Penemuan Archimedes ‘Gaya Apung’ – Saat memasuki kelas dua SMP/MTs, pastinya guru IPA akan mengajarkan materi tentang ‘gaya apung’ dari ilmuan Archimedes. Meski ia hidup 2233 tahun yang lalu, namun penemuan Archimedes sangat bermanfaat bagi perkembangan ilmu dan teknologi saat ini. Oleh sebab itu, dalam setiap kurikulum di sekolah manapun, pastinya selalu dimasukan hukum dan penemuannya.
Sekilas mengenal sosok Archimedes, Ia adalah berkebangsaan Yunani yang ahli dalam bidang matematika, mekanik enginerr dan juga seorang pionir kedua ilmu tersebut pada massanya. Masyarakat umumnya mengenal sebagai penemu ‘prinsip Archimedes’, padahal banyak penelitian yang ia lakukan. Penelitian yang ia kerjakan mencakup tiga kategori:
- Karya yang membuktikan teorema terkait dengan padatan dan area yang dibatasi oleh kurva dan permukaan.
- Karya yang menganalisis masalah dalam statika dan hidrostatika dari sudut pandang geometris.
- Karya-karya lainnya, termasuk beberapa yang menekankan penghitungan seperti The Sand Reckoner.
“Seperti semua tokoh penting di zaman kuno yang sangat berbakat, ceritanya selama berabad-abad dipenuhi dengan banyak mitos dan catatan non-sejarah lainnya untuk mempertahankan keistemewaanya. Salah satu cerita pertama yang kita baca tentang Archimedes di setiap kisah hidupnya adalah adegan terkenal dimana ia berlari basah dan telanjang di sepanjang jalan Syracuse sambil meneriakan “Eureka” yang artinya saya telah menemukannya!”
Insiden terkenal ini dimulai dengan mahkota yang dibuat seorang pengrajin untuk Raja Syracuse yang bernama Hieron II. Kebetulan, Archimedes adalah sahabat raja sejak kecil. Karena merasa curiga dengan gerak gerik pengrajin, Raja meminta bantuan Archimedes untuk menyelidiki mahkota tersebut, apakah terbuat dari emas murni atau dicampur dengan bahan lain (perak), tanpa merusak mahkotanya.
Sebenarnya masalah mahkota ini tidak dibebankan kepada Archimedes seorang, hanya saja karena dorongan persahabatan yang telah lama, ia memikirkan masalah ini, sampai menemukan jawabannya saat melangkah ke dalam bak mandi di pemandian umum. Dia memperhatikan dua hal: Pertama, bahwa air meluap sesuai dengan kedalaman perendamnya dan Kedua, berat badannya terasa semakin berkurang saat tubuhnya semakin terendam kedalam.
Atas ‘wangsit’ ini, jika kita ingin mempercayai legenda tersebut, Archimedes bergegas menyusuri jalan-jalan Syracuse, mungkin telanjang dan basah, sambil berteriak kegirangan bahwa dia telah menemukan jawaban atas pertanyaan raja/ sahabanya tersebut.
Apa Itu Prinsp Archimedes atau Gaya Apung?
Prinsip Archimedes atau Hukum Archimedes atau dikenal sebagai gaya apung, menyatakan bahwa setiap benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida (zat cair) akan mengalami gaya ke atas yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Melalui prinsip ini, Archimedes mampu memecahkan ujian untuk memastikan material mahkota raja.
Di rumahnya, ia menyelidiki dan menemukan fakta bahwa perak dengan berat tertentu ketika dibenamkan dalam air, logam ini akan memindahkan lebih banyak air daripada emas yang sama beratnya. Alasannya adalah perak memiliki lebih banyak volume per berat dibandingkan dengan emas.
Lalu, saat di kerajaan, Archimedes menenggelamkan mahkota dan membandingkan air yang dipindahkan olehnya dengan jumlah emas yang sama dengan berat mahkota. Archimedes menyimpulkan bahwa mahkotanya tidak seluruhnya terbuat dari emas, karena air yang dipindahkan berbeda, dan ini membenarkan kecurigaan raja. Archimedes pun dapat menghitung secara tepat berapa banyak emas yang dikorupsi pengrajin tersebut.
Secara matematis, Prinsip Archimedes memiliki dua formula:
Seperti yang telah disinggung diatas, Penemuan Archimedes tidak hanya sebatas dua formula diatas, namun ada beberapa temuan yang jarang diketahui oleh khalayak umum, apa sajakah, berikut ulasan selengkapnya:
Beberapa Penemuan Archimedes Selain Gaya Apung
1. Sekrup Archimedes
Salah satu kendala yang dihadapi para petani saat pra industri adalah kebutuhan untuk mengairi tanah mereka. Masalah ini cukup besar karena saat itu belum ada mesin pompa air yang canggih.
Budaya yang berbeda memiliki penanganan yang berbeda pula, salah satu solusi yang diberikan Archimedes untuk membantu para petani saat itu yakni dengan menggunakan sekrup air atau pompa sekrup, yang lebih dikenal saat ini sebagai sekrup Archimedes.
Penemuan Archimedes ini berbentuk sekrup raksasa yang dapat diputar dengan kincir angin atau melalui tenaga manual. Saat seluruh unit diputar, air diangkat ke dalam tabung spiral ke ketinggian yang lebih tinggi.
Saat ini pun, prinsip sekrup Archimedes masih digunakan dalam mesin modern untuk drainase dan irigasi, juga diterapkan pada beberapa jenis alat berkecepatan tinggi untuk memindahkan material ringan seperti biji-bijian masuk dan keluar dari farming silos.
2. Cermin Yang Membakar
Sepanjang karirnya sebagai penemu, Archimedes sering ditugaskan oleh penguasa Syracuse untuk menciptakan mesin perang agar kota Syracuse yang indah aman dari ancaman kerajaan lain.
Salah satu penemuan Archimedes yang bikin geleng-geleng kepala yakni dibuatnya “Cermin yang membakar”. Cermin ini pada dasarnya cermin besar yang ditempatkan di dinding-dinding kota yang dapat memantulkan sinar matahari secara konstan di pusat cerminnya.
Singkatnya, seperti lensa cembung yang dipusatkan untuk membakar kertas atau jerami, cermin pantul besar ini berbentuk cekung, sinar matahari berkumpul di pusat cermin, sembari dipantulkan.
Alhasil, kapal perang yang berani mencoba untuk mendekati Syracuse dihalau dengan cermin ini. Ceritanya memang cukup kontroversial, bahkan sampai saat ini masih diperdebatkan kebenarannya, namun fakta cermin cekung dapat membakar yang ada didepannya adalah memang benar adanya.
Penemuan Archimedes ini pun masih bermanfaat bahkan lebih. Karena dengan diketahuinya “cermin cekung dapat mengumpulkan sinar-sinar matahari”, temuan ini menjadi salah satu komponen pentin dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi (CSP). Beberapa negara telah membangun teknologi CSP ini ialah Spanyol, AS, Afrika Selatan, Maroko, India, Tiongkok, UEA, Saudi Arabia, Algeria, Mesir, Australia dan Thailand.
3. Cakar Besi
Saat terjadi perang punisia, Archimides diminta raja untuk membuat mesin perang yang dapat menghalau kapal perang musuh, penemuan Archimedes ini selanjutnya diberinama Cakar besi Archimedes.
Sesuai namanya, mesin perang ini menyerupai cakar hewan, namun berukuran besar yang dipasang di dinding kota tua Syracuse. Desain persisnya telah hilang seiring waktu, tapi alat ini memiliki satu tujuan yakni untuk menjatuhkan kapal Romawi yang mendekat.
Dari catatan sejarah yang ada, sistem mekanik cakar besi ini sejenis crane raksasa dengan kait bergulat seperti cakar hewan di salah satu ujungnya, yang mampu mengangkat sebagian kapal penyerang, bahkan membalikannya.
4. Odometer
Archimedes juga telah dikreditkan sebagai orang pertama yang memiliki ide, merancang alat untuk menghitung jarak tempuh, sekarang alat seperti itu disebut odometer. Saat ini odometer menempal bersatu pada speedometer, dan sangat membantu para montir untuk mengecek ‘kesehatan’ mesin kendaraan anda.
Bukti Penemuan Archimedes ini didasarkan pada catatan seorang Insinyur Romawi, Marcus Vitruvius, yang ia kreditkan pada Archimedes. Di dalam catatannya tertulis gagasan bahwa “setiap kali sebuah roda berputar, roda bergerak dengan kelilingnya sendiri.” Gagasan ini membuktikan bahwa Archimedes saat mendesain setiap penemuannya selalu menghitung jarak yang akan ditempuh rangkaian roda-roda mesin yang ia buat.
5. Gagasan Archimedes Tentang Tuas
“Berik aku tempat untuk berdiri, dan aku bisa menggerakan Bumi”, Archimedes pernah berkata tentang kekuatan tuas, meski tidak secara eksplisit Archimedes yang menemukan sistem pengungkit, namun dia memberikan gagasan penting yang berkaitan dengan tuas, dalam karyanya ‘On The Equilibrium of Planes’.
Dikutip dari Buku: The Centres of Gravity of Planes I, Great boooks of the western world, hal 502-509, Archimedes memberikan pandangannya sebagai berikut:
“Anak timbangan yang sama pada jarak yang sama berada dalam kesetimbangan, dan bobot yang sama pada jarak yang tidak sama tidak berada dalam kesetimbangan tetapi condong ke arah bobot yang berada pada jarak yang lebih jauh”.
“Jika saat bobot pada jarak tertentu berada dalam kesetimbangan, sesuatu ditambahkan ke salah satu bobot, bobot tersebut tidak berada dalam kesetimbangan tetapi condong ke arah bobot tempat penambahan dilakukan”.
“Demikian pula, jika ada yang diambil dari salah satu bobot, bobot tersebut tidak berada dalam kesetimbangan tetapi condong ke arah bobot yang tidak diambilnya. Ketika angka bidang yang sama dan mirip bertepatan jika diterapkan satu sama lain, pusat gravitasinya juga sama”.
Penemuan Archimedes ini dibuktikan saat Kerajaan Syracuss berhasil membangun kapal megah sepanjang 55 meter, yang diberi nama Syracusia, menurut Plutarch (Penulis terkenal masa akhir kejayaan), Archimedes berhasil mengeluarkan Syracusia dari pelabuhan menggunakan sistem katrol yang rumit (katrol majemuk).
Archimedes dengan jelas menunjukan bahwa roda-roda yang didukung oleh tali dapat digunakan sebagai metode transfer energi, memberikan keuntungan mekanis dalam prosesnya. Penemuan Archimedes ini sampai saat ini pun masih berguna di pelabuhan dan industri untuk mengangkat dan memindahkan benda-benda berat.
6. Hubungan Geometri Bola dan Silinder
Masih berdasarkan catatan Plutarch, Archimedes memiliki gagasan menarik tentang eksplorasi teoritisnya tentang matematika dan fisika, salah satunya tentang geometri bola dan silinder, dan hubungan geometri bola-silinder ini termasuk dalam penemuan Archimedes yang berjumlah sembilan atau “sembilan risalah Archimedes”.
Dalam karya fantastis ini, Archimedes menemukan fakta menarik, yaitu setiap luas permukaan bola berjari-jari r adalah empat kali luas lingkaran terbesarnya, dan sekarang terbukti bahwa luas permukaan bola adalah S = 4πr2.
Dan yang paling menggagumkan adalah tentang hubungan geometri bola dan silinder, dimana untuk bola yang masuk secara pas di dalam silinder, volume bola tersebut adalah dua pertiga dari volume silinder. Dimana, volume bola adalah V= 4/3 πr3. Untuk membuktikan, perhatikanlah gambar bola dan silinder diatas. (catatan: volume silinder sendiri adalah V= πr2 h.
7. Pengukuran Lingkaran
Menentukan luas lingkaran pernah dianggap sebagai tantangan matematika terberat. Penemuan Archimedes selanjutnya menunjukan bahwa ada suatu cara untuk memperkirakannya dengan metode yang disebut ‘mengkuadratkan lingkaran”.
Caranya, Dia membuat persegi di dalam lingkaran, dimana simpulnya menyentuh tepi lingkaran. Luas persergi adalah hasil kali dua sisinya, ini jelas bahwa luas lingkaran itu lebih besar dari persegi atau bujur sangkar yang kita buat.
Lalu, Archimedes mulai membuat poligon bersisi enam di dalam lingkaran, dan menghitung kelilingnya. Ia pun membuat poligon yang sama di luar lingkaran, dan menghitung kelilingnya juga. Secara betahap kita tingkatkan jumlah sisi poligon agar lebih mendekati area lingkaran yang sebenarnya.
Sebagai catatan, seterusnya Archimedes hanya menggunakan dan menghitung poligon bersisi genap, karena ingin simpul poligon yang berjauhan segaris, sehingga diameter lingkaran tetap dapat dihitung.
Setelah dibuat poligon bersisi 96, barulah keliling poligon hampir menyerupai lingkaran. Dan Archimedes menyadari bahwa ketidaksesuian atau nilai pembanding (π) adalah rasio keliling terhadap diameter lingkaran. Pada saat poliogon sisi 96 terbentuk di sisi luar dan dalam lingkaran, Archimedes memperkirakan harga π phi terletak antara 3 10/71dan 3 10/70. Atau masing-masing 3,1408 -3,1428. Seterusnya, phi disebut konstanta lingkaran.
Dengan kata lain, Archimedes menghitung perkiraan yang sama dengan nilai phi saat ini (3,14). Sampai munculnya kalkulus dan komputasi deret tak hingga 1500 tahun kemudian. Tidak banyak digit yang ditambahkan pada phi yang ditemukan Archimedes. Sebuah terobosan besar dibuat pada 1655, ketika ahli matematika Inggris mendapatkan rumus untuk Phi sebagai hasil perkalian deret rasio tak hingga.
Tambahan:
Diatas, sempat disinggung tentang sembilan risalah Archimedes, dan baru dibahas empat, yakni Prinsip Archimedes, Hubungan geometeri bola dan silinder, Pengukuran Lingkaran dan Gagasan Archimedes tentang tuas. berikut ulasan singkat tentang risalah lainnya dari penemuan Archimedes:
- Tentang Conoids dan Spheroids, Sebuah karya yang membahas tentang “menentukan volume segmen padatan yang dibentuk oleh revolusi bagian kerucut (lingkaran, elips, parabola atau hiperbola) disekitar porosnya. Dalam istilah modern, penemuan Archimedes ini berkaitan dengan integrasi atau integral.
- Tentang Spiral, yaitu tentang mengembangkan banyak sifat garis singgung spiral. Archimedes menggunakan spiral archimedean dalam bukunya untuk mengkuadratkan lingkaran dan membagi tiga sudut.
- Quadrature dari Parabola, yaitu risalah tentang geometri, menyajikan 24 proposisi mengenai parabola, yang berpuncak pada bukti bahwa luas segmen parabola (luas arsiran yang dikeliliingi parabola dan garis) adalah empat per tiga dari segitiga tertulis tertentu. Pernyataan masalah menggunakan metode kelelahan. Penemuan Archimedes ini tak tertandingi ketepatannya, sampai ditemukannya kalkulus integral pada abad ke-17, digantikan oleh rums kuadrat Cavalieri.
- Pemeriksa Pasir atau The Sand Reckoner, merupakan sebuah karya Archimedes tentang cara mengekspresikan ukuran alam semesta (model kontemporer) melalui jumlah butiran pasir, dengan membuat sistem notasi nilai-tempat dengan basis dari 100.000.000. Penemuan Archimedes ini tertuang dalam delapan halaman, juga berisi uraian paling rinci tentang sistem Heliosentris-nya Aristarchus dari Samos.
- Metode Mengenai Teorema Mekanik, Berisi uraian perjalanan Archimedes menjelaskan proses seluruh penemuan Archimedes dalam matematika.
Demikianlah ketujuh penemuan Archimedes yang sampai saat ini masih bermanfaat bagi kehidupan manusia, semoga informasi kali ini menambah khazanah wawasan pembaca semua. referensi: www.4muda.com
Info ruanglab lainnya:
- Mengerikan, Ini 5 Penemuan Paling Berbahaya di Dunia!
- Penemu Lensa Kacamata
- Jenis-Jenis Kapal Pengangkut Barang yang Ada di Indonesia
- Mengintip Sejarah Penemuan Petasan dan Kembang Api
- Penemu Hukum Gravitasi
