FIZIK-LAH! - 11

Mana-mana objek pun akan ringan apabila berada di dalam air dan akan berat apabila berada di daratan. Kita yang menyelam di dalam air pun akan lebih ringan berbanding kita berdiri di daratan. Begitulah juga seperti log kayu yang terapung dan batu yang ditenggelamkan. Batu yang ditenggelamkan, tidak sukar untuk mengangkatnya apabila berada di dalam air, tetapi ia begitu berat setelah dikeluarkan daripada air. Perkara ini menurut Archimedes disebabkan prinsip keapungan (buoyancy) atau lebih dikenali sebagai Prinsip Archimedes (Archimedes Principle).

Ada beza antara float dan buoyancy. Float adalah keadaan objek terapung, buoyancy pula adalah keupayaan objek itu untuk terapung. Menurut Archimedes, daya keapungan dikenakan ke atas objek yang tenggelam dalam air adalah sama dengan berat air yang digantikan (displaced) oleh objek tersebut.

Tak faham Pada zaman Yunani dulu, Archimedes menemui prinsip ini sewaktu sedang mandi di dalam tab mandi. Masa itu, dia tengah fikir macam mana nak selesaikan masalah yang Raja Hiero II berikan padanya. Hiero II ragu-ragu sama ada mahkotanya benar-benar diperbuat daripada emas ataupun perak.

Jadi, Archimedes diminta untuk memastikan hal itu.

Lihat pada gambar, sewaktu mandi, Archimedes perasan apabila dia tenggelamkan dirinya dalam tab mandi, sebahagian daripada air dalam tab mandi itu melimpah keluar. Dia berkesimpulan, isipadu air yang melimpah tadi sama dengan isipadu sebahagian tubuhnya yang tenggelam. Berat isipadu air yang melimpah itu sama dengan daya keapungan objek yang menggantikan air.

Ketulenan emas mahkota tadi dapat ditentukan melalui kiraan ketumpatannya. Emas lebih tumpat daripada perak. Untuk mengira ketumpatan objek, Archimedes memerlukan jisim dan isipadu objek. Mengetahui jisim tiada masalah baginya, tetapi mengira isipadu sangat sukar kerana bentuk mahkota yang kompleks tidak seperti bentuk sfera ataupun kiub. Untuk menyelesaikan masalah ini, Archimedes tenggelamkan mahkota itu ke dalam takungan air, lalu limpahan air itu diikur isipadunya menggunakan penyukat air. Dapatlah isipadu mahkota tersebut

Selain itu, prinsip ini juga menunjukkan bahawa berat air yang melimpah tadi sama dengan daya keapungan objek. Lihat pada gambar, prinsip ini juga mengikut hukum Newton ketiga yang menyatakan, daya yang dikenakan ke atas objek akan ada daya yang melawannya.

Kayu mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada air, jadi kayu mempunyai keupayaan untuk terapung (buoyancy). Kekuatan daya keapungan kayu mempunyai daya lawannya iaitu daya graviti dikenakan pada kayu tersebut. Apabila kita cuba tenggelamkan kayu itu, daya keapungan dan daya graviti akan tidak seimbang. Bila kita lepaskan, kayu itu akan terapung sesuai dengan keseimbangan antara kedua-dua daya tersebut.

Jadi, mengapa objek lebih ringan apabila berada di dalam air Sebab daya keapungan.

Kayu lebih ringan dan mudah dibawa apabila berada di air kerana daya keapungan. Daya keapungan kayu sangat rendah kerana ketumpatan kayu lebih rendah daripada air. Seterusnya, berat isipadu air yang digantikan oleh kayu tidaklah setinggi mana.

Objek yang mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada air tidak memerlukan daya keapungan yang tinggi untuk membolehkannya terapung.

Objek yang mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi daripada air mempunyai daya keapungan yang sangat tinggi untuk terapung, walaupun hakikatnya objek ini tidak terapung pun. Tetapi masih terdapat daya yang cuba untuk mengapungkan objek seperti batu. Bantuan daya ini yang membuatkan objek-objek berat dan berketumpatan tinggi lebih ringan apabila berada di dalam air, berbanding ia berada di daratan.