Mengapa kapal baja raksasa bisa mengapung di lautan, sementara sebuah paku kecil bisa langsung tenggelam? Jawabannya terletak pada sebuah prinsip fisika Hukum Archimedes. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes.Archimedes adalah ilmuwan yang lahir di 290-280 SM, Syracuse, Sisilia, Itali. Ia dikenal karena rumusannya tentang prinsip hidrostatik, yang dikenal sebagai Hukum Archimedes.Ia juga menemukan pesawat untuk menaikkan air yang hingga kini dipakai di negara berkembang. Archimedes berpendapat jika benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda.Baca juga: Ilmuwan Oxford Sukses Lakukan Teleportasi untuk Pertama Kalinya, Begini HasilnyaBaca juga: Sebuah Drum Besi Dapat Mengapung di Dalam Air Disebabkan Oleh? Ini Jawabannya!Mengenal Hukum ArchimedesDikutip dari buku Ensiklopedi Eksperimen Sains 1: Air karya Purwanto dkk, hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang seluruhnya atau sebagian berada dalam zat cair akan mengalami dorongan ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda itu. Volume fluida yang tergeser sebanding dengan volume bagian benda yang tercelup dalam zat cair.Berat zat cair yang dipindahkan ini juga setara dengan gaya ke atas yang bekerja pada benda. Gaya ini dikenal sebagai gaya apung.Pada benda yang mengapung, besar gaya apung sama dengan berat benda tersebut, namun arahnya berlawanan. Sehingga benda tetap berada dalam keadaan seimbang, tidak naik maupun tenggelam.Disadur dari buku Buku Pintar Fisika oleh Dr. Efrizon Umar, hukum Archimedes juga menjelaskan mengapa berat suatu benda tampak berkurang saat dicelupkan ke dalam cairan. Selisih antara berat benda di udara dan beratnya saat berada dalam cairan, mencerminkan besar gaya apung yang diterima benda tersebut.Hukum archimedes berbunyi, jika benda dicelupkan pada suatu zat cair, maka benda itu akan mendapatkan gaya tekan ke atas (disebut gaya Archimedes) yang besarnya sama dengan gaya berat yang dipindahkan.Sementara dikutip dari BRIN Indonesia, dijelaskan hukum archimedes menyebut setiap benda yang dicelupkan ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.Salah satu teori hukum archimedes yang paling terkenal adalah kapal yang bisa mengapung di permukaan laut. Di dalamnya memuat prinsip tentang daya apung dalam zat cair.Hukum ini menyatakan bahwa suatu benda yang sebagian atau seluruh bagiannya tercelup dalam cairan, akan mengalami gaya dorong ke atas yang bekerja pada benda tersebut.Secara umum, terdapat tiga kemungkinan yang bisa terjadi saat sebuah benda dimasukkan ke dalam air: tenggelam, melayang, atau terapung. Berdasarkan penjelasan dari IPA Terpadu SMP dan MTs karya Mirajuddin dan rekan-rekan, berikut adalah rincian ketiganya:1. Tenggelam (w > Fa)Jika sebuah benda, seperti batu, dilemparkan ke air dan langsung jatuh ke dasar, itu berarti berat benda (w) lebih besar daripada gaya apung (Fa) yang diberikan oleh air. Kondisi ini membuat benda tersebut tenggelam.2. Melayang (w = Fa)Sebuah benda akan melayang dalam air jika beratnya sama dengan besar gaya apung yang diterimanya. Dalam keadaan ini, benda tampak tidak tertarik ke atas maupun ke bawah karena kedua gaya yang bekerja saling menyeimbangkan.3. Terapung (w Inilah yang terjadi pada kapal. Benda dikatakan mengapung ketika beratnya lebih kecil dari gaya apung yang diberikan oleh air. Akibatnya, benda akan tetap berada di permukaan cairan.Rumus Hukum ArchimedesPerhitungan gaya apung (Fa) dipengaruhi oleh tiga faktor utama, yaitu:A. Massa Jenis Fluida (ρ)Gaya apung akan semakin besar jika massa jenis fluida tempat benda dicelupkan juga besar. Sebaliknya, jika massa jenis fluida rendah, maka gaya apung yang dihasilkan pun akan lebih kecil.B. Volume Benda (V)Semakin besar volume benda yang tercelup dalam fluida, maka semakin besar pula gaya apung yang bekerja padanya. Sebaliknya, jika volume benda lebih kecil, gaya apung yang dihasilkan juga akan lebih kecil.C. Percepatan Gravitasi (g)Gaya gravitasi juga berpengaruh dalam menentukan besar gaya apung. Makin besar percepatan gravitasi suatu tempat, maka semakin besar gaya apung yang terjadi. Sebaliknya, jika percepatan gravitasi lebih kecil, maka gaya apung yang muncul juga berkurang.Secara matematis, gaya ke atas atau gaya apung (Fa) satuan Newton (N) bisa dihitung dengan rumus:Fa = w - w₁Keterangan:Fa adalah gaya ke atas (Newton)w adalah berat benda di udara (Newton)w₁ adalah berat benda saat berada dalam zat cair (Newton).Selain itu, gaya apung juga bisa dihitung menggunakan rumus:Fa = ρ × g × VKeterangan:ρ adalah massa jenis zat cair (kg/m³)g adalah percepatan gravitasi (m/s²)V adalah volume zat cair yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup (m³).Mengapa Kapal Bisa Mengapung di Lautan?Dikutip dari penjelasan BRIN Indonesia, penjelasan fenomena tersebut terdapat dalam teori hukum archimedes serta konsep densitas atau kerapatan. Kamu bisa membayangkan terlebih dahulu saat sedang bermain bola di atas kolam renang.Saat kamu mendorong bola ke dalam air, maka akan terasa berat seperti ada tenaga yang mendorong ke atas. Dorongan ini adalah daya apung.Jika dorongan ini lebih besar dari berat bola, maka bola akan mengapung. Kapal tidak tenggelam dan dapat terapung di laut karena massa jenis kapal laut lebih kecil dari massa air. Disadur dari buku Apakah Ikan Tidak Pernah Tidur? karya Yuliana Kartikawati, yang menyebabkan massa jenis kapal laut lebih kecil dari massa air adalah karena kapal berbentuk cekungan dan mempunyai ruang-ruang luas, serta rongga berisi udara.Kapal didesain sedemikian rupa sehingga punya volume besar dengan banyak rongga-rongga udara sehingga densitas total lebih besar dari air. Jadi di dalam kapal punya banyak ruang kosong, sehingga lebih ringan dari volume air.Hal ini membuat volume kapal laut menjadi besar. Sehingga, kapal tidak tenggelam ketika berlayar di laut meski membawa beban yang berat. Kapal berpenumpang pun mampu berlayar di atas air, dengan didukung oleh daya apung.Laman Let's Talk Science juga menjelaskan hal senada, bahwa kapal bukanlah potongan baja yang padat. Tapi sebagian besarnya adalah kerangka baja yang dilubangi. Ada berbagai macam komponen dalam kapal, seperti mesin, bahan bakar, dan muatan di dalamnya. Namun yang terpenting adalah udara dalam kapal.Sedangkan kapal tenggelam disebabkan karena air masuk ke dalam kapal. Kondisi ini akan memaksa udara keluar dan membuat kepadatan rata-rata kapal lebih besar dari kepadatan air.Sementara, kapal selam dapat mengapung, melayang, dan tenggelam. Hal ini karena kapal selam mempunyai tangki pemberat yang bisa diisi air laut, kemudian dikosongkan.Apabila tangki pemberat diisi dengan air laut, berat kapal selam semakin besar dan melebihi gaya angkat air laut. Sehingga, kapal selam bergerak turun ke dasar laut.Apabila tangki pemberat diisi air sebagian, berat kapal selam menyamai gaya angkat air laut. Jadi, kapal selam akan melayang.Apabila tangki pemberat dikosongkan, berat kapal selam lebih kecil dari gaya angkat air laut. Sehingga, kapal selam bergerak ke atas dan muncul di atas permukaan laut.Contoh Penerapan Hukum ArchimedesHukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Selain pada kapal berlayar di lautan, berikut penerapan lainnya yang dijelaskan dalam buku Praktis Belajar Fisika karya Aip Saripudin:1. HidrometerHydrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hydrometer dilakukan dengan cara memasukkan hydrometer ke dalam zat cair tersebut.Angka yang ditunjukkan oleh hydrometer telah berkalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Jika diamati, gerak ke atas sama dengan berat hydrometer.2. Balon UdaraBalon udara bekerja dengan prinsip hukum Archimedes. Menurut hukum Archimedes, sebuah benda yang dikelilingi udara akan mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan volume udara yang dipindahkan oleh benda tersebut.3. Beban Saat BerenangBadan dapat terasa lebih ringan saat kita berjalan di air, terutama terasa saat kita mencoba untuk menggendong beban. Menurut Archimedes, semua benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan menerima gaya ke atas yang dinamakan gaya apung, seperti dikutip dari IPA Fisika Gasing SMP Kelas 2 oleh Prof Yohanes Surya. Itulah sebabnya saat berenang, kita juga merasa tubuh kita sendiri lebih ringan.4. Menginjak Batu di AirSaat berjalan di pantai dan kaki kita menginjak batu yang permukaannya kasar, biasanya terasa sakit. Namun, ketika kita menginjak batu yang sama di dalam air, rasa sakit itu cenderung berkurang. Apa penyebabnya?Hal ini terjadi karena saat kita menginjak batu, berat tubuh memberikan tekanan ke batu tersebut. Batu kemudian memberikan gaya balik (reaksi) ke kaki kita, yang menyebabkan rasa sakit akibat permukaannya yang tidak rata. Tapi ketika kita berada di dalam air, sebagian dari berat tubuh ditopang oleh gaya apung air.Akibatnya, tekanan yang kita berikan ke batu menjadi lebih ringan, dan gaya reaksi dari batu ke kaki pun ikut berkurang. Inilah alasan mengapa rasa sakitnya tidak sekuat saat di daratan.Nah, itulah tadi penjelasan tentang hukum archimedes dan contoh penerapannya. Sekarang kamu sudah paham, kan? Semoga membantu!Baca juga: 7 Ilmuwan Muslim yang Karyanya Mengubah Dunia, Ada Penemu Optik-Robot