1. Mengapa batu tenggelam dalam air sedangkan kayu terapung? 

Hukum Archimedes menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut ini.
\(F_{A}=\rho_{f}V_{bf}g\)
Keterangan:
\(F_{A}\) = gaya apung (N)
\(\rho_{f}\) = massa jenis zat cair \(\left(\frac{kg}{m^{3}}\right)\)
\(V_{bf}\) = volume benda dalam zat cair atau volume zat cair yang dipindahkan \(\left(m^{3}\right)\)
\(g\) = percepatan gravitasi \(\left(\frac{m}{s^{2}}\right)\)

Benda padat yang celupkan ke dalam zat cair dapat mengalami peristiwa terapung, melayang dan tenggelam. Ketiga peristiwa tersebut dapat terjadi dengan kondisi tertentu.
1. Terapung
\(\left(\rho_{b} < \rho_{f}\right)\) atau \(\left(F_{A}\geq W\right)\)
2. Melayang
\(\left(\rho_{b} = \rho_{f}\right)\) atau \(\left(F_{A}=W\right)\)
3. Tenggelam
\(\left(\rho_{b} > \rho_{f}\right)\) atau \(\left(F_{A} < W\right)\)

Pada soal ditanyakan mengapa batu tenggelam sedangkan kayu terapung jika dimasukkan ke dalam air? Misalkan batu dan kayu berbentuk balok dengan ukuran yang sama. Ketika kita meletakkan balok kayu di atas permukaan air. Mula-mula balok kayu akan masuk seluruhnya ke dalam air, selanjutnya balok kayu akan muncul ke permukaan air dan hanya sebagian balok kayu yang masuk ke dalam air. Artinya, balok kayu akan memindahkan air pada saat balok kayu mulai bergerak terbenam ke dalam air, namun hanya sampai berat air yang dipindahkan sama dengan berat balok kayu. Dalam keadaan demikian, gaya apung pada balok kayu lebih besar daripada berat balok kayu, sehingga balok kayu tersebut terapung.

Sedangkan, ketika balok batu diletakkan di atas permukaan air, balok itu mulai mendesak air saat masuk ke dalam air. Gaya apung mulai menekan balok itu ke atas. Namun gaya apung tidak cukup kuat untuk menahan balok batu. Jadi, balok tersebut tenggelam. Karena gaya apung yang bekerja pada balok batu tersebut lebih kecil daripada berat balok batu.

Nah, jadi yang menyebabkan kayu terapung dan batu tenggelam adalah besar gaya apungnya. Selain itu juga dipengaruhi oleh massa jenis benda. Massa jenis kayu lebih kecil daripada massa jenis batu. Sehingga berat kayu lebih ringan daripada berat batu.

Lalu, bagaimana dengan kapal? Mengapa kapal bisa terapung di lautan? Bukankah kapal yang terbuat dari besi memiliki massa jenis yang lebih besar daripada massa jenis air laut?
Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat berongga. Karena rongga ini, menyebabkan volume air laut yang dipindahkan oleh kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volume air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung tersebut mampu menahan berat total kapal sehingga kapal dapat mengapung di permukaan laut. Jika dijelaskan berdasarkan konsep massa jenis, maka massa jenis rata-rata besi berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut. Itulah sebabnya kapal terapung. Selain dipengaruhi oleh gaya apung juga dipengaruhi oleh massa jenis.

Pembahasan identifikasi masalah dan solusi

Dengan demikian, batu tenggelam ke dalam air karena gaya apung lebih kecil daripada berat batu dan massa jenis batu lebih besar daripada massa jenis air. Sedangkan, kayu terapung karena gaya apungnya lebih besar daripada berat kayu dan massa jenis kayu lebih kecil daripada massa jenis air.