Tekanan pada zat serta hukumnya

Definisi Tekanan

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) dan memiliki satuan SI Nnr². Satuan tekanan yang lain adalah pascal (Pa) dan bar.

1 Nnr^-2 = 1 Pa

Tekanan pada Zat Padat

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

Sebuah 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.

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.

P_h = p.g.h

dengan:

p_h = 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:          p_h -….?

Jawab:   p_h = p . g . h

= 1000 . 9,8 . 100

= 9,8 x 10⁵ N/m²

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 terbukadan manometer tertutup. Tekanan gas dalam ruang terbuka dapat diukur dengan menggunakanbarometer.

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. Perhatikan diagram manometer terbuka berikut ini.

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 m²A₂= 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

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

P_1. g.h₁=p_2.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:      p_t . g . h₁ = p₂g.h₂

p₁.10. 32      = 13,6 . 10 .1,4 p_l

= 0,595 gr/cm³

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.