Prinsip Archimedes: Daya Apung

Prinsip Archimedes

• Logam yang lebih tumpat daripada air biasanya tenggelam, tetapi kapal yang diperbuat daripada logam boleh terapung disebabkan bentuknya.
• Apabila objek (contohnya, gayung) ditekan ke dalam air, air akan naik, dan kita akan merasakan daya yang menentang tekanan tersebut, yang dipanggil daya apung.

Daya Apung dan Air yang Tersesar

• Objek yang tenggelam separa atau sepenuhnya dalam air mengalami daya apung yang sama dengan berat bendalir (air) yang tersesar.
• Jika gayung diletakkan di atas permukaan air, daya apung adalah kecil sehingga air mula dialihkan apabila gayung ditekan ke dalam air.
• Air yang naik akibat objek yang tenggelam dipanggil air tersesar.
• Daya apung akan menentang tekanan atau berat beban ke bawah.

Prinsip Archimedes

• Prinsip Archimedes menyatakan bahawa objek yang tenggelam separa atau sepenuhnya dalam cecair mengalami daya apung yang sama dengan berat cecair yang tersesar.
• Berat air yang tersesar (ditimbang menggunakan neraca spring) adalah sama dengan daya apung.

Pengiraan Daya Apung

• Perbezaan tekanan menghasilkan daya.
• Tekanan pada permukaan atas objek yang tenggelam adalah rendah, berbanding tekanan pada bahagian bawah yang lebih tinggi.
• Perbezaan tekanan (tekanan tinggi tolak tekanan rendah) menghasilkan daya yang bertindak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.
• Tekanan (P) = tinggi (h) x ketumpatan (ρ) x graviti (g), atau P = hρg.
• Daya (F) = Tekanan (P) x Luas (A).
• Daya Apung (FB) = Isipadu (V) x ketumpatan (ρ) x graviti (g), atau FB = Vρg.
• FB merujuk kepada daya apung, V ialah isipadu air tersesar, ρ ialah ketumpatan bendalir, dan g ialah pecutan graviti.

Penukaran Unit

• 50 cm = 0.5 meter (kerana 1 cm = 0.01 meter).
• 50 cm² = 0.005 m² (50 x 0.01 m x 0.01 m).
• 50 cm³ = 0.00005 m³ (50 x 0.01 m x 0.01 m x 0.01 m).

Situasi Daya Apung

• Situasi 1: Daya apung = Berat Sebenar - Berat Ketara.
  • Berat sebenar ialah berat objek di udara.
  • Berat ketara ialah berat objek apabila terdapat daya apung yang bertindak (iaitu, di dalam air).
  • Contoh: Berat sebenar = 30N, Berat ketara = 25N, maka Daya apung = 30N - 25N = 5N.
• Situasi 2: Daya apung = Berat air yang tersesar.
  • Berat air yang tersesar boleh diukur dengan menenggelamkan objek dan menimbang air yang keluar/tersesar.
  • Contoh: Berat sebenar objek = 20N. Berat air tersesar (diukur dengan neraca spring) = 15N. Maka, daya apung = 15N.
  • Berat ketara objek = Berat sebenar - Daya apung = 20N - 15N = 5N.
• Situasi 3: Mengira daya apung menggunakan FB = Vρg.
  • Jika isipadu air tersesar diberikan, daya apung boleh dikira menggunakan formula tersebut.
  • Contoh: Isipadu air tersesar = 150 cm³.
    • Tukar isipadu kepada m³: 150 cm³ = 150 x (0.01 m)³ = 0.00015 m³.
    • Daya apung = 0.00015 m³ x 1000 kg/m³ x 9.81 m/s² = 1.4715 N.
    • Berat ketara = Berat sebenar - Daya apung.
• Situasi 4: Objek terapung.
  • Apabila objek terapung, daya apung adalah sama dengan berat objek.
  • Isipadu bahagian bongkah yang tenggelam adalah sama dengan isipadu air yang tersesar.
  • Isipadu yang tenggelam = Daya apung / (ketumpatan x graviti).
• Situasi 5: Berat muatan maksimum = Daya apung maksimum.
  • Daya apung maksimum bergantung pada isipadu keseluruhan objek.
  • Hitung daya apung maksimum menggunakan isipadu maksimum (FB = Vρg).
  • Muatan maksimum yang boleh ditampung oleh rakit = Daya apung maksimum - Berat rakit.

Kesimpulan

• Daya apung boleh dikira melalui:
  • Berat sebenar tolak berat ketara.
  • Berat air yang tersasar.
  • Formula Vρg.
• Dalam formula Vρg:
  • V (isipadu) boleh menjadi isipadu objek yang tenggelam sepenuhnya, isipadu air yang tersasar, atau isipadu bahagian objek yang tenggelam.
  • Untuk objek yang tenggelam separa, hanya isipadu bahagian yang tenggelam diambil kira.