Tekanan merupakan suatu ukuran yang terdiri dari besarnya
gaya yang bekerja pada suatu benda untuk setiap satu satuan luas permukaan
bidang tekan. Tekanan dapat dinotasikan sebagai simbolp (pressure). Satuan tekanan yang
lain adalah pascal (Pa) dan bar.
A.
TEKANAN ZAT PADAT
Pada saat kita berjalan di atas tanah yang berlumpur jejak kaki
kita akan tampak membekas lebih dalam jika dibandingkan dengan jejak kaki kita
berjalan di tanah yang tak berlumpur. Gejala ini menunjukkan bahwa tekanan kaki
kita pada tanah berlumpur lebih besar dibandindingkan tekanan kaki kita pada
tanah yang tak berlumpur. Contoh lain dari peristiwa ini adalah pada waktu
menancapkan paku runcing lebih mudah daripada paku tumpul dan dengan pisau yang
tajam memudahkan kita memotong suatu benda.
tekanan pada suatu zat
padat dapat dinyatakan sebagai gaya per satuan luas penampang. Secara
matematis, tekanan dapat dinyatakan sebagai berikut.
dengan:
p = f/a
p = tekanan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas bidang tekan (m2)
Contoh soal
truk mempunyaii
delapan roda berisi 2,5 ton muatan dan akan melintasi jembatan. luas permukaan
bidang sentuh roda dengan permukaan jalan seluruhnya adalah 400 cm2. Berapakah
tekanan yang dialami setiap ban?
Penyelesaian:
Diketahui: m =
2,5 ton = 2500 kg
A = 400 cm2 = 4 x 10″2 m2
g = 10 m/s2 Ditanyakan: p =….?
p = f/a =m.g/A
= 2500×10 0,04
= 625.000 N/m2
Tekanan seluruh ban
adalah 625.000 N/m2 atau 625.000 Pa. Dengan demikian, tekanan untuk setiap ban
adalah: I/8 x p = 1/8 x 625000 = 78.125 Pa.
B. TEKANAN PADA ZAT CAIR
Tekanan pada zat cair
sering disebut juga dengan tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis ini
tergantung pada suatu tingkatan kedalaman dan berat jenis pada zat cair.
Tekanan pada zat cair mengarah ke segala arah. Rumus tekanan hidrostatis
sebagai berikut.
Ph = p.g.h
dengan:
ph = tekanan hidrostatis
zat cair (N/m2)
p = massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi
(m/s2)
h = kedalaman dari
permukaan (m)
Contoh Soal
Seorang anak menyelam di
kedalaman 100 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis air adalah 1.000 kg/m3
dan percepatan gravitasi adalah 9,8 m/s2 maka berapakah tekanan hidrostatis
yang dialami anak tersebut? Penyelesaian:
Diketahui:
h = 100 m
p = 1000 k g/m3
g = 9,8 m/s2
Ditanyakan: ph -….?
Jawab: ph = p . g . h
= 1000 . 9,8 . 100
= 9,8 x 105 N/m2
C. TEKANAN PADA ZAT GAS
Gas-gas yang ada di
dalam ruangan yang tertutup akan mengeluarkan udar dan menekan ke segala arah dengan sama besar.
Tekanan gas pada ruang tertutup bisa diukur dengan menggunakan 2 alat yang berbeda
yang masing-masing namanya seperti
manometer terbuka dan manometer tertutup. Tekanan gas dalam ruang
terbuka dapat diukur dengan menggunakan barometer.
Manomemeter terbuka ini
terdiri dari tabung pipa kapiler yang bentuknya seperti huruf U yang terhubung
dengan tabung gas. Besar tekanan udara yang terbaca pada suatu sisi pipa yang
terbuka sama dengan tekanan gas dalam suatu tabung.
I. Hukum Pascal
Hukum Pascal adalah
hukum yang menerangkan tentang suatu sifat tekanan pada zat cair. Hukum Pascal
menyatakan bahwa:
“Tekanan yang diberikan
pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama
besar.”
dengan:
F1 = gaya pada penampang
A1(N)
F2 = gaya pada penampang
A2(N)
A1= luas penampang 1
(m2)
A2 = luas penampang 2
(m2)
Peralatan yang
menggunakan prinsip hukum Pascal, antara lain seperti rem hidrolik, pompa
hidrolik, dan dongkrak hidrolik.
Contoh Soal
Sebuah beban akan
diangkat dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Massa beban 64 ton diletakkan di
atas penampang A seluas 0,5 m2. Berapakah gaya yang harus diberikan
pada penampang B
(luasnya 11/88 kali penampang A) agar
beban dapat terangkat?
Penyelesaian:
Diketahui: A1= 0,5 m2
A2= 1/8 A1
g = 10 m/s2
Fi = w = m . g = 64000
kg x 10 = 640.000 N Ditanyakan: F2 = ….?
Jawab: f1/f2 = f2/A2
640000/A1 = F2/1/8 A1
F2 = 1/8 x 640000 =
80.000 N
II. Hukum Bejana Berhubungan
Dalam suatu Hukum bejana
berhubungan menyatakan bahwa:
“apabila bejana
berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, maka pada keadaan kesetimbangan
permukaan zat cair dalam bejana berada dalam satu bidang datar.” Hukum ini
tidak berlaku pada suatu bejana yang berisi kan cairan tak sejenis dan pipa
kapiler. Secara matematis, hukum bejana berhubungan dirumuskan sebagai berikut.
P, = P2
P1. g.h1=p2.g.h2
dengan:
p1 = tekanan zat cair 1
(Nnr2) p2 = massa jenis zat
cair 2 (kgnr3)
p2 = tekanan zat cair 2
(Nnr2) h1= tinggi
permukaan zat cair 1 (m)
P1 = massa jenis zat
cair 1 (kgnr3) h2 = tinggi
permukaan zat cair 2 (m)
Contoh Soal
Ke dalam kaki 1 pipa U
dimasukkan cairan setinggi 32 cm dan ke dalam kaki 2 dimasukkan raksa dengan
massa jenis 13,6 gr/cm3. Ketinggian bidang batas adalah 1,4 cm. Berapakah massa
jenis cairan tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
32 cm
h2 = 1,4 cm p2 = 13,6
gr/cm3 Ditanyakan: p1 = ….? Jawab:
pt . g . h1 = p2g.h2
p1.10. 32 = 13,6 . 10 .1,4 pl
= 0,595 gr/cm3
III. Hukum Archimedes
Hukum Archimedes hanya
berlaku pada zat yang dinamakan fluida. Zat yang termasuk dalam fluida adalah
zat cair dan gas. “Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat
cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya itu sebanding dengan berat zat
cair yang dipindahkan.”
Dalam hukum
Archimedes ternyata bisa diterapkan
dalam kehidupan sehari-hari kita antara lain sebagai berikut.
1. Hidrometer, yaitu alat untuk mengukur massa jenis relatif
zat cair terhadap air.
2. Jembatan ponton, yakni jembatan yang menggunakan
drum-drum kosong berisi udara.
3. Kapal laut dan
kapal seiam.
4. Galangan kapal, yakni alat untuk mengangkat kapal laut ke
permukaan air.
5. Balon udara.
1. Hukum
Archimedes
Apabila kamu berdiri di
dalam kolam renang yang sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut,
kamu akan merasakan seolah-olah badan kamu semakin ringan.
Bahkan apabila air kolam
sudah sampai kepala, maka kamu akan dapat terapung. Prinsip tersebut juga biasa
digunakan agar kapal laut terapung di permukaan air.
Ketika suatu benda
dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa
tersebut tentu bukan karena ada massa benda yang hllang, akan tetapi disebabkan
oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat
benda.
Seorang ahli fisika yang
bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya ke dalam
bak mandi.
Ternyata Archimedes
merasakan beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut
dengan gaya apung (Fa). Gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan
berat benda di dalam air.
Fa = wu – wa
dengan :
Fa = gaya apung (N)
wu = gaya berat benda di udara (N)
wa = gaya berat benda di air (N)
Besarnya gaya apung
tergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda. Semakin besar air yang
didesak, maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuan ini dikenal
dengan Hukum Arcihemedes, yang menyatakan :
“jika suatu benda
dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, maka benda akan
mendapatkan gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair
yang desak oleh benda tersebut.”
Secara matematis ditulis
:
Fa = wf
Karena
wf = mf x g
dan
mf = ρf x V
maka
wf = ρf x V x g
dengan :
Fa = gaya apung (N)
ρf = massa jenis za cair
(kg/m3)
V = volume air yang
didesak atau volume benda yang tercelup (m3)
g = percepatan gravitasi
(m/s2)
Benda di dalam zat cair
dapat berada pada tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.
0 komentar: