Bagaimana Perbedaan Tekanan Fluida Menciptakan Daya Apung?

Semua cairan adalah cairan, tetapi menariknya, tidak semua cairan adalah cairan. Apa pun yang dapat mengalir -- seperti gas -- adalah fluida, dan dapat menciptakan gaya apung. Daya apung disebabkan ketika area bertekanan lebih tinggi di bawah suatu benda mengerahkan gaya ke atas menuju area bertekanan lebih rendah. Jumlah gaya apung yang diberikan fluida, bagaimanapun, ditentukan oleh volume benda dan menurut prinsip Archimedes.

Sebelum Anda dapat memahami bagaimana perbedaan tekanan fluida dapat mempengaruhi daya apung, Anda harus terlebih dahulu memahami bagaimana tekanan berperilaku dalam fluida. Prinsip Pascal menyatakan bahwa ketika tekanan diubah di setiap lokasi dalam sistem tertutup, perubahan tekanan itu akan dirasakan secara merata di setiap titik dalam sistem itu dan ke segala arah. Prinsip inilah yang memungkinkan sistem hidrolik berfungsi. Ini juga menentukan bahwa di dalam tubuh cairan di mana tidak ada faktor tambahan yang mempengaruhi tekanan, tekanan akan tetap konstan dan merata. Di Bumi, bagaimanapun, biasanya ada setidaknya satu gaya lain yang menyebabkan perbedaan tekanan fluida, dan gaya itu adalah gravitasi.

Gravitasi menarik ke bawah pada segala sesuatu yang memiliki massa. Oleh karena itu, ketika gravitasi menarik ke bawah pada tubuh cairan, berat cairan di bagian atas tubuh menumpuk cairan di bagian bawah, menciptakan tingkat tekanan yang meningkat saat Anda bergerak ke bawah di dalamnya cairan. Misalnya, jika Anda menyelam jauh ke dalam danau, Anda akan merasakan tekanan yang meningkat di telinga Anda -- dan bahkan mungkin terhadap tubuh Anda -- semakin dalam Anda menyelam. Jika Anda berhenti berenang ke bawah, tekanan yang lebih tinggi di bawah Anda akan mendorong Anda kembali ke atas menuju area dengan tekanan lebih rendah. Dengan cara ini gravitasi telah menciptakan dinamika tekanan yang menyatakan bahwa akan selalu ada tekanan yang lebih besar di bawah benda yang terendam daripada di atasnya.

Filsuf dan matematikawan Yunani Archimedes mengambil pemahaman tentang tekanan ini satu langkah lebih jauh, dan masuk akal tentang mengapa cairan menerapkan sejumlah gaya ke atas ke suatu objek dan menyebabkannya naik dan mengapung atau memungkinkannya untuk wastafel. Dia menentukan bahwa gaya ke atas sama dengan berat air yang dipindahkan oleh benda yang terendam. Misalnya, berat air satu gram per sentimeter kubik. Jika Anda menenggelamkan bola dengan volume 25 sentimeter kubik, Anda akan memindahkan 25 gram air. Oleh karena itu, gaya apung yang dihasilkan pada bola itu akan menjadi 25 Newton (Newton adalah satuan yang mengukur gaya). Gaya apung ini selalu didasarkan pada massa air yang dipindahkan, dan bukan massa benda.

Kepadatan pada akhirnya adalah faktor yang menentukan apakah suatu benda akan mengapung, tenggelam, atau tetap mengapung secara netral dalam cairan. Misalnya, jika bola 25 sentimeter kubik itu berlubang dan berisi udara, bola itu akan lebih ringan dari 25 gram air yang dipindahkannya, dan akan mengapung. Jika bola terbuat dari bahan yang lebih padat, seperti besi, mungkin akan jauh lebih berat dan cepat tenggelam ke dasar badan air. Namun, jika Anda menenggelamkan bola yang beratnya tepat 25 gram, gaya apung tidak akan mendorongnya ke permukaan, tetapi hanya mencegahnya tenggelam. Bola ini akan tetap mengapung secara netral di dalam tubuh fluida sampai ditindaklanjuti oleh gaya luar.