Mengapa Kapal Bisa Mengapung? (Aku wae yo gumun jane...)

Teman-teman saya yang bukan teman kampus selalu saja menanyakan perihal judul diatas. Lucunya, dulu kadang saya sendiri juga bingung untuk menjelaskannya dan tentunya banyak orang awam, (mereka yang bukan pelaut/marine engineer) yang mungkin sangat penasaran tentang hal ini. Nah, artikel berikut ini akan membawa kita pada penjelasan mudah mengenai "mengapa kapal bisa mengapung?"

Cekidot...

Dengan berkembangnya bidang bidang pekerjaan yang memerlukan spesialisasi didalam asuransi laut dan industri-industri perdagangan internasional, dewasa ini banyak orang yang sehari-harinya berhubungan dengan kapal-kapal tidak sepenuhnya memahami aspek-aspek praktis dan teknis tertentu dari kegiatan ini. Hal inilah yang sering terlihat pada personil-personil pelaksana/eksekutif di bidang maritim tanpa latar belakang atau pengalaman berlayar, yang jumlahnya makin meningkat saja. Seri pertama tulisan dari Gard News bagi ‘mereka yang bukan pelaut’ (nonmariners) untuk memahami konstruksi dan pengoperasian kapal adalah sebuah penjelasan tentang ‘mengapa kapal-kapal itu bisa mengapung’, yang nyata merupakan awal yang penting.

Berat-jenis (density)

Agar bisa mengerti mengapa kapal bisa mengapung memerlukan pemahaman akan prinsip berat jenis. Setiap orang memiliki gagasan tentang apakah berat-jenis itu. Berat- jenis menjelaskan seberapa berat sesuatu terkait dengan ukurannya, atau massa per satuan volumenya. Dalam istilah teknis, berat jenis dari suatu benda (body) ditentukan sebagai berat (massa) dari benda itu dalam kg(kilogram) dibagi dengan volume luarnya (external) dalam satuan meter kubik (m3).

Formula/rumus untuk menetapkan berat jenis adalah:

Berat jenis = berat dibagi volume (kg / m3).

Beberapa contoh dariberat-jenis sejumlah fluida dan bahan-bahan padat:

- Air tawar : 1,000 kg/m3

- Air laut : 1,025 kg/m3

- Minyak tertentu: 850 kg/ m3

- Baja : 8,000kg/m3

- Kayu tertentu : 700kg/m3

Dari daftar diatas hanya minyak dan kayu yang secara alami mengapung di air. Hal ini disebabkan karena fluida dan bahan padat yang mengapung itu memiliki berat-jenis lebih kecil dari pada berat-jenis air. Dengan kata lain, daya-apung suatu benda (object’s buoyancy) ditentukan oleh berat-jenisnya terhadap berat-jenis cairan yang berada disekelilingnya. Pada saat menerapkan prinsip ini untuk kapal, adalah sesuatu yang wajar untuk bertanya, mengapa kapal yang memiliki lambung terbuat dari baja, yang berat jenisnya delapan kali lebih berat daripada air, bisa mengapung?
Batang baja akan langsung tenggelam, mengapa kapal tidak tenggelam?

Hukum Archimides

Di abad ketiga sebelum Masehi, ahli matematika dan filosofYunani Archimides menemukan prinsip daya apung (buoyancy) pada saat sedang bersantai di sebuah bak mandi. Pada saat memasuki bak mandi ia memperhatikan air tumpah keluar dari tepi bak mandi dan ia merasa lebih ringan. Archimides menyadari bahwa jumlah air yang tumpah keluar, setara dengan volume dari ruang yang ditempati (occupied) badannya, dan menyimpulkan bahwa sebuah benda (object) yang berada di dalam suatu fluida menerima gaya keatas setara dengan berat dari fluida yang dipindahkan oleh benda itu.

Karena besarnya gaya keatas setara dengan berat fluida yang dipindahkan, maka sebuah benda harus memindahkan sejumlah berat fluida yang lebih besar daripada beratnya sendiri agar bisa mengapung. Itu berarti bahwa agar bisa mengapung sebuah benda harus memiliki berat-jenis yang lebih rendah daripada fluidanya. Jika berat-jenis dari benda itu lebih besar daripada fluidanya, maka benda itu akan tenggelam.

Berat-jenis (rata-rata) dari kapal

Meskipun kapal dibangun dari bahan-bahan dengan berat-jenis yang lebih besar daripada air, berat jenis (rata-rata) dari kapal itu sendiri adalah berat keseluruhan (termasuk muatan/ kargo, bunker,barang-barang persediaan/stores, para awak dlsb.) dibagi dengan volume eksternal dari lambung kapal. Ini berarti bahwa lambung kapal harus memiliki volume eksternal yang cukup besar agar kapal secara keseluruhan bisa menghasilkan suatu berat-jenis yang sedikit lebih kecil daripada air dimana kapal itu mengapung. Karena itu kapal dirancang untuk mencapai hal itu. Sebagian besar dari interior/ruang-ruang di dalam kapal adalah udara (dibandingkan dengan batang baja yang pejal/padat), berat jenis (rata-rata) dari gabungan baja, bahanbahan lain dan udara bisa menjadi lebih kecil dari berat-jenis rata-rata dari air.

Jika logam baja dari lambung kapal pecah/robek, air akan mengalir masuk dengan cepat ke dalam kapal dan menggantikan udara yang ada di dalam kapal. Sebagai akibatnya berat-jenis rata-rata/secara keseluruhan dari kapal berubah dan tergantung pada besarnya perubahan, kapal kemungkinan bisa tenggelam.

Lambung-timbul (freeboard)

Di masa lampau, (banyak) kapal-kapal yang dibangun dan dimuati kargo di Eropa akan tenggelam pada saat kapal-kapal itu tiba/mencapai perairan tropis untuk pertama kalinya. Kargo dimuat di perairan laut yang dingin dan lebih asin (berat-jenisnya lebih besar), dan pada saat kapal tiba di perairan laut yang lebih hangat dan lebih kurang asin, berat (termasuk muatan/kargo, bunker,barang-barang persediaan/stores, para awak kapal dlsb.) dibagi dengan volume eksternal dari lambung kapal. Ini berarti bahwa lambung kapal harus memiliki volume eksternal yang cukup besar agar kapal secara keseluruhan bisa menghasilkan suatu berat-jenis yang sedikit lebih kecil daripada air dimana kapal itu mengapung. Karena itu kapal dirancang untuk mencapai hal itu.

Sebagian besar dari interior/ruang-ruang di dalam kapal adalah udara (dibandingkan dengan batang baja yang pejal/padat), sehingga berat jenis (rata-rata) dari gabungan baja, bahan-bahan lain dan udara bisa menjadi lebih kecil dari berat-jenis rata-rata dari air. Pada saat dimuati untuk pertama kalinya kapal akan mengapung karena air laut yang dingin dan lebih asin (ditempat memuat kargo) memiliki berat-jenis yang relatif masih lebih besar, yang berarti lebih sedikit air laut (setara dengan berat/massa dari kapal) yang dipindahkan. Pada saat kapal tiba diperairan yang lebih hangat dan kurang asin, akan lebih banyak lagi air laut (setara dengan berat/massa dari kapal) yang dipindahkan untuk mencapai keseimbangan (equilibrium). Kapal akan masuk lebih dalam ke air dan kalau masuknya kedalam air melebihi garis air (garis dimana lambung kapal bertemu dengan permukaan air) maka kapal akan tenggelam.

Masalah ini akhirnya terpecahkan dalam tahun 1870-an oleh Samuel Plimsoll, yang memberi tanda garis pada kapal-kapalnya yang kemudian menjadi terkenal sebagai Garis Plimsoll, sebuah tanda garis yang ditempatkan di samping tengah (kiri & kanan) kapal yang menunjukkan sarat/draft dari sebuah kapal dan menjadi tanda batas muat sebuah kapal untuk jenis-jenis perairan dan suhu-suhu air tertentu. Suatu batas jarak yang aman (safety margin) antara dek dan garis (permukaan) air ditetapkan dalam Konvensi Internasional tentang Load Line (sekarang diganti dengan ILLC 1966 besertaamandemennya yang terbaru) .Safety margin ini diciptakan dengan memperbesar volume eksternal dari lambung kapal sehingga garis deknya jauh meningkat  diatas garis (permukaan) air.Safety margin ini dikenal sebagai lambung-timbul atau freeboard.

Pada saat memasukkan freeboard (dalam perhitungan), berat-jenis (rata-rata) dari kapal adalah berat keseluruhan kapal dibagi dengan volume lambung luar bawah air dari kapal (termasuk pelat kulit, baling-baling dan daun kemudi kapal).

Tonase dari jumlah air yang di pindahkan (displacement tonnage)

Displasemen kapal (s h i p ’ s dispalcement) adalah volume air yang dipindahkan pada saat kapal mengapung yang diukur dalam meter kubik (m3), sementara displasemen tonase (tonnage displacement) adalah berat dari air yang dipindahkan pada saat kapal mengapung dengan tangki-tangki bahan-bakarnya penuh dan semua barang-barang persediaan kapal (stores) berada di kapal, dan diukur dalam metrik ton (MT setara dengan 1,000 kg). Displacement tonnage adalah berat sesungguhnya dari kapal, karena sebuah benda (object) yang mengapung memindahkan beratnya sendiri dalam air.

Sumber: imare-indonesia.