Daya Apung (Buoyancy)

Daya Apung (Buoyancy)

Daya apung (buoyancy) adalah daya tekan ke atas dari fluida/cairan terhadap suatu benda yg sebahagian atau seluruhnya dicelupkan di dalam fluida/ciran. Hal ini terjadi karena adanya reaksi dari fluida/cairan terhadap massa/berat benda yg tercelup ke dalam fluida. Daya apung sendiri merupakan kemampuan suatu benda yg berada pada fluida untuk mengapung dengan massanya. Daya ini diperngaruhi oleh perbandingan antara massa jenis benda dengan cairan. Massa jenis benda diperoleh dari total massa benda dibagi dengan total volumenya. Daya apung sama dengan berat air yang dipindahkan. Ukuran berat suatu benda hampir sama dengan berat air yang dipindahkan. Bila tidak sama persis, tentu agak sama.

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :

Fa = ρ v g

 

Keterangan :

Fa = gaya ke atas (N)

V = volume benda yang tercelup (m3)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (N/kg)


Sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.

Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)

lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

ρb X Vb X g > ρa X Va X g

ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)

sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtot

rc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..

Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w)

lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus

tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > W

rc . Vb . g > rb . Vb . g

rc $rb

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn = FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = W

rc . Vb2 . g = rb . Vb . g

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.

Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb = Vb1 + Vb 2

FA’ = rc . Vb2 . g


Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan


Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :

1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.

2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.

3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.




Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?

a. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

(miskonsepsi).

b. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah)

c. Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah)

d. Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.

(konsepsi ilmiah).

e. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).

f. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda

(miskonsepsi).