida yang didorong oleh benda tersebut.
Apung atau tenggelam? Bandingkan gayanya
- Bandingkan gaya apungan (ke atas) dengan berat benda (ke bawah)—keseimbangan hukum Newton.
- Jika apungan dapat sama dengan berat, benda terapung; jika tidak, benda tenggelam.
- Setara, bandingkan densitas: kurang padat dari fluida ⇒ terapung; lebih padat ⇒ tenggelam.
- Kapal terapung karena densitas keseluruhannya (rata-rata), lambung plus udara, rendah.
Apakah akan terapung?
Bandingkan densitas benda dengan densitas fluida dan lihat bagaimana daya apung menentukan terapung atau tenggelam.
Sebuah benda terapung dalam fluida ketika benda tersebut:
Kurang padat daripada fluida ⇒ daya apung dapat menopang beratnya ⇒ ia terapung.
Kapal baja terapung karena densitas rata-rata keseluruhannya (baja ditambah udara) lebih kecil daripada air.
Lapisan lambung yang berongga menjebak udara, menurunkan densitas rata-rata kapal di bawah air.
Pilih semua hal yang meningkatkan gaya apung pada benda yang sepenuhnya tercelup.
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ meningkat seiring volume, densitas fluida, dan $g$. Warna tidak relevan.
Mengapa terasa lebih ringan di bawah air
- Angkat batu di bawah air dan terasa lebih ringan—gaya apungan membantu Anda.
- Berat semu-nya adalah berat asli dikurangi gaya apungan.
- Terendam sepenuhnya, benda yang lebih padat daripada air tetap tenggelam, namun dengan berat semu yang berkurang.
- Apung adalah penerapan hukum Newton pada tekanan fluida di sekitarnya.
Berat semu benda yang tercelup adalah berat aslinya dikurangi gaya ____.
Berat semu $=$ berat asli $-$ gaya apung, sehingga benda terasa lebih ringan di bawah air.
Apung bergantung pada volume fluida yang dipindahkan dan kepadatan fluida — bukan pada kepadatan atau berat benda itu sendiri secara langsung. Mengapung vs tenggelam ditentukan dengan membandingkan gaya apung terhadap berat (atau kepadatan benda terhadap fluida).
Sebuah balok dengan volume $0.002\ \text{m}^3$ terendam sepenuhnya dalam air ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).
- $F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
Jika balok memiliki berat lebih besar dari $20\ \text{N}$, ia akan tenggelam; jika lebih kecil, ia akan naik dan mengapung.
Gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ (prinsip Archimedes). Benda mengapung jika hal ini dapat menyeimbangkan beratnya — setara dengan jika benda tersebut lebih ringan daripada fluida — dan tenggelam jika tidak. Benda di bawah air memiliki berat semu yang berkurang.