Daya apung adalah kemampuan suatu benda untuk mengapung di dalam zat cair. Hubungan berat benda dengan berat air yang dipindahkan inilah yang menentukan apakah benda akan mengapung; meskipun ukuran dan bentuk benda memiliki pengaruh, hal itu bukanlah alasan utama mengapa suatu benda mengapung atau tenggelam. Jika suatu benda memindahkan lebih banyak air daripada beratnya, itu akan mengapung. Daya apung merupakan faktor penting dalam desain banyak objek dan dalam sejumlah aktivitas berbasis air, seperti berperahu atau menyelam scuba.
Prinsip Archimedes
Ahli matematika Archimedes, yang hidup pada abad ketiga SM, dikreditkan dengan menemukan banyak cara kerja daya apung. Menurut legenda, suatu hari dia sedang mandi dan memperhatikan bahwa semakin dia membenamkan dirinya ke dalam air, semakin tinggi levelnya. Dia menyadari bahwa tubuhnya memindahkan air di bak mandi. Kemudian, ia menentukan bahwa sebuah benda di bawah air beratnya kurang dari sebuah benda di udara. Melalui ini dan realisasi lainnya, ia menetapkan apa yang kemudian dikenal sebagai Prinsip Archimedes:
Sebuah benda dalam zat cair mendapat gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan benda tersebut.
Daya Apung Positif, Negatif, dan Netral
Sebuah benda yang mengapung dalam zat cair memiliki gaya apung positif. Ini berarti bahwa jumlah air yang dipindahkan oleh benda lebih berat daripada benda itu sendiri. Misalnya, sebuah perahu yang beratnya 50 lbs (23 kg) tetapi memindahkan 100 lbs (45 kg) air akan mudah mengapung. Perahu memindahkan lebih banyak air daripada beratnya sebagian karena ukuran dan bentuknya; sebagian besar interior kapal adalah udara, yang sangat ringan. Ini menjelaskan mengapa kapal laut besar mengapung: selama air yang dipindahkan lebih berat daripada kapal itu sendiri, mereka tidak akan tenggelam.
Daya apung negatif inilah yang menyebabkan benda tenggelam. Ini mengacu pada benda yang beratnya lebih dari berat cairan yang dipindahkannya. Misalnya, kerikil mungkin memiliki berat 25 gram, tetapi jika hanya memindahkan 15 gram air, ia tidak dapat mengapung. Jika perahu seberat 50 pon (23 kg) itu dimuati dengan 75 pon (34 kg) barang, kapal itu tidak akan mengapung lagi karena beratnya (125 lbs atau 56.69 kg) lebih berat daripada berat air yang dipindahkannya (100 lbs atau 45 kg). atau XNUMXkg).
Hal ini juga mungkin untuk sebuah objek untuk menjadi netral apung. Ini berarti bahwa berat benda dan jumlah cairan yang dipindahkan hampir sama. Sebuah benda yang mengapung secara netral akan melayang-layang di dalam cairan, tidak tenggelam atau mengambang. Sebuah kapal selam dapat menyesuaikan beratnya dengan menambahkan atau mengeluarkan air dalam tangki khusus yang disebut tangki pemberat. Dengan menyeimbangkan pemberatnya dengan benar, kapal selam dapat melayang di berbagai tingkat di bawah permukaan air tanpa tenggelam.
Ukuran dan bentuk
Berapa banyak permukaan benda yang menyentuh air memiliki efek pada daya apungnya. Sebuah kapal yang sangat besar memiliki banyak luas permukaan, yang berarti bahwa berat kapal tersebar di banyak air, yang semuanya mendorong ke atas kapal. Jika kapal yang sama berada di air dengan haluan mengarah ke bawah, kapal itu akan mulai tenggelam karena semua beratnya terkonsentrasi di satu area kecil, dan air yang dipindahkannya beratnya kurang dari berat kapal.
Contoh umum yang digunakan untuk menunjukkan ini adalah seseorang yang mengambang di air. Jika orang tersebut mengapung di punggungnya, seluruh tubuhnya dapat tetap berada di atau dekat permukaan air. Ketika dia mengapung di air dengan kaki di bawah, dia akan tenggelam lebih jauh; biasanya, hanya bagian atas tubuhnya yang akan tetap berada di atas air.
Stabilitas
Stabilitas dalam fluida tergantung pada lokasi pusat daya apung suatu benda dalam kaitannya dengan pusat gravitasinya. Pusat gravitasi objek adalah titik di objek di mana semua berat objek tampak terkonsentrasi; itu juga dapat dianggap sebagai lokasi rata-rata berat benda. Pusat daya apung adalah titik berat air yang dipindahkan benda tersebut. Ini bukan di air, tetapi di benda yang mengambang di atasnya.
Ketika pusat apung berada tepat di atas pusat gravitasi, maka benda akan stabil. Namun, jika pusat gravitasi berada di atas pusat daya apung — seperti pada kapal yang dimuati dengan barang yang tinggi di atas garis air — maka objek menjadi tidak stabil. Jika kargo bergeser ke satu sisi karena alasan apa pun, pusat gravitasi dan pusat daya apung tidak akan lagi sejajar. Kapal akan terbalik saat pusat daya apung mencoba naik di atas pusat gravitasi lagi.
Pada tubuh manusia, pusat gravitasi biasanya berada di daerah pusar. Pusat daya apung sedikit lebih tinggi, itulah sebabnya tubuh cenderung mengapung tegak dengan bahu dan dada di atas kaki. Berbalik terbalik, di mana kaki berada di atas batang tubuh, pusat gravitasi tubuh berada di atas pusat daya apung. Hal ini membuat tubuh tidak stabil, dan posisinya hanya dapat dipertahankan melalui usaha.
Apung dalam Praktek
Dengan menerapkan prinsip daya apung, para insinyur dapat merancang perahu, kapal, dan pesawat amfibi yang tetap mengapung dan stabil di air. Ini berlaku untuk banyak objek lain, seperti pelampung dan ponton. Hampir semua hal yang dirancang untuk air bergantung pada pemahaman tentang prinsip-prinsip ini.
Banyak perenang tahu bahwa ada cara untuk membuat tubuh mereka lebih ringan, seperti berbaring telentang atau menahan napas. Selain itu, mencoba menyelam ke dasar kolam membutuhkan usaha karena tubuh mengapung secara alami. Penyelam scuba khususnya perlu mengetahui cara mengapung, melayang, dan tenggelam, dan mereka sering memakai beban ekstra dan perlengkapan lain untuk membantu mereka mengelola manuver ini.