2.1 Gaya ke Atas (Lifting) Zat Cair

“Hukum Archimedes, menurut Archimedes, 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.”

Gaya ke atas (Lifting)  Zat Cair, Suatu benda yang dicelupkan dalam zat cair mendapat gaya ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya (beratnya menjadi berat semu). Gaya ke atas

gaya apung (buoyancy), yaitu suatu gaya ke atas yang dikerjakan oleh zat cair pada benda. Munculnya gaya apung adalahkonsekuensi dari tekanan zat cair yang meningkat dengan kedalaman. Dengandemikian berlaku :

Fa= Wu –  Wf 

 Dengan,Fa= Gaya ke Atas

Wu = Berat Benda di Udara

Wf = Berat Benda Dalam Zat Cair

Gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostatisnya. Ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada tekanan pada bagian atasnya. 

Besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida, volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi bumi. Anda telah mengetahui bahwa suatu benda yang berada di dalam fluida dapat terapung, melayang, atau tenggelam, berikut uraiannya.

a. Terapung

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida ρ_benda < ρ_air. Massa jenis benda yang terapung dalam fluida memenuhi persamaan berikut.

Gaya angkat ke atas lebih besar dari gaya berat benda. Hanya sebagian kecil bagian benda yang masuk ke dalam air.

b. Melayang

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis fluidaρ_benda = ρ_air

Benda melayang jika seluruh benda tercelup ke air tetapi tidak menyentuh dasar. Gayang tekan ke atas sama dengan gaya berat benda.

c. Tenggelam

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida ρ_benda > ρ_air. Jika benda yang dapat tenggelam dalam fluida ditimbang di dalam fluida tersebut,

Benda tenggelam karena gaya berat benda lebih besar dari gaya tekan ke atas. Gaya angkat sudah tidak kuat lagi menahan gaya berat sehingga benda jatuh ke dasar fluida

BAB III

PENERAPAN GAYA KE ATAS (LIFTING) ZAT CAIR PADA DUNIA PERKAPALAN

( METODE )

1.3       Penerapan Gaya ke Atas (Lifting) Zat Cair pada proses pengapungan kapal.

Metode penelitian proses pengapungan kapal ini menggunakan :

a.      Fluida

Hidraulik dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair

Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah

1. Dalam sebuah ruang tertutup, tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,

2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A)

b.      Kapal Laut

adalah hidraulik terdiri dair dua tabung yang berdiameter kecil dan besar. Jika kita memberikan gaya pada tabung berdiameter kecil,tekanan akan disebakan secara merata pada tabung besar tempat menempelnya ramdoor. Jika gaya F₁diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar untuk mengangkat sebuah beban dari pintu ramdoor yang sangat berat .

c.       Pendekatan Hukum Archimedes

   Jika kita membandingkan berat benda di udara wu dengan berat benda di air (wu ) ternyata berat benda di udara lebih besar dari pada di air (wu > wa ). Hal ini disebabkan berat orang di air mengalami gaya ke atas (Fa ) dari air tersebut. secara matematis ditulis   ketika benda tercelup seluruhnya tekanan hidrostatis dialami permukaan bagian atas dengan luas area A, sebesar P1 dan bagian bawah sebesar P2. Dengan demikian gaya ke atas dapat kita tentukan sebgai berikut:

Keterangan :

 Fa= gaya ke  atas (N) ; r = massa jenis fluida (kg/m³);  g = percepatan gravitasi (m/s²); V_t = Volume benda yang tercelup/volum fluida yang dipindahkan.

Dengan demikian sebuah benda yang tercelup seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapat gaya ke atas oleh sebuah gaya sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan.  Pernyataan ini disebut dengan Hukum Archimedes.

suatu benda akan tenggelam tinggal dilihat dari kerapatan benda/massa jenis bendanya dibandingkan dengan massa jenis fluida.  Begitu juga kapal yang begitu besar massanya dapat terapung, karena dengan rumus r=m/V, dengan memperbesar volume kapal kita harapkan massa jenis kapalnya menjadi lebih kecil dari massa jenis air laut. Dengan ilmu ini juga manusia telah mampu menciptakan kapal terapung juga kapal selam.

jika sebuah kapal selam agar dapat menyelam, maka tangki pemberat diisi dengan air laut, agar massa jenis kapal bertambahlebih besar dari pada massa jenis air laut. Sehingga kapal selam dapat menyelam di ke dalam air laut. Jika kapal selam akan mengapung, air laut yang berada dalam tangki pemberat dikeluarkan, agar massa jenis kapal berkurang menjadi lebih kecil dari pada massa jenis air laut. Sehingga kapal akan mengapung di permukaan air laut.

BAB IV

HASIL DAN BAHASAN

4.1 HASIL & PEMBAHASAN

Mengapa kapal yang terbuat dari baja dapat terapung di laut? Dalam hal ini pengapungan kapal terjadi karena adanya penerapan gaya ke atas (lifting) zat cair dimana “Suatu benda yang dicelupkan dalam zat cair mendapat gaya ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya (beratnya menjadi berat semu)“ .

Peristiwa ini berhubungan dengan gaya apung yang dihasilkan oleh kapal baja tersebut. Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan. Volume air yang di pindahkan oleh kapal ditandai dengan tenggelamnya kapal hingga batas garis yang ditunjukkan oleh tanda panah. Hal ini disebabkan oleh  besarnya gaya angkat yang dihasilkan kapal sebanding dengan volume fluida yang dipindahkannya. Apabila gaya ke atas yang dihasilkan sama besar dengan berat kapal maka kapal akan terapung. Oleh karena itu, kapal didesain cukup lebar agar dapat memindahkan volume fluida yang sama besar dengan berat kapal itu sendiri.

 

Badan kapal yang terbuat dari baja berongga, ini menyebabkan volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya ke atas sebanding dengan volume air yang dipindahkan, sehingga gaya ke atas menjadi sangat besar . Gaya ke atas ini mampu mengatasi berat total sehingga kapal laut mengapung di permukaan laut.