HAI kemampuan mengapung adalah gaya yang bekerja pada benda yang sebagian atau seluruhnya terbenam cairan, seperti udara dan air. Gaya dorongnya adalahkebesaran vektor vectorsana, ukur dalam newton, yang selalu menunjuk ke samaarah dan di merasakanseberang dengan berat tubuh yang terendam. Menurut prinsip Archimedes, gaya apung pada suatu benda memiliki besar yang sama dengan Bobot dari cairan yang telah dipindahkan karena perendaman tubuh.
Lihatjuga: Teorema Pascal dan fungsi piston hidrolik
definisi gaya dorong
Gaya dorongnya adalah kekuatan yang muncul ketika beberapa benda menempati ruang di dalam cairan. Kekuatan seperti itu tergantung secara eksklusif pada volume cairan yang dipindahkan, sebaik densitas fluida dan gravitasi lokal. Berdasarkan informasi ini, mari kita lihat rumus yang digunakan untuk menghitung modulus gaya apung:
DAN – gaya dorong (N)
d – densitas fluida (kg/m³)
V – volume benda yang terbenam atau volume fluida yang dipindahkan (m³)
Sebelum kita melangkah lebih jauh dengan beberapa contoh gaya dorong, kami akan menjelaskan masing-masing dari
kehebatanterlibat dalam perhitungan gaya dorong. Jika Anda ingin masuk lebih dalam ke subjek, kami sarankan Anda memeriksa teks kami di Hidrostatika. Dalam artikel ini, Anda akan menemukan ringkasan dari segala sesuatu yang paling penting untuk bidang studi fisika ini.Lihatjuga: Semua yang perlu Anda ketahui tentang gelombang
dorong (E)
gaya dorongnya adalah vektor, oleh karena itu, untuk membuat perhitungan dengan besaran ini, kita perlu menerapkan aturan penjumlahan vektor. Selanjutnya, karena merupakan it kekuatan, penyelesaian latihan yang lebih kompleks mengharuskan, pada akhirnya, kami menerapkan hukum kedua Newton, yang menyatakan bahwa gaya total pada suatu benda sama dengan hasil kali massa dan percepatannya.
Gambar berikut mengilustrasikan kasus di mana sebuah benda dibenamkan seluruhnya dalam cairan, karena berat dan gaya apung bekerja. dalam arah yang sama (vertikal), tetapi dalam arah yang berlawanan, gaya yang dihasilkan dapat dihitung dengan perbedaan dua:
Dengan skema yang disajikan, adalah mungkin untuk melihat bagaimana keseimbangan mengambang, yaitu, adalah mungkin untuk mengetahui apakah suatu benda akan tenggelam atau tetap mengapung:
- Jika berat benda lebih besar dari gaya dorong yang diberikan oleh fluida, benda akan tenggelam;
- Jika berat benda sama dengan gaya dorong yang diberikan oleh fluida, benda akan tetap seimbang;
- Jika berat badan kurang dari gaya dorong yang diberikan, benda akan mengapung ke permukaan fluida.
Lihatjuga: Bagaimana Fisika Kuantum berkontribusi pada kemanusiaan?
Kepadatan cairan (d)
ITU massa jenis, atau massa spesifik fluida, mengacu pada jumlah materi per satuan volume fluida. Kepadatan adalah kebesaranmendaki, diukur dalam satuan kilogram per meter kubik (kg/m³), menurut Sistem Pengukuran Internasional (SI).
Periksa rumus yang digunakan untuk menghitung kepadatan tubuh di bawah ini:
Awalnya, densitas semua benda diukur sebagai fungsi densitas air murni, jadi densitas air pada kondisi tekanan dan suhu normal (1 atm dan 25 °C) didefinisikan dalam 1.000 kg/m³.
Meskipun kami menggunakan satuan SI untuk membuat perhitungan, itu umum untuk kerapatan fluida dinyatakan dalam satuan lain, jadi, pada gambar di bawah ini, kami menyajikan skema yang berhubungan di unit pengukuran kepadatan utama dan hubungan antara mereka dan unit standar:
Pada gambar yang diamati, kami menyajikan unit yang paling umum untuk densitas fluida, namun, Anda mungkin menemukan unit lain, dalam hal ini, Anda perlu tahu cara menggunakan awalan sistem satuan internasionalserta tampil konversi volume.
Lihatjuga:Apakah air dingin membantu Anda menurunkan berat badan?
Keparahan (g)
gravitasi adalah percepatan bahwa massa bumi bekerja pada semua benda yang ada di sekitar Anda. Di permukaan laut, gravitasi da Terra memiliki intensitas 9,81 m/s², namun, sebagian besar latihan menggunakan ukuran ini dibulatkan menjadi 10 m/s², ingatlah untuk menggunakan gravitasi seperti yang dipersyaratkan oleh pernyataan olahraga.
Volume cairan yang dipindahkan atau volume tubuh (V)
Besarnya volume yang terdapat pada rumus gaya dorong berhubungan dengan besarnya volume tubuh tertanam dalam cairan, atau untuk volume cairan yang dipindahkan. Volume tubuh yang dimaksud harus diukur dalam meter kubik (m³).
Prinsip Archimedes
Menurut spekulasi, Prinsip Archimedes dikembangkan ketika, suatu hari, matematikawan Yunani menyadari bahwa ketika dia masuk ke bak mandinya penuh dengan air, sejumlah besar cairan jatuh dari bak mandi - volume yang sama yang ditempati oleh Anda tubuh. Setelah pengamatan ini, Archimedes menyimpulkan bahwa massa dan, akibatnya, berat air yang jatuh dari bak mandi tidak sama dengan berat dan massanya dan perbedaan ini akan menjelaskan mengapa tubuh mengapung.
Kemudian dinyatakan bahwa:
“Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam fluida, gaya apung vertikal dan ke atas muncul pada benda tersebut. Gaya ini sama dengan berat fluida yang dipindahkan"
kasus fluktuasi
Dimungkinkan untuk membandingkan massa jenis cairan dan benda yang terendam untuk memprediksi apakah benda ini akan tenggelam, akan mengapung atau tetap di keseimbangan. Mari kita periksa situasi ini:
→ tubuh tenggelam: jika benda yang dicelupkan ke dalam fluida tenggelam, dapat disimpulkan bahwa densitas lebih besar dari densitas fluida, sama halnya, kita katakan bahwa beratnya lebih besar daripada gaya dorong yang diberikan oleh fluida.
→ Tubuh dalam keseimbangan: jika benda yang ditempatkan pada fluida tetap dalam kesetimbangan, yaitu, diam, kita dapat mengatakan bahwa densitas tubuh dan cairan adalah sama, serta berat dan daya dorongnya.
→ Tubuh mengambang: ketika sebuah benda mengapung, jika dilepaskan ke dalam cairan, gaya dorong yang diberikan padanya lebih besar dari beratnya, sehingga kita dapat mengatakan bahwa densitas benda ini lebih kecil dari densitas fluida dimana dia menemukan dirinya.
Lihat juga: Bisakah menggunakan ponsel setiap saat membahayakan kesehatan Anda? Cari tahu!
berat yang terlihat
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa beberapa benda terlihat lebih ringan daripada yang sebenarnya jika ditempatkan di dalam air. Ini karena, ketika dibenamkan, selain bobotnya, kami memiliki kemampuan mengapung akting. Perbedaan antara dua gaya ini dikenal sebagai berat semu.
Perhatikan bahwa jika berat dan gaya dorong memiliki besar yang sama, berat badan yang tampak akan nol, yaitu, dalam kondisi ini, seolah-olah benda tidak memiliki berat sama sekali dan oleh karena itu, akan menjadi berhenti tentang cairan.
Contoh gaya apung
Lihat beberapa contoh situasi di mana ada kinerja ekspresif dari gaya apung:
- Karena kurang padat daripada air cair, es cenderung mengapung;
- Uap air dan udara panas cenderung naik, karena ketika lebih panas, mereka mengambil lebih banyak ruang, membuat kepadatannya lebih kecil daripada udara dingin;
- Gelembung sampanye terdiri dari karbon dioksida, yang merupakan gas berkali-kali lebih padat daripada air, jadi ketika Anda membuka sebotol sampanye, gelembung-gelembung ini dikeluarkan dengan keras dari cairan;
- Balon pesta mengambang melakukannya karena daya apung udara atmosfer, karena diisi dengan gas yang kurang padat daripada gas atmosfer, seperti gas helium.
latihan yang diselesaikan
Pertanyaan 1-(Enem 2011) Dalam percobaan yang dilakukan untuk menentukan massa jenis air di danau, beberapa bahan digunakan sesuai dengan according diilustrasikan: sebuah dinamometer D dengan graduasi dari 0 N sampai 50 N dan sebuah kubus besar dan homogen dengan rusuk 10 cm dan massa 3 kg. Awalnya, kalibrasi dinamometer diperiksa, memverifikasi pembacaan 30 N ketika kubus dipasang ke dinamometer dan digantung di udara. Dengan merendam kubus di dalam air danau sampai setengah volumenya terendam, pembacaan 24 N dicatat pada dinamometer.
Mempertimbangkan bahwa percepatan gravitasi lokal adalah 10 m/s², kerapatan air danau, dalam kg/m:, adalah:
a) 0,6
b) 1.2
c) 1,5
d) 2.4
e) 4.8
Resolusi
Alternatif b.
Pertama, perlu disadari bahwa perbedaan “berat” yang tercatat pada dinamometer mengacu pada gaya apung yang diberikan oleh air danau, yang dalam hal ini sama dengan 6 N. Setelah itu, kita dapat menerapkan rumus daya apung, dengan menggunakan data yang diberikan oleh latihan, amati perhitungannya:
Untuk melakukan perhitungan di atas, kita harus mengubah volume kubus, dalam sentimeter kubik, menjadi meter kubik.
Pertanyaan 2 -(Enem 2010) Selama pekerjaan konstruksi di sebuah klub, sekelompok pekerja harus memindahkan patung besi besar yang ditempatkan di dasar kolam renang yang kosong. Lima pekerja mengikatkan tali ke patung itu dan mencoba menariknya ke atas, tanpa hasil. Jika kolam diisi dengan air, akan lebih mudah bagi pekerja untuk menghapus patung, karena:
a) patung akan mengapung. Dengan begitu, pria tidak perlu berusaha keras untuk melepas pahatan dari bawah.
b) pahatan akan menjadi lebih ringan dengan cara ini, intensitas gaya yang diperlukan untuk mengangkat pahatan akan lebih rendah.
c) air akan memberikan gaya pada patung sebanding dengan massanya, dan ke atas. Gaya ini akan ditambahkan ke gaya yang digunakan pekerja untuk membatalkan aksi gaya berat patung.
d) air akan memberikan gaya ke bawah pada patung, dan itu akan menerima gaya ke atas dari lantai kolam. Gaya ini akan membantu membatalkan aksi gaya berat pada patung.
e) air akan memberikan gaya pada patung sebanding dengan volumenya, dan ke atas. Gaya ini akan menambah gaya yang diberikan pekerja, dan dapat menghasilkan gaya ke atas yang lebih besar dari berat patung.
Resolusi
Alternatif e. Saat kolam diisi air, gaya apung akan bekerja padanya, dalam arah vertikal dan ke atas, sehingga "lebih ringan" dan akan lebih mudah dikeluarkan dari dasar kolam.
Oleh Rafael Hellerbrock
guru fisika
