Pembelajaran Interaktif Prinsip Archimedes

Masteri Fizik: Prinsip Archimedes

DSKP Fizik Tingkatan 5 | Bab 2.5

Konsep Asas & Penerbitan Rumus

Definisi Prinsip Archimedes

            “Apabila suatu objek direndam sebahagian atau sepenuhnya di dalam bendalir, objek itu akan mengalami daya apungan yang sama nilai dengan berat bendalir yang disesarkan.”
        

1. Berat Sebenar vs Berat Ketara

Apabila objek berada dalam air, ia terasa lebih ringan. Ini disebabkan oleh daya apungan ($F_b$).

Berat Sebenar ($W_{sebenar}$): Berat objek di udara.
Berat Ketara ($W_{ketara}$): Berat objek semasa dalam cecair.
Hubungan: $$ F_b = W_{sebenar} – W_{ketara} $$

2. Penerbitan Rumus Daya Apungan

Berdasarkan prinsip, Daya Apungan = Berat Bendalir Disesarkan.

$$ Berat = Jisim \times Graviti \rightarrow W = mg $$ $$ Jisim = Ketumpatan \times Isipadu \rightarrow m = \rho V $$ $$ \therefore W = (\rho V) g $$

Maka, rumus Daya Apungan ialah:

$$ F_b = \rho V g $$

Di mana:

$\rho$ = Ketumpatan bendalir ($kg/m^3$)
$V$ = Isipadu bahagian objek yang tenggelam / isipadu bendalir disesarkan ($m^3$)
$g$ = Pecutan graviti ($9.81 m/s^2$)

Simulasi 1: Hubungan Berat Ketara & Bendalir Disesarkan

Eksperimen ini menunjukkan bagaimana kehilangan berat objek sama dengan berat air yang melimpah keluar.

10.0 N

1 kg

0.0 N

Simulasi 2: Keseimbangan Daya & Ketumpatan

Gunakan slider untuk mengubah ketumpatan objek dan perhatikan kesan terhadap daya, kedudukan dan daya paduan.

Ketumpatan Objek ($\rho_{obj}$): 800 kg/m³

Ketumpatan Air ($\rho_{air}$): 1000 kg/m³

F_paduan = 0

Objek

Laraskan slider untuk melihat kesan.

Petunjuk Daya:

↓ Berat (W)
↑ Daya Apungan (Fb)
↕ a: Arah Pecutan (Gerakan)

Aplikasi & Penyelesaian Masalah

Aplikasi dalam Kehidupan

Kapal Selam
Mengawal berat sendiri dengan mengisi/mengosongkan tangki balast untuk menyelam atau timbul.

Belon Udara Panas
Udara panas kurang tumpat dari udara sejuk, menghasilkan daya apungan ke atas.

Hidrometer
Alat mengukur ketumpatan cecair. Semakin rendah ia tenggelam, semakin rendah ketumpatan cecair.

Garisan Plimsoll
Penanda pada kapal untuk memastikan ia tidak terlebih muatan dalam ketumpatan air berbeza.

Contoh Pengiraan

Sebuah bongkah konkrit ($V = 0.5 m^3$) tenggelam sepenuhnya dalam air laut ($\rho = 1025 kg/m^3$). Kira daya apungan.

            Penyelesaian:

            Diberi: $V = 0.5$, $\rho = 1025$, $g = 9.81$

            $F_b = \rho V g$

            $F_b = 1025 \times 0.5 \times 9.81$

            $F_b = \mathbf{5027.63 \, N}$

Kalkulator Pantas ($F_b$)

Ketumpatan ($\rho$):

Isipadu ($V$):

Hasil $F_b$: – N

Uji Minda

Jawab soalan berikut untuk menguji pemahaman anda.

1. Apakah hubungan antara daya apungan dan berat cecair yang disesarkan?

2. Jika berat objek di udara ialah 50N dan berat ketara dalam air ialah 40N, berapakah daya apungan?

3. Kapal laut terapung kerana…