Tekanan Zat

Posted on

Tekanan Zat – Pernahkan Anda mengamati benda-benda yang ada di sekitar Anda? Banyak sekali benda-benda yang ada disekeliling Anda, misalnya batu, air, meja, baju, mobil dan lainnya.

Dapatkah Anda menyebutkan tekanan yang bekerja pada benda-benda tersebut? Misalnya jika Anda memiliki sebuah balon yang berisi gas lalu Anda tekan perlahan, maka balon hanya menujukkan sedikit perubahan, tetapi ketika Anda tekan dengan kuat, maka balon tersebut akan gepeng bahkan akan pecah.

Hal tersebut menunjukkan bahwa tekanan berhubungan dengan besarnya gaya yang bekerja pada benda tersebut. Tahukah Anda, yang dimaksud dengan tekanan? Faktor-faktor apa saja yang memengaruhi tekanan suatu benda?

Pada kesempatan kali ini akan dibahas tentang tekanan zat dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Untuk dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan di atas, pelajari materi berikut dengan seksama!

Tekanan pada Zat

Tekanan pada Zat Padat

Pernah Anda memperhatikan jejeak kaki orang membawa beban berat dan orang yang tidak membawa beban? Jika Anda amati jejak kaki orang yang membawa beban berat memiliki jejak yang lebih dalam dibandingkan dengan orang yang tidak membawa beban.

Hal tersebut dikarenakan besarnya dorongan (gaya) yang diberikan dan luas permukaan pijakan atau luas bidang tekanannya. 

Konsep tekanan ekuivalen dengan penyebaran gaya di atas suatu luas permukaan. Sehingga, apabila gaya yang diberikan pada suatu benda (F) semakin besar, maka tekanan (P) yang dihasilkan akan semakin besar.

Sebaliknya, semakin luas permukaan (A) suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara matematis, besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

        P = \(\frac{F}{A}\)

Keterangan :
    P = tekanan (Pa atau N/m2)
    F = gaya (N)
    A = luas permukaan N/m2)

Bila gaya diukur dalam satuan newtin (N) dan luas permukaan diukur dalam satuan meter persegi (m2), maka tekanan diukur dalam satuan newton per meter persegi (N/m2) atau pascal (Pa).

Pascal (pa) adalah satuan SI untuk tekanan. Sering kali tekanan diukur dalam satuan kilopascal (kPa). Satu kPa sama dengan 1.000 Pa.

Penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.

  1. Mata kapak dibuat tajam untuk memperbesar tekanan sehingga memudahkan tukang kayu dalam memotong atau membelah kayu. Orang yang memotong kayu dengan kapak yang tajam akan lebih sedikit mengeluarkan tenaganya daripada jika ia menggunakan kapak yang tumpul dengan gaya yang sama.
  2. Orang-orang yang hidup di daerah bersalju secara langsung telah memanfaatkan konsep tekanan. Mereka mebuat sepatu salju yang luas alasnya besar sehingga mampu memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju. Hal ini mempermudah mereka berjalan di atas salju.

Tekanan Pada Zat Cair

Tekanan pada zat cair pada dilihat pada prinsip fluida. Fluida akan bergerak dari daerah bertekanan tinggi menuju daerah bertekanan lebih rendah. Salah contoh dalam kehidupan sehari-hari, yaitu pada saat Anda meminum es menggunakan sebuah sedotan. 

Minuman es dari dalam gelas dapat naik ke dalam rongga mulut Anda melalui sedotan. Hal tersebut dikarenakan, tekanan udara yang mendorong ke bawah cairan di luar sedotan lebih besar daripada tekanan udara di dalam sedotan tersebut. Prinsip yang terjadi pada saat Anda minum melalui sedotan merupakan sifat penting yang dimiliki fluida.

Tekanan pada zat cair dibedakan menjadi dua, yaitu tekanan pada zat cair pada ruang terbuka dan tekanan pada zat cair pada ruang tertutup.

Tekanan Zat cair pada Ruang Terbuka

Pernahkah Anda mengamati orang yang sedang mengapung di atas air? Bagaimana hal itu bisa terjadi? Saat Anda mengapung di atas air, maka Anda akan merasakan ada yang mendorong badan Anda ke atas.

Hal tersebut merupakan salah satu peristiwa yang menunjukkan adanya tekanan pada zat cair pada ruang terbuka. Ada beberapa hukum yang sering kita terapkan dalam kehidupan sehari-hari tentang tekanan pada zat cair pada ruang terbuka.

Hukum Hodrostatika

Hukum utama tekanan hidrostatika yang berbunyi “Tekanan hidrostatika di setiap titik pada bidang datar di dalam zat cair sejenis, yang berada dalam keseimbangan adalah sama”.

Berdasarkan hukum tersebut, maka tekanan hidrostatika bergantung pada kedalaman atau ketinggian permukaan zat cair, massa jenis cair, dan percepatan gravitasi bumi. Alat yang biasa digunakan untuk mengamati tekanan hidrostatika disebut harti. Besarnya tekanan hidrostatika dirumuskan sebagai berikut.

Rumus:

         Ph = ρ . g . h

Ketarangan:

        Ph = Tekanan (N/m2)
          ρ = massa Denis zat cair (kg/m3)
          g = percepatan gravitasai (m/s2)
          h = tinggi zat cair (m)

Contoh:

Siska menyelam ke dasar laut dengan  kedalaman 5 m. Berapakah besar tekanan air yang dialami oleh Siska, jika diketahui massa jenis air 1.000 kg/m3 dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2?

Penyelesaian:

Diketahui : ρ = 1.000 kg/m3
                  g = 9,8 m/s2
                  h = 5 m 
Ditanya   : Ph = …. ? 

Jawab    : Ph = ρ . g . h
                     = (1.000 kg/m3) . (9,8 m/s2) . (5 m)
                     = 49.000 Pa
Jadi, besar tekanan air yang dialami oleh Siska adalah 49.000 Pa.

Hukum Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan adalah suatu wadah atau bejana yang tidak memiliki sekat atau terhubung satu sama lain. Adapun pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk U. Jika pipa U diisi  suatu zat cair, maka tinggi permukaan zat cair pada pipa itu sama.

Hukum bejana berhubungan berbunyi: “Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan berada dalam keadaan setimbang, maka permukaan zat cair dalam bejana-bejana terletak pada sebuah bidang datar”.

Rumus:

     ρ1 × h1 = ρ2 × h2

Keterangan:
ρ1 = massa Denis zat cair 1 (kg/m3)
h1 = tinggi permukaan zat cair 1 (m)
ρ2 = massa Denis zat cair 2 (kg/m3)
h2 = tinggi permukaan zat cair 2 (m)

Contoh:

Pada sebuah pipa U, terdapat air (massa jenis air 1.000 kg/m3) dan zat cair lain yang mengisi 8 cm bagian kiri pipa. Jika diketahui beda ketinggian permuakaan zat cair adalah 2 cm, maka hitunglah massa jenis zat cair tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui: h2 = h1 – Δh
                      = 8 cm – 2 cm
                      = 6 cm
                      = 6 × 10
                 ρ2  = 1.000 kg/m3
Ditanya: ρ= …?
Jawab: ρ1 × h1 = ρ2 × h2
ρ1 × 8 × 10-2 m = 1.000 kg/m3 × 6 × 10-2 m   
                     ρ1 = 750 kg/m3 
Jadi massa Denis zat cair tersebut atalha 750 kg/m3

Hukum Archimedes

Pernahkah Anda mengamati kapal terbuat dari besi dapat berlayar di laut? Bagaimana bisa kapal yang terbuat dari besi dapat mengapung di atas air? Hampir semua logam memiliki massa jenis yang lebih besar dari air.

Agar kapal laut tidak tenggelam badan kapal harus dubuat berongga. Hal ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar dan sebagai akibatnya air melakukan gaya angkat sebesar berat air yang dipindahkan.

Hukum Archimedes berbunyi: “Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Hukum Archimedes dapat dirumuskan sebagai berikut:

      Fa = Wu – Wa 

Keterangan:
Fa = gaya apung tau gaya ke atas (N)
Wu = gaya berat benda di dara (N)
Wa = gaya berat benda di dalam air (N)

Besarnya gaya apung bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak, maka semakin besar pula gaya apungnya. Secara matematis, ditulis sebagai berikut.

      Fa = Wf

Karena wf = mf . g dan mf = ρf . V, maka wf = ρf . V . g. 

      Fa = ρ . V . g

Keterangan:
Fa = gaya ke atas (N)
V = volume benda yang tercelup (m3)
ρ = massa Denis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (10 m/s2)

Contoh:

Sebuah benda yang diukur di daratan memiliki berat sebesar 500 N. Apabila benda tersebut dimasukkan ke dalam air, lalu diangkat oleh seseorang dengan gaya 250 N. Hitunglah berat benda tersebut di dalam air!

Penyelesaian:
Diketahui: Wdi udara = 500 N
                          Fa  = 250 N
Ditanya   : Wdi air = ….?
Jawab     : Wdi air = Wdi udara – Fa
                       = 500 N – 250 N
                       = 250 N
Jadi, besarnya berat batu tersebut di dalam air adalah 250 N.

Dengan menggunakan konsep gaya Archimedes, kedudukan suatu benda dalam zat cair dibedakan menjadi tiga, yaitu mengapung, melayang dan tenggelam.

Penerapan hukum Archimedes dapat Anda jumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih, misalnya: hidrometer, kapal selam dan galangan kapal, jembatan ponton dan lain-lain.

Tekanan Zat Cair pada Ruang Tertutup

Menurut Blaise Pascal (1623-1662) fisikawan asal Prancis menyatakan bahwa “Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala ara dengan sama besar”. Pernyataan Pascal ini dikenal dengan Hukum Pascal.

Banyak peralatan-peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan prinsip kerja Hukum Pascal, yaitu rem hidrolik, pompa sepeda, dongkrak hidrolik.

Rem Hidrolik

Apa yang terjadi lika sistem rem pada mobil tidak menggunakan Hukum Pascal? Mąką pengendara mobil akan memerlukan teenage besar untuk menghentikan laju mobil.

Dengan menerapkan Hukum Pascal pada sistem rem mobil, pengemudi Hanya perlu memberikan gaya kefil untuk mengurangi laju kendaraannya. Gaya ini berupa injakan kaki pada pedal rem.

Pompa Sepeda

Pernakah Anda memompa ban sepeda? Apakah Anda mengeluarkan banyak tenaga untuk melakukannya? Jika Anda merasakan kelelahan, maka data dipastikan bahwa Anda menggunakan pompa yang tidak memanfaatkan sistem Pascal.

Ada dua Jenis pompa, yaitu pompa biasa dan pompa hidrolik. Anda akan lebih mudah memompa ban sepeda menggunakan pompa hidrolik karena sedikit mengeluarkan tenaga.

Dongkrak Hidrolik

Dapatkah Anda menjelaskan prinsip kerja dongkrak hidrolik yang dapat mengangkat mobil yang berat dengan menggunakan gaya yang kecil?

Cara kerja dongkrak hidrolik adalah ketika sebuah gaya Fdiberikan melalui tuas dongkrak untuk menekan pengisap kecil A1 maka tekanan ini akan diteruskan oleh minyak kesegala arah.

Sehingga tekanan ini diteruskan oleh minyak ke pengisap besar A2. Tekanan P1 pada pengisap kecil A1 sama dengan tekanan P2 yang diterima pengisap besar A2. Sehingga data dirumuskan:

P1 = P2 ⇔ \(\frac{F1}{A1}\) = \(\frac{F2}{A2}\)

Keterangan:
F1 = gaya pada pengisap kecil (N)
F2 = gaya pada pengisap besar (N)
A1 = luas penampang pengisap kecil (m2)
A2 = luas penampang pengisap besar (m2)

Contoh:

Pada sebuah dongkrak terdapat dua luas penampang yang berbeda, yaitu luas penampang kecil dan luas penampang besar. Luas penampang keil sebesar 1 cm2 akan diberikan gaya sebesar 15 N, sehingga akan menghasilkan tekanan sebesar 15 N/cm2. Tekanan tersebuta akan diteruskan menuju luas penampang yang besar 100 cm2. Berapa gaya yang dihasilkan dari penampang besar tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: A1 = 1 cm2 
                 A2 = 100 cm
                 F1 = 15 N
                 P1 = 15 N cm2 

Ditanya: F2 = ……?

Jawab:

   \(\frac{F1}{A1}\) = \(\frac{F2}{A2}\)

   F2 = \(\frac{F1 x A2}{A1}\)

   F2 = \(\frac{15 x 100}{1}\)

   F2 = 1.500 N

Jadi gaya yang dihasilkan dari penampang besar adalah 1.500 N

Baca Juga: