Kalkulator Gaya Apung

Hasil

Cara Menggunakan Kalkulator Gaya Apung

1. 1. Pilih mode. Apakah akan mengapung? mengambil sebuah benda dan fluida lalu memberi vonis, bagian yang terendam, dan berat semu. Gaya apung menyelesaikan F = ρVg untuk gaya, volume yang dipindahkan, atau kepadatan fluida.
2. 2. Deskripsikan bendanya. Pilih material (kayu pinus, es, baja, emas, dan lainnya) untuk mengisi kepadatannya, atau ketik sendiri. Anda dapat mendeskripsikan benda dengan massa dan volumenya, dan kalkulator akan menghitung kepadatannya. Setiap kotak memiliki menu satuan, dan notasi ilmiah seperti 5e-3 berfungsi.
3. 3. Pilih fluida dan gravitasi. Air tawar, air laut, merkuri, etanol, gliserol, dan udara sudah tersedia. Menu gravitasi memuat percepatan gravitasi permukaan Bulan, Mars, dan setiap planet; vonisnya tidak berubah dengan gravitasi, tetapi gayanya berubah.
4. 4. Baca hasilnya. Anda mendapatkan vonis, bagian benda di bawah permukaan, beratnya, gaya apung yang bekerja, serta berat semu saat ditahan di bawah air atau gaya tahan ke bawah yang diperlukan agar tetap terendam.

Prinsip Archimedes

F_b = ρ_fluid × V_displaced × g

bagian terendam = ρ_object / ρ_fluid

W_apparent = m g − ρ_fluid V g

Sebuah benda di dalam fluida didorong ke atas dengan gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Alasannya adalah tekanan: tekanan fluida bertambah dengan kedalaman, sehingga dorongan pada dasar benda lebih besar daripada dorongan pada bagian atasnya, dan selisihnya persis sebesar ρ_fluid × V × g. Hasilnya tidak bergantung pada material benda, hanya pada seberapa banyak fluida yang disisihkannya.

Bandingkan kedua gaya. Jika kepadatan benda lebih rendah daripada fluida, gaya apung saat terendam penuh akan melebihi beratnya, sehingga ia naik hingga memindahkan cukup banyak fluida untuk menyamai beratnya: ia mengapung dengan bagian volume ρ_object/ρ_fluid di bawah air. Jika lebih padat, gaya apungnya kurang, dan ia tenggelam; di dalam air ia tetap terasa lebih ringan daripada di udara, sebesar tepat gaya apungnya. Lihat OpenStax University Physics, bagian 14.4.

Contoh Kasus

1. Balok kayu pinus dalam air tawar (default). Balok pinus 20 L dengan kepadatan sekitar 500 kg/m³ bermassa 10 kg dan beratnya 98,07 N. Ia mengapung dengan 50,09% volumenya di bawah permukaan, dan ia dapat memikul tambahan 97,71 N, sekitar 10 kg, sebelum tenggelam.
2. Gunung es. Es dengan kepadatan 917 kg/m³ mengapung di air laut dengan 89,46% volumenya di bawah air, dan di air tawar 91,87%. Itulah asal ungkapan bahwa hanya sekitar sepersepuluh gunung es yang terlihat.
3. Balok baja 1 L. Beratnya 76,98 N di udara dan memindahkan 1 L air, sehingga gaya apungnya 9,789 N. Ditahan di bawah air ia terasa seberat 67,19 N: ia tenggelam, tetapi tidak sebanyak yang mungkin Anda bayangkan.
4. Timbal di atas merkuri. Timbal (11,34 g/cm³) lebih padat daripada air, tetapi merkuri (13,546 g/cm³) lebih padat lagi, sehingga timbal mengapung di atas merkuri dengan 83,71% terendam.
5. Benda dengan massa yang diketahui. Benda bermassa 0,5 kg dengan volume 0,6 L memiliki kepadatan 833,3 kg/m³ dan mengapung di air; benda yang sama di etanol (789 kg/m³) akan tenggelam.
6. Satu meter kubik udara. Memindahkan 1 m³ udara (1,225 kg/m³) menghasilkan gaya apung 12,01 N, yang menjadi titik awal bagaimana balon dan kapal udara terangkat.

Asumsi dan Batasan

• Fluida diam, kepadatan seragam. Air sungguhan menjadi lebih padat dengan kedalaman, dan air yang lebih dingin atau lebih asin lebih padat; preset memakai nilai representatif dekat 20 °C.
• Benda seragam. Fraksi terendam berlaku untuk total volume benda. Benda yang tidak simetris dapat miring hingga pusat massa dan pusat apungnya sejajar, yang tidak dimodelkan alat ini.
• Gaya kecil diabaikan. Daya apung udara di sekitar benda dan tegangan permukaan dibiarkan keluar, sehingga benda yang sangat ringan yang ditimbang di udara berbeda sedikit dari massa sebenarnya.
• Kepadatan tipikal. Kayu, beton, dan baja bervariasi dari sampel ke sampel; gunakan kepadatan yang diukur ketika jawabannya penting.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa rumus gaya apung?

F_b = ρ_fluid × V × g, dengan ρ_fluid adalah kepadatan fluida, V adalah volume fluida yang dipindahkan (bagian benda yang terendam), dan g adalah percepatan gravitasi. Satu meter kubik yang terendam penuh di air tawar merasakan gaya ke atas sekitar 9,79 kN.

Bagaimana cara mengetahui apakah suatu benda akan mengapung atau tenggelam?

Bandingkan kepadatannya. Jika kepadatan benda lebih rendah daripada fluida, ia mengapung; jika lebih tinggi, ia tenggelam; jika sama, ia melayang. Bagi massa dengan volume untuk mendapatkan kepadatan benda, lalu bandingkan dengan 998 kg/m³ untuk air tawar atau sekitar 1025 kg/m³ untuk air laut.

Berapa bagian dari benda yang mengapung berada di bawah air?

Fraksinya ρ_object / ρ_fluid. Balok pinus 500 kg/m³ mengapung sekitar separuh terendam di air tawar. Balok yang sama mengapung sedikit lebih tinggi di air laut, dengan sekitar 48,8% di bawah permukaan, karena air laut lebih padat.

Apa itu berat semu?

Itulah yang ditunjukkan timbangan saat benda ditopang di bawah air: berat sebenarnya dikurangi gaya apung, W − ρ_fluid V g. Balok baja 7,85 kg memiliki berat 76,98 N tetapi berat semu sekitar 67,19 N di air.

Apakah gaya apung bergantung pada gravitasi?

Gayanya bergantung, tetapi vonisnya tidak. Baik berat maupun gaya apung sebanding dengan g, sehingga balok yang mengapung di Bumi juga mengapung di Bulan, dengan fraksi terendam yang sama, hanya dengan gaya yang lebih kecil pada tiap sisinya.

Bagaimana Archimedes menggunakan ini untuk menguji sebuah mahkota?

Menurut kisah yang diceritakan penulis Romawi Vitruvius, Archimedes membandingkan air yang dipindahkan oleh mahkota raja dengan air yang dipindahkan oleh emas dengan berat yang sama. Mahkota yang dicampur dengan logam yang lebih ringan akan memakan volume lebih besar dan memindahkan lebih banyak air. Akun modern meragukan rinciannya, tetapi prinsipnya nyata.