Pada topik sebelumnya kalian telah mempelajari konsep Tekanan. Mari kita
ingat kembali apa itu konsep tekanan. Tekanan (P) merupakan besar gaya
(F) yang bekerja tiap satuan luas (A) , sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut.
Dalam
topik kali ini kalian akan mempelajari tekanan pada zat cair yang diam atau
disebut tekanan hidrostatis. Pernahkah kalian berenang di kolam? Ketika kalian
berenang dan mencoba menyelam, apa yang kalian rasakan ketika menyelam semakin
dalam? Ya, ketika menyelam semakin ke dalam kalian akan merasakan sakit pada
telinga. Kemudian adakah pengaruh massa jenis (ρ) terhadap tekanan
hidrostatisnya? Untuk menjawab pertanyaan di atas, berikut ini ulasannya.
Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatis.
1. Massa jenis zat cair (ρ).
2. Percepatan gravitasi (g).
3. Kedalaman benda dari permukaan zat cair (h).
Berdasarkan faktor-faktor di atas, besarnya tekanan hidrostatis dapat dirumuskan sebagai berikut.
Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatis.
1. Massa jenis zat cair (ρ).
2. Percepatan gravitasi (g).
3. Kedalaman benda dari permukaan zat cair (h).
Berdasarkan faktor-faktor di atas, besarnya tekanan hidrostatis dapat dirumuskan sebagai berikut.
Dengan;
Ph = Tekanan hidrostatis (N/m2 atau Pa);
ρ = Massa jenis zat cair (kg/m3);
g = Percepatan gravitasi (m/s2); dan
h = Kedalaman benda dari permukaan zat cair (m).
Berdasarkan persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa besarnya tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan massa jenis zat cair dan kedalaman benda. Artinya, semakin besar massa jenis dan kedalaman benda dari permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatisnya juga akan semakin besar. Sebaliknya semakin kecil massa jenis dan kedalaman benda dari permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatisnya juga akan semakin kecil.
Ph = Tekanan hidrostatis (N/m2 atau Pa);
ρ = Massa jenis zat cair (kg/m3);
g = Percepatan gravitasi (m/s2); dan
h = Kedalaman benda dari permukaan zat cair (m).
Berdasarkan persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa besarnya tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan massa jenis zat cair dan kedalaman benda. Artinya, semakin besar massa jenis dan kedalaman benda dari permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatisnya juga akan semakin besar. Sebaliknya semakin kecil massa jenis dan kedalaman benda dari permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatisnya juga akan semakin kecil.
Contoh
Seekor ikan sedang berada di kolam pada kedalaman 2 m dari permukaan air jika massa jenis air 1000 kg/ m3, dan percepatan gravitasi 10 m/s2. Tentukan besarnya tekanan hidrostatis yang dialami ikan tersebut.
Penyelesaian
Diketahui
ρ= 1000 kg/m3
g= 10 m/s2
h = 2 m
Ditanyakan: Ph ?
Jawab
Ph = ρ x g x h
Ph = 1000 x 10 x 2 = 20000 Pa
Jadi besarnya tekanan hidrostatis yang dialami ikan tersebut adalah 20.000 Pa
Seekor ikan sedang berada di kolam pada kedalaman 2 m dari permukaan air jika massa jenis air 1000 kg/ m3, dan percepatan gravitasi 10 m/s2. Tentukan besarnya tekanan hidrostatis yang dialami ikan tersebut.
Penyelesaian
Diketahui
ρ= 1000 kg/m3
g= 10 m/s2
h = 2 m
Ditanyakan: Ph ?
Jawab
Ph = ρ x g x h
Ph = 1000 x 10 x 2 = 20000 Pa
Jadi besarnya tekanan hidrostatis yang dialami ikan tersebut adalah 20.000 Pa
Pernahkah kalian berpikir kenapa kapal laut bisa mengapung? Balon udara
dapat terbang? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, marilah kita pelajari topik
tentang hukum Archimedes. Misalkan sebuah ember berisi penuh air, kemudian kamu
mencelupkan salah satu kakimu ke dalam air, apa yang terjadi? Ya, air di dalam
ember akan tumpah. Kalau kalian cermati berat air yang tumpah akan sama dengan
gaya apungnya. Apa itu gaya apung? Untuk lebih memahaminya, mari cermati ulasan
berikut.
Misalkan sebuah benda memiliki berat di udara sebesar 1,2 N, kemudian benda tersebut dicelupkan ke dalam air. Berat yang dihasilkan benda saat berada di air adalah 1 N. Berdasarkan kondisi tersebut, terdapat sedikit perbedaan berat benda di udara dengan berat benda di air. Berat benda di air lebih kecil dibandingkan berat benda di udara. Berat benda di air disebut juga berat semu. Hal ini dikarenakan saat benda dicelupkan ke dalam air, benda mengalami gaya ke atas yang arahnya berlawanan dengan gaya berat. Gaya ke atas inilah yang disebut dengan gaya apung. Besarnya gaya apung ini dapat dinyatakan sebagai selisih antara berat benda di udara dengan berat benda di air. Secara matematis gaya apung dapat dirumuskan sebagai berikut.
Misalkan sebuah benda memiliki berat di udara sebesar 1,2 N, kemudian benda tersebut dicelupkan ke dalam air. Berat yang dihasilkan benda saat berada di air adalah 1 N. Berdasarkan kondisi tersebut, terdapat sedikit perbedaan berat benda di udara dengan berat benda di air. Berat benda di air lebih kecil dibandingkan berat benda di udara. Berat benda di air disebut juga berat semu. Hal ini dikarenakan saat benda dicelupkan ke dalam air, benda mengalami gaya ke atas yang arahnya berlawanan dengan gaya berat. Gaya ke atas inilah yang disebut dengan gaya apung. Besarnya gaya apung ini dapat dinyatakan sebagai selisih antara berat benda di udara dengan berat benda di air. Secara matematis gaya apung dapat dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
Fu = Gaya apung (N);
Wu = Berat benda di udara (N); dan
Wa = Berat benda di air (N).
Fu = Gaya apung (N);
Wu = Berat benda di udara (N); dan
Wa = Berat benda di air (N).
Besarnya gaya apung ini bergantung pada berat zat cair yang dipindahkannya.
Semakin banyak zat yang dipindahkan, maka gaya apungnya semakin besar pula.
Inilah penemuan yang dilakukan oleh Archimedes dan
menghasilkan hukum Archimedes yang berbunyi “Apabila suatu benda dicelupkan
sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, benda akan mengalami gaya ke atas
(gaya apung) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan”. Secara
matematis gaya apung juga dapat dirumuskan sebagai berikut.
Dengan:
Fu = Gaya apung (N);
ρ = massa jenis cairan (kg/m3);
g = percepatan gravitasi (m/s2); dan
V = Volume benda yang tercelup ke cairan/ fluida (m3).
Fu = Gaya apung (N);
ρ = massa jenis cairan (kg/m3);
g = percepatan gravitasi (m/s2); dan
V = Volume benda yang tercelup ke cairan/ fluida (m3).
Jika kita mencelupkan benda ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan
kondisi yang akan dialami benda tersebut. Kondisi tersebut akan dijabarkan
sebagai berikut.
1. Tenggelam
Peristiwa tenggelam akan terjadi ketika gaya apungnya (Fu) lebih kecil dari berat bendanya (W) atau massa jenis cairan(ρf) lebih kecil daripada massa jenis benda (ρb). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Fu < W atau ρf < ρb
2. Melayang
Peristiwa melayang akan terjadi ketika gaya apungnya (Fu) sama dengan berat bendanya (W) atau massa jenis zat cair (ρf) sama dengan massa jenis benda (ρb). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Fu = W atau ρf = ρb
3. Mengapung
Peristiwa mengapung akan terjadi ketika gaya apung (Fu) lebih besar dari berat bendanya (W) atau massa jenis zat cair (ρf) lebih besar daripada massa jenis benda (ρb). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Fu > W atau ρf > ρb
1. Tenggelam
Peristiwa tenggelam akan terjadi ketika gaya apungnya (Fu) lebih kecil dari berat bendanya (W) atau massa jenis cairan(ρf) lebih kecil daripada massa jenis benda (ρb). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Fu < W atau ρf < ρb
2. Melayang
Peristiwa melayang akan terjadi ketika gaya apungnya (Fu) sama dengan berat bendanya (W) atau massa jenis zat cair (ρf) sama dengan massa jenis benda (ρb). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Fu = W atau ρf = ρb
3. Mengapung
Peristiwa mengapung akan terjadi ketika gaya apung (Fu) lebih besar dari berat bendanya (W) atau massa jenis zat cair (ρf) lebih besar daripada massa jenis benda (ρb). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Fu > W atau ρf > ρb
Setelah mengetahui tentang gaya apung dan kasus benda tenggelam, melayang,
dan mengapung, maka dapat dijelaskan bahwa kapal laut dapat mengapung karena
pada bagian bawah kapal terdapat rongga udara. Jadi, zat cair yang dipindahkan
menjadi lebih besar. Akibatnya gaya apung kapal lebih besar dibandingkan dengan
beratnya. Hukum Archimedes tidak hanya berlaku pada zat cair, tetapi juga
berlaku pada udara. Hal ini ditunjukkan dengan balon udara yang dapat terbang
karena gaya ke atasnya lebih besar dibandingkan beratnya. Selain kapal laut dan
balon udara, contoh lain penerapan hukum Archimedes terdapat pada hidrometer,
jembatan ponton, dan kapal selam.
Percobaan Kapilaritas
Pernahkan kalian berpikir kenapa minyak tanah pada kompor bisa naik melalui
sumbu? Bagaimana tumbuh-tumbuhan mengangkut air dari tanah ke daun? Untuk
mempelajari fenomena tersebut marilah kita pelajari topik tentang gejala
kapilaritas berikut ini.
Gejala kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya permukaan cairan pada pipa kapiler. Mengapa cairan itu bisa naik atau turun? Penyebabnya karena adanya gaya kohesi dan gaya adhesi. Berikut ini akan dijelaskan terlebih dahulu tentang gaya kohesi dan gaya adhesi.
Gejala kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya permukaan cairan pada pipa kapiler. Mengapa cairan itu bisa naik atau turun? Penyebabnya karena adanya gaya kohesi dan gaya adhesi. Berikut ini akan dijelaskan terlebih dahulu tentang gaya kohesi dan gaya adhesi.
Kohesi
Setiap zat memiliki partikel-partikel yang senantiasa tarik-menarik. Akibat tarik-menarik itu terjadilah kohesi. Kohesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis. Contohnya gaya tarik menarik antara partikel-partikel gelas, air maupun raksa.
Setiap zat memiliki partikel-partikel yang senantiasa tarik-menarik. Akibat tarik-menarik itu terjadilah kohesi. Kohesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis. Contohnya gaya tarik menarik antara partikel-partikel gelas, air maupun raksa.
Adhesi
Adhesi adalah gaya tarik-menarik di antara partikel-partikel yang tidak sejenis. Contohnya pada gelas yang diisi air, akan terjadi gaya tarik menarik antara partikel-partikel gelas dengan partikel-partikel air, pada gelas yang diisi raksa akan terjadi gaya tarik-menarik antara partikel-partikel gelas dengan partikel-partikel raksa, pada papan tulis dengan kapur akan terjadi gaya tarik-menarik antara partikel-partikel papan tulis dengan partikel kapur, dan lain sebagainya.
Adanya gaya kohesi dan adhesi mengakibatkan gejala meniskus cekung dan meniskus cembung ketika zat cair dimasukan ke dalam gelas/ kaca. Berikut penjelasannya.
1. Meniskus cekung, yaitu permukaan zat cair yang mencekung akibat adhesi partikel gelas dengan partikel air lebih kuat daripada kohesi partikel air.
2. Meniskus cembung, yaitu permukaan zat cair yang mencembung akibat kohesi partikel raksa lebih kuat daripada adhesi partikel raksa dengan partikel gelas.
Adhesi adalah gaya tarik-menarik di antara partikel-partikel yang tidak sejenis. Contohnya pada gelas yang diisi air, akan terjadi gaya tarik menarik antara partikel-partikel gelas dengan partikel-partikel air, pada gelas yang diisi raksa akan terjadi gaya tarik-menarik antara partikel-partikel gelas dengan partikel-partikel raksa, pada papan tulis dengan kapur akan terjadi gaya tarik-menarik antara partikel-partikel papan tulis dengan partikel kapur, dan lain sebagainya.
Adanya gaya kohesi dan adhesi mengakibatkan gejala meniskus cekung dan meniskus cembung ketika zat cair dimasukan ke dalam gelas/ kaca. Berikut penjelasannya.
1. Meniskus cekung, yaitu permukaan zat cair yang mencekung akibat adhesi partikel gelas dengan partikel air lebih kuat daripada kohesi partikel air.
2. Meniskus cembung, yaitu permukaan zat cair yang mencembung akibat kohesi partikel raksa lebih kuat daripada adhesi partikel raksa dengan partikel gelas.
Kapilaritas
Jika air berada pada pipa kapiler, maka air akan naik pada bagian pipa terkecil. Peristiwa ini dinamakan kapilaritas. Kapilaritas ini terjadi akibat gaya adhesi yang lebih besar dari gaya kohesi.
Adapun contoh peristiwa kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari.
1. Naiknya air tanah melalui akar dengan pembuluh-pembuluh tumbuhan.
2. Naiknya minyak tanah pada sumbu kompor sehingga kompor dapat menyala.
3. Naiknya air pada musim hujan sehingga dinding rumah basah.
4. Cairan tinta yang tumpah dapat diserap oleh kapur tulis atau kertas isap.
Jika air berada pada pipa kapiler, maka air akan naik pada bagian pipa terkecil. Peristiwa ini dinamakan kapilaritas. Kapilaritas ini terjadi akibat gaya adhesi yang lebih besar dari gaya kohesi.
Adapun contoh peristiwa kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari.
1. Naiknya air tanah melalui akar dengan pembuluh-pembuluh tumbuhan.
2. Naiknya minyak tanah pada sumbu kompor sehingga kompor dapat menyala.
3. Naiknya air pada musim hujan sehingga dinding rumah basah.
4. Cairan tinta yang tumpah dapat diserap oleh kapur tulis atau kertas isap.
Pada topik
sebelumnya, kalian telah mempelajari konsep tekanan hidrostatis atau tekanan
pada zat cair yang diam. Tekanan hidrostatis dipengaruh oleh massa jenis zat
cair (ρ), percepatan gravitasi (g), dan kedalaman benda dari
permukaan zat cair (h).
Dalam topik kali ini kita akan mempelajari bagaimana tekanan zat cair dalam ruang tertutup. Banyak sekali pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya terdapat pada dongkrak hidrolik, rem hidrolik, pompa hidrolik, dan alat pengangkat berat. Jika terdapat suatu cairan dalam ruang tertutup kemudian kamu tekan, kemanakah cairan tersebut diteruskan? Inilah ide awal yang muncul dari pemikiran Pascal. Kalian dapat membuktikan sendiri ide tersebut dengan cara sebagai berikut.
1. Menyiapkan satu buah suntikan bekas.
2. Memberikan beberapa lubang dengan kedalaman yang sama pada bagian bawah suntikan.
Perhatikan gambar di bawah ini.
Dalam topik kali ini kita akan mempelajari bagaimana tekanan zat cair dalam ruang tertutup. Banyak sekali pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya terdapat pada dongkrak hidrolik, rem hidrolik, pompa hidrolik, dan alat pengangkat berat. Jika terdapat suatu cairan dalam ruang tertutup kemudian kamu tekan, kemanakah cairan tersebut diteruskan? Inilah ide awal yang muncul dari pemikiran Pascal. Kalian dapat membuktikan sendiri ide tersebut dengan cara sebagai berikut.
1. Menyiapkan satu buah suntikan bekas.
2. Memberikan beberapa lubang dengan kedalaman yang sama pada bagian bawah suntikan.
Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 1.
Tabung Berlubang yang Diberi Tekanan
3. Ketika kalian menekan bagian atas suntikan, air akan keluar dari lubang dengan sama besar/ merata.
Dapat disimpulkan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair di ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Inilah yang disebut Hukum Pascal.
3. Ketika kalian menekan bagian atas suntikan, air akan keluar dari lubang dengan sama besar/ merata.
Dapat disimpulkan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair di ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Inilah yang disebut Hukum Pascal.
Lalu
bagaimana dengan alat-alat yang bekerja menggunakan prinsip hukum Pascal,
seperti dongkrak hidrolik yang dapat mengangkat mobil/ beban yang besar dengan
sedikit tenaga? Bagaimana penggunaan hukum Pascal pada alat-alat tersebut?
Perhatikan gambar berikut ini.
Perhatikan gambar berikut ini.
Gambar 2.
Bejana yang dihubungkan oleh selang sempit
Penampang 1 memiliki luas (A1) kemudian diberi gaya sebesar F1. Adanya gaya F1 akan membuat cairan mengalir ke penampang 2 yang memiliki luas (A2), sehingga menghasilkan gaya (F2). Menurut hukum Pascal, tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, sehingga tekanan pada penampang 1 (P1) sama dengan tekanan pada penampang ke 2 (P2), atau P1 = P2 . Mengacu pada persamaan tekanan secara umum, dapat dirumuskan kembali sebagai berikut.
Penampang 1 memiliki luas (A1) kemudian diberi gaya sebesar F1. Adanya gaya F1 akan membuat cairan mengalir ke penampang 2 yang memiliki luas (A2), sehingga menghasilkan gaya (F2). Menurut hukum Pascal, tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, sehingga tekanan pada penampang 1 (P1) sama dengan tekanan pada penampang ke 2 (P2), atau P1 = P2 . Mengacu pada persamaan tekanan secara umum, dapat dirumuskan kembali sebagai berikut.
Keterangannya
sebagai berikut.
F1 = gaya yang bekerja pada penampang 1
F2 = gaya yang bekerja pada penampang 2
A1 = luas penampang 1
A2 = luas penampang 2
r1 = jari-jari penampang 1
r2 = jari-jari penampang 2
D1 = diameter penampang 1
D2 = diameter penampang 2
Berdasarkan persamaan di atas, untuk menghasilkan gaya yang besar, diperlukan luas penampang yang besar pula. Inilah salah satu prinsip kerja dari dongkrak hidrolik, sehingga dapat mengangkat mobil yang berat dengan gaya yang kecil.
F1 = gaya yang bekerja pada penampang 1
F2 = gaya yang bekerja pada penampang 2
A1 = luas penampang 1
A2 = luas penampang 2
r1 = jari-jari penampang 1
r2 = jari-jari penampang 2
D1 = diameter penampang 1
D2 = diameter penampang 2
Berdasarkan persamaan di atas, untuk menghasilkan gaya yang besar, diperlukan luas penampang yang besar pula. Inilah salah satu prinsip kerja dari dongkrak hidrolik, sehingga dapat mengangkat mobil yang berat dengan gaya yang kecil.