Cara Menghitung Daya Apung: 12 Langkah (dengan Gambar)

Daftar Isi:

Cara Menghitung Daya Apung: 12 Langkah (dengan Gambar)
Cara Menghitung Daya Apung: 12 Langkah (dengan Gambar)

Video: Cara Menghitung Daya Apung: 12 Langkah (dengan Gambar)

Video: Cara Menghitung Daya Apung: 12 Langkah (dengan Gambar)
Video: Cara menentukan volume bangun ruang (Lengkap) 2024, Maret
Anonim

Gaya apung adalah gaya yang bekerja dalam arah yang berlawanan dengan arah gravitasi yang mempengaruhi semua benda yang terendam dalam fluida. Ketika sebuah benda ditempatkan dalam fluida, beratnya mendorong fluida (cair atau gas), sedangkan gaya apung mendorong benda ke atas, bertindak melawan gravitasi. Secara umum, gaya ini dapat dihitung dengan persamaan FB = VS × D × g, dimana FB adalah gaya apung, VS adalah volume yang terendam, D adalah massa jenis fluida tempat benda terendam, dan g adalah gaya gravitasi. Untuk mempelajari cara menentukan daya apung objek, lihat langkah 1 untuk memulai.

Langkah

Metode 1 dari 2: Menggunakan persamaan gaya apung

Hitung Apung Langkah 1
Hitung Apung Langkah 1

Langkah 1. Temukan volume bagian benda yang terendam

Gaya apung yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan volume benda yang terendam. Dengan kata lain, semakin padat benda, semakin besar gaya apung yang bekerja padanya. Ini berarti bahwa bahkan benda yang tenggelam dalam cairan memiliki gaya yang mendorongnya ke atas. Untuk mulai menghitung intensitas ini, langkah pertama adalah menentukan volume benda yang terendam. Untuk persamaan, nilai ini harus dalam meter3.

  • Untuk benda yang terendam seluruhnya dalam fluida, volume yang terendam sama dengan benda. Untuk mereka yang mengambang di permukaan cairan, hanya volume di bawah permukaan yang dipertimbangkan.
  • Sebagai contoh, katakanlah kita ingin mencari gaya apung yang bekerja pada bola karet yang mengapung di air. Jika bola adalah bola sempurna, berdiameter satu meter, dan setengah mengambang di air, kita dapat menemukan volume bagian yang terendam dengan menemukan volume total bola dan membaginya dengan dua. Karena volume bola diberikan oleh (4/3)π(jari-jari)3, diketahui bahwa kita akan mendapatkan hasil (4/3)π(0, 5)3 = 0,524 meter3. 0, 524/2 = 0,262 meter3 terendam.
Hitung Apung Langkah 2
Hitung Apung Langkah 2

Langkah 2. Temukan kerapatan cairan Anda

Langkah selanjutnya dalam proses mencari gaya apung adalah menentukan massa jenis (dalam kilogram/meter3) dimana benda tersebut terendam. Massa jenis adalah ukuran berat relatif suatu benda atau zat menurut volumenya. Diberikan dua benda dengan volume yang sama, benda yang memiliki massa jenis lebih besar akan lebih berat. Sebagai aturan, semakin besar densitas fluida, semakin besar gaya apung yang diberikannya. Dengan cairan, umumnya lebih mudah untuk menentukan kepadatan dengan melihat bahan referensi.

  • Dalam contoh kita, bola mengambang di atas air. Berkonsultasi dengan kekuatan akademis, kita dapat menemukan bahwa kerapatan air adalah sekitar 1000 kilo/meter3.
  • Kepadatan cairan umum lainnya tercantum dalam sumber teknik. Daftar ini dapat ditemukan di sini.
Hitung Apung Langkah 3
Hitung Apung Langkah 3

Langkah 3. Temukan gaya gravitasi (atau gaya ke bawah lainnya)

Apakah benda itu mengambang atau tenggelam sepenuhnya, benda itu selalu tunduk pada gaya gravitasi. Di dunia nyata, gaya konstan ini sama dengan 9, 81 Newton/kilo. Namun, dalam situasi di mana gaya lain, seperti centrifuge, bekerja pada fluida dan benda yang terendam, itu juga harus dipertimbangkan untuk menentukan gaya total ke bawah.

  • Dalam contoh kita, jika kita berurusan dengan sistem biasa dan stasioner, kita dapat mengasumsikan bahwa satu-satunya gaya yang bekerja ke bawah adalah gaya gravitasi yang disebutkan di atas.
  • Namun, bagaimana jika bola kita mengambang di seember air, berputar dengan kecepatan tinggi dalam lingkaran horizontal? Dalam hal ini, dengan asumsi bahwa ember berputar cukup cepat untuk memastikan bahwa air dan bola tidak jatuh, gaya ke bawah dalam situasi ini akan berasal dari gaya sentrifugal yang diciptakan oleh gerakan ember, bukan gravitasi bumi.
Hitung Apung Langkah 4
Hitung Apung Langkah 4

Langkah 4. Kalikan volume × kepadatan × gravitasi

Ketika Anda memiliki nilai untuk volume objek Anda (dalam meter 3), densitas cairan Anda (dalam kilogram/meter3) dan gaya gravitasi (atau gaya ke bawah dari sistem Anda), menemukan gaya apung itu mudah. Cukup kalikan ketiga besaran ini untuk menemukan gaya dalam newton.

Mari kita selesaikan contoh kita dengan mensubstitusi nilai kita ke dalam persamaan FB = VS × D × g. FB = 0,262 meter3 × 1000 kilo/meter3 × 9, 81 newton/kilo = 2570 Newton.

Hitung Apung Langkah 5
Hitung Apung Langkah 5

Langkah 5. Cari tahu apakah benda Anda mengapung dengan membandingkannya dengan gaya gravitasi

Dengan menggunakan persamaan gaya apung, mudah untuk menemukan gaya yang mendorong suatu benda keluar dari fluida tempat benda itu terendam. Namun, dengan sedikit usaha lagi, dimungkinkan juga untuk menentukan apakah benda tersebut akan mengapung atau tenggelam. Cukup temukan gaya apung untuk objek (dengan kata lain, gunakan seluruh volumenya sebagai VS), kemudian cari gaya gravitasi dengan persamaan G = (massa benda) (9,81 meter/sekon2). Jika gaya apung lebih besar dari gravitasi, benda akan mengapung. Tetapi jika gaya gravitasi lebih besar, ia akan tenggelam. Jika mereka sama, objek itu disebut "netral".

  • Sebagai contoh, katakanlah kita ingin mengetahui apakah sebuah tong kayu berbentuk silinder 20 kilogram dengan diameter 0,75 meter dan tinggi 1,25 meter akan mengapung di atas air. Ini membutuhkan beberapa langkah:

    • Kita dapat mencari volumenya dengan rumus V = (jari-jari)2(tinggi). V = (0, 375)2(1, 25) = 0, 55 meter3.
    • Setelah itu, dengan asumsi nilai default untuk gravitasi dan kerapatan air, kita dapat menentukan gaya apung pada laras. 0, 55 meter3 × 1000 kilo/meter3 × 9, 81 newton/kilo = 5395, 5 Newton.
    • Sekarang kita perlu menemukan gaya gravitasi pada laras. G = (20 kg) (9,81 meter/detik2) = 196, 2 Newton. Ini jauh lebih kecil daripada gaya apung, sehingga laras akan mengapung.
Hitung Apung Langkah 6
Hitung Apung Langkah 6

Langkah 6. Gunakan teknik yang sama ketika cairan Anda adalah gas

Saat memecahkan masalah tipe, jangan lupa bahwa cairan tidak harus berupa cairan. Gas juga dianggap cair dan, meskipun memiliki kerapatan yang lebih rendah dibandingkan dengan jenis materi lainnya, masih dapat menopang berat beberapa benda. Balon helium sederhana adalah buktinya. Karena gas balon kurang padat daripada cairan di sekitarnya, ia mengapung!

Metode 2 dari 2: Melakukan Percobaan Gaya Apung Sederhana

Hitung Apung Langkah 7
Hitung Apung Langkah 7

Langkah 1. Tempatkan cangkir atau mangkuk kecil ke dalam wadah yang lebih besar

Dengan beberapa barang dari rumah, mudah untuk melihat prinsip daya apung beraksi! Dalam percobaan sederhana ini, kita akan mendemonstrasikan bahwa sebuah benda yang tenggelam mengalami gaya dorong karena ia memindahkan volume fluida yang sama dengan volume benda yang terendam. Saat melakukan ini, kami juga mendemonstrasikan bagaimana menemukan gaya apung dari sebuah eksperimen. Untuk memulai, letakkan wadah kecil, seperti mangkuk atau cangkir, di dalam wadah yang lebih besar, seperti mangkuk atau ember yang lebih besar.

Hitung Apung Langkah 8
Hitung Apung Langkah 8

Langkah 2. Isi wadah dari dalam sampai penuh

Kemudian isi wadah yang lebih besar dengan air. Anda ingin ketinggian air naik ke tepi tanpa terbalik. Hati-hati! Jika air tumpah, kosongkan wadah yang lebih besar sebelum mencoba lagi.

  • Untuk percobaan ini, aman untuk mengasumsikan bahwa air memiliki massa jenis air memiliki nilai default 1000 kg/meter3. Kecuali Anda menggunakan air asin atau cairan lain, sebagian besar jenis air memiliki kerapatan yang mendekati nilai referensi.
  • Jika Anda memiliki penetes, akan sangat berguna untuk memeriksa ketinggian air di wadah bagian dalam.
Hitung Apung Langkah 9
Hitung Apung Langkah 9

Langkah 3. Rendam benda kecil

Sekarang temukan benda kecil yang muat di dalam wadah bagian dalam dan tidak akan rusak oleh air. Temukan massa benda ini dalam kilogram (gunakan skala untuk ini). Kemudian, tanpa membasahi jari-jari Anda, celupkan benda itu ke dalam air sampai mulai mengapung atau Anda tidak bisa lagi menahannya. Anda akan melihat air dari wadah dalam tumpah ke wadah luar.

Untuk tujuan contoh kita, katakanlah kita memasukkan mobil mainan bermassa 0,05 kg ke dalam wadah bagian dalam. Kita tidak perlu mengetahui volume mobil untuk menghitung gaya dorong, seperti yang akan kita lihat selanjutnya

Hitung Apung Langkah 10
Hitung Apung Langkah 10

Langkah 4. Kumpulkan dan ukur air yang tumpah

Saat Anda menenggelamkan sebuah benda ke dalam air, terjadi perpindahan air; jika tidak, tidak akan ada ruang baginya untuk masuk ke dalam air. Ketika mendorong cairan, air mendorong kembali, menyebabkan daya apung. Ambil air yang tumpah dan masukkan ke dalam gelas ukur. Volume air harus sama dengan volume yang terendam.

Dengan kata lain, jika benda Anda terapung, volume air yang Anda tumpahkan akan sama dengan volume benda yang terendam air. Jika bendamu tenggelam, volume air yang tumpah sama dengan volume seluruh benda

Hitung Apung Langkah 11
Hitung Apung Langkah 11

Langkah 5. Hitung berat air yang tumpah

Karena Anda mengetahui massa jenis air dan dapat mengukur volume yang tumpah, Anda dapat menemukan massanya. Cukup ubah volume menjadi meter3 (alat konversi online seperti ini dapat berguna) dan kalikan dengan massa jenis air (1000 kg/meter3).

Dalam contoh kita, misalkan gerobak kita tenggelam dan copot sekitar dua sendok makan (0, 00003 meter)3). Untuk mencari massa air, kita kalikan dengan kerapatannya:: 1000 kilo/meter3 × 0,0003 meter3 = 0,03 kilo.

Hitung Apung Langkah 12
Hitung Apung Langkah 12

Langkah 6. Bandingkan volume yang dipindahkan dengan massa benda

Sekarang setelah Anda mengetahui massa yang terendam dan massa yang dipindahkan, bandingkan keduanya untuk melihat mana yang lebih besar. Jika massa benda yang terendam di dalam bejana dalam lebih besar dari massa air yang dipindahkan, benda itu pasti tenggelam. Tetapi jika massa air yang dipindahkan lebih besar dari itu, benda tersebut pasti telah terapung. Ini adalah prinsip daya apung; agar suatu benda dapat mengapung, ia harus memindahkan massa air yang lebih besar dari benda tersebut.

  • Juga, benda dengan massa lebih kecil tetapi volume lebih besar adalah benda yang paling banyak mengapung. Properti ini berarti bahwa benda berongga mengapung. Pikirkan sebuah kano; mengapung karena berongga, sehingga dapat menggantikan banyak air tanpa perlu memiliki massa yang besar. Jika kano padat, mereka tidak akan mengapung dengan baik.
  • Dalam contoh kita, mobil memiliki massa 0,05 kilo, lebih besar dari air yang dipindahkan, 0,03 kilo. Ini menegaskan hasil kami: mobil tenggelam.

Direkomendasikan: