Tangki Ballast pada kapal selam
PEMBAHASAN
Hukum archimedes memberikan pemahaman kepada kita tentang tekanan yang terjadi pada benda yang diletakan pada zat cair. Hukum archimedes ditemukan oleh ilmuwan berkebangsaan Yunani pada tahun 187-212 SM yang
bernama Archimedes. Archimedes adalah seorang penemudan ahli matematika dari Yunani yang terkenal sebagai penemu hukum hidrostatika atau yang sering disebut Hukum Archimedes.
Pada saat kita berjalan atau berlari di dalam air, kita tentunya akan merasakan bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan jika kitamelangkah di tempat biasa. Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan ini memunculkan sebuah hukum yang dikenal Hukum , yaitu :
“Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”
Akibat adanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akan berkurang. Benda yang diangkat dalam zat cair akan terasa lebih ringan dibandingkan diangkat di darat. Jadi, telah jelas bahwa berat benda seakan berkurang bila benda dimasukkan ke dalam air. Hal itu karena adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda. Dengan demikian maka resultan gaya antara gaya berat dengan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Selanjutnya berat disebut dengan berat semu yaitu berat benda tidak sebenarnya karena benda berada dalam zat cair. Benda dalam air diberi simbol WS.
Hubungan antara berat benda di udara (W), gaya ke atas (Fa) dan berat semu (Ws) adalah : Ws = W-Fa
dengan:
Ws = berat benda dalam zat cair (Kg⋅m/s2) W = berat benda sebenarnya (Kg⋅m/s2) Fa = gaya apung (N)
dan besarnya gaya apung (Fa) dirumuskan sebagai berikut : Fa = ρcair Vb g
dengan:
ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3) Vb = volume benda yang tercelup (m3) g = percepatan gravitasi (m/s2)
Anda tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau
batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di
dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes. Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau
seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan
berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut :
dengan:
FA = gaya ke atas (N),
ρf = massa jenis fluida (kg/m3),
Vf = volume fluida yang dipindahkan (m3), dan
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Dapat dilihat bahwa besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida,
volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi Bumi. Anda telah mengetahui bahwa suatu benda yang
berada di dalam fluida dapat terapung, melayang, atau tenggelam, berikut uraiannya.
Contoh kapal, seperti yang kita ketahui kapal laut itu beratnya bisa mencapai ratusan ton dan sangat berat
tetapi dapat terapung di permukaan laut Konsep Gaya Apung,Konsep Massa Jenis .Badan kapal yang terbuat dari
besi berongga, ini menyebabkan volum air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya
apung sebanding dengan volum air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar gaya apung ini
mampu mengatasi berat total sehingga kapal laut mengaoung di permukaan laut. Jadi massa jenis rata – rata besi
berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil dari pada massa jenis air laut. Oleh karena itu kapal
itu mengapung.
Sebuah kapal selam memiliki tangki pemberat yang terletak di antara lambung sebelah dalam sebelah luar.
Tangki ini dapat diisi udara atau air. Mengatur isi tangki pemberat berarti mengatur berat total kapal. Sesuai dengan
konsep gaya apung, berat total kapal selam akan menentukan apakah kapl selam mengapung atau menyelam
Kapal laut tidak akan tenggelam apabila. Berat kapal bertambah maka gaya ke atas juga harus bertambah besar.
1.3 Proses Melayang dan Tenggelam Gaya Apung,
1 Ketika terapung :
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).
w=Fa
ρb X Vb Xg = ρa X Va X g ρb < ρa
Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung)
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn). Fn = FA-W
Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku : FA’ = Wrc . Vb2 . g = rb . Vb . g
Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan
Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu :Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :
W = Fa
Wb = FA Benda melayang dalam zat cair apabila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada.
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w) sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang
w=Fa
ob X Vb X g = pa X Va Xg ob = pa
Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku : (FA)tot = Wtot
rc.g (V1+V2+V3+V4+….) = W1+W2+W3+W4+…..
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . Vb . g
ρb = ρzc
3 Ketika tenggelam
Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada dasar tempat zat cair berada.
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).
w>Fa
ob X Vb X g > pa X Va Xg ob > pa
Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)
Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :
W=gaya berat benda Fa =gaya archimedes N = gaya normal bidang ρZC = massa jenis zat cair
Kapal selam memiliki tangki pemberat di dalam lambungnya yang berfungsi mengatur kapal selam agar
dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Untuk menyelam, kapal selam mengisi tangki pemberatnya dengan air
sehingga berat kapal selam akan lebih besar daripada volume air yang dipindahkannya. Akibatnya, kapal selam akan
tenggelam. Sebaliknya, jika tangki pemberat terisi penuh dengan udara (air laut dipompakan keluar dari tangki
pemberat), berat kapal selam akan lebih kecil daripada volume kecil yang dipindahkannya sehingga kapal selam
akan terapung. Agar dapat bergerak di bawah permukaan air laut dan melayang, jumlah air laut yang dimasukkan ke
dalam tangki pemberat disesuaikan dengan jumlah air laut yang dipindahkannya pada kedalaman yang diinginkan.
. Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung dalam kapal selam.
Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?
Kapal selam dapat terapung bila massa jenis Kapal sealam lebih kecil dari massa jenis zat cair. (miskonsepsi).
Kapal selam tenggelam bila massa jenis Kapal selam lebih besar dari massa jenis zat cair. (konsepsi ilmiah).
Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).
Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda
Kapal selam adalah kapal yang bergerak di bawah permukaan air, umumnya digunakan untuk tujuan
dan kepentingan militer. Sebagian besar Angkatan Laut memiliki dan mengoperasikan kapal selam
sekalipun jumlah dan populasinya masing-masing negara berbeda. Selain digunakan untuk
kepentingan militer, kapal selam juga digunakan untuk ilmu pengetahuan laut dan air tawar dan untuk
bertugas di kedalaman yang tidak sesuai untuk penyelam manusia.
Ternyata kapal selam menggunakan prinsip penerapan Hukum Archimedes( pelajaran fisika smp, sma)
yang tekait dengan terapung, melayang dan tenggelam. Kapal selam memiliki beberapa bagian yang
membuat kapal selam dapat melayang dan terapung di dalam air, bagian-bagian tersebut yaitu : Tangki Ballast berfungsi untuk menyimpan udara dan air.
Katup udara, berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ballast (tangki). Katup air, berfungsi untuk memasukkan air ke dalam ballast (tangki).
Tangki Kompresor udara, yang berfungsi memompa air keluar dari ballast dan diganti dengan udara.
Prinsip Kerja Kapal Selam
Kapal selam di desain memiliki tanki balast (trim), Tanki balast berfungsi menyimpan udara dan
air. Ketika kapal selam siap untuk menyelam, katup-katup besaryang dikenal sebagai “kingstons”,
yang terletak di dasar tangkibalas, dibuka untuk membiarkannya masuk ke laut. Udara di dalam tangki
keluar melalui katup-katup pada bagian atas, yang dikenal sebagai “lubang-lubang angin”. Kapal
selam itu masuk ke dalam air. Ketika kapal selam siap untuk muncul ke permukaan, lubang-lubang
angin ditutup dan tekanan udara didorong masuk ke dalam tangki-tangki. Hal ini meniup air kembali
Dapat dikatakan bahwa tangki ballast ketika berisi udara berfungsi sebagai pelampung kapal selam
sehingga kapal selam dapat terapung. Syarat benda dapat melayang di dalam air adalah ketika gaya
apung benda sama besar dengan berat benda tersebut. Kapal selam ketika akan menyelam, membuka
katup air dan menutup katup udara sehingga air laut masuk ke dalam tangki ballast dan membuat
berat kapal selam bertambah serta tenggelam hingga ke kedalaman yang diinginkan. Karena masih
memiliki udara dari tangki kompresor udara, kapal selam dapat menyeimbangkan gaya apung dengan
beratnya. Namun, kapal selam akan pecah dan hancur jika terlalu dalam menyelam karena sesuai
prinsip tekanan hidrostatis yaitu, semakin dalam masuk ke dalam air maka tekanan hidrostatisnya
akan semakin besar.
Ketika kapal selam akan naik ke atas permukaan air, kapal selam membuka katup udara sehingga air
di dalam tangki ballast terpompa keluar dan kapal selam akan terdorong naik.
