Hukum Archimedes (Prinsip Archimedes)

Benda-benda yang dicelupkan di dalam suatu fluida akan tampak memiliki berat lebih ringan daripada beratnyasaat berada di luar fluida. Sebagai contoh, sebongkah besar batu yang sulit Anda angkat saat berada di permukaan tanah seringkali dapat diangkat dengan jauh lebih mudah dari dasar sungai (yaitu ketika baru dalam air). Ketika batu tersebut terangkat keluar dari air, benda tersebut akan mendadak terasa jauh lebih berat. Banyak benda semisal kayu, yang dapat mengapung  di permukaan air. Dua kejadian ini merupakan contoh kasus bekerjanya gaya apung (buoyant force). Dalam masing-masing kasus tersebut, gaya gravitasi bekerja (menarik benda) ke arah bawah (pusat bumi). Namun, selain itu, gaya apung dikerahkan ke arah atas oleh cairan. Gaya apung pada ikan dan penyelam yang berada di dalam air hampir sepenuhnya mengimbangi gaya gravitasi yang bekerja ke arah bawah, sehingga memungkinkan ikan dan penyelam mengambang di dalam air.

Gambar 1: (a) Menentukkan gaya apung (gaya Archimedes) dan (b) Hukum Archimedes berlaku untuk semua bentuk benda

Gaya apung timbul karena tekanan di dalam fluida bertambah besar seiring  dengan pertambahan kedalaman fluida. Sehingga, tekanan ke atas yang dikenakan pada bidang dasar benda yang masuk ke dalam air akan lebih besar dari tekanan yang bekerja pada bidang atas benda itu. Untuk memahami efek ini, perhatikan sebuah balok dengan tinggi h yang bidang tutup dan alasnya  memiliki luas A dan silinder ini seluruhnya tercelup di dalam suatu fluida dengan massa jenis ρ, seperti pada gambar 1. Fluida tersebut memberikan tekanan P1 = ρgh1 pada bidang tutup balok, maka gaya yang ditimbulkan oleh tekanan pada bidang tutup silinder ini adalah F1 = P1A = ρgh1A, dan arahnya ke bawah. Demikian pula, fluida memberikan gaya ke atas pada bidang alas balok sebesar F2 = P2A = ρgh2A.

Gaya total yang bekerja pada balok akibat tekanan fluida disebut gaya apung, FA, yang mengarah ke atas dan memiliki besar

FA = F2 – F1 = ρgA(h2 – h1)

     = ρgAh

     = ρgV

     = mfg

di mana V = Ah adalah volume balok, hasil kali Ρv adalah massa fluida yang dipindahkan, dan ρV = mfg adalah berat fluida yang mengisi volume yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh silinder. Hasil ini berlaku terlepasdari apapun bentuk benda yang dicelupkan ke dalam cairan. Fakta hukum alas ini pertama kali ditemukan oleh Archimedes (287? – 121 S.M) dan karenanya disebut Hukum Arcimedes.

“gaya apung pada benda yang dicelupkan ke dalam fluida adalah sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu”.

Penemuan Archimedes dilakukan melalui eksperimen. Kita hanya membuktikan hukum ini dengan hukum-hukum Newton.