Tekanan pada Zat Cair

Tekanan zat cair bergantung pada kedalaman zat cair yaitu makin dalam, tekanan zat cair makin besar. Hal ini menjadi alasan kenapa saat membuat tanggul atau bendungan tembok bagian bawah dibuat lebih tebal daripada bagian atasnya. Tekanan yang ditimbulkan zat cair juga ditentukan oleh massa jenis zat cair. Semakin besar massa jenis zat cair, makin besar tekanan di dalam zat cair tersebut. Sehingga tekanan yang ditimbulkan oleh air akan lebih besar dibandingkan tekanan yang yang ditimbulkan oleh minyak atau alkohol.

Proses Fisika yang terjadi pada bejana U seperti itu diselidiki oleh Blaise Pascal. Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Pascal yang dikemukakan oleh Pascal pada 1653. Berdasarkan hukum pascal ini diperoleh prinsip bahwa dengan gaya yang kecil dapat menghasilkan suatu gaya yang lebih besar.

Air memancar keluar dengan kekuatan sama, jauh pancaran sama, hal ini menunjukkan bahwa tekanan yang dialami air tersebut sama besar. Air yang memancar melalui lubang-lubang itu mendapat tekanan dari itu yang tertekan, tekanan itu diteruskan air ke segala arah dengan sama besar.

Hukum Pascal dapat dirumuskan secara matematik sebagai berikut.

P1 = Tekanan pada penampang 1 (Pascal)
P2 = Tekanan pada penampang 2 (Pascal)
F1 = Gaya yang terjadi pada penampang 1 (N)
F2 = Gaya yang terjadi pada penampang 2 (N)
A1 = Luas penampang 1 (m2)
A2 = Luas penampang 2 (m2)

Satuan gaya F1 maupun F2 harus sama, demikian juga satuan A1 dan A2. Untuk memudahkan ubahlah semua satuan ke dalam Sistem Internasional.

Perhatikan video berikut ini agar kalian lebih dapat memahami materi ini

dan kerjakan LKPD TEKANAN ZAT CAIR berikut.

Hukum Pascal dapat juga terjadi pada aliran darah pada tubuh kita. Aliran darah pada tubuh kita berada dalam suatu ruang tertutup yakni di dalam ruang tertutup. Darah mengalir melalui suatu pembuluh darah. Jika orang yang sehat (normal), pembuluh darah orang yang sehat bersih tanpa ada penghambat. Sehingga orang yang normal aliran tekanan darahnya pun stabil.

Tetapi jika orang yang misalnya terkena penyakit tekanan darah tinggi karena kelebihan kolesterol makan pembuluh darahnya akan lebih menyempit. Sehingga jantung akan bekerja lebih keras dalam memompa lebih keras yang bahkan dapat menyebabkan pecahnya pembuluh darah. Penyebab lain tekanan darah tinggi yang dapat menyempitkan pembuluh darah adalah faktor keturunan, stres, usia, kebiasan merokok, dan minuman beralkohol.

Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh air ke semua arah pada titik ukur manapun akibat adanya gaya gravitasi. Tekanan hidrostatis akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air.

Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Jadi, semakin dalam kita menyelam dari permukaan air, maka akan semakin banyak volume air yang ada di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang diberikan air pada tubuh kita (tekanan hidrostatis) akan semakin besar.

Tekanan hidrostatis pada titik kedalaman berapapun tidak dipengaruhi oleh berat air, luasan permukaan air, ataupun bentuk bejana air. Tekanan hidrostatis menekan ke segala arah. Satuan tekanan adalah Newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa).

Rumus tekanan hidrostatis diformulasikan dengan:

$\rho_{hidro} = \rho g h$

dimana:

$\rho$ adalah berat jenis air (untuk air tawar, $\rho = 1000kg/m^3$ );
g adalah besar percepatan gravitasi (percepatan gravitasi di permukaan bumi sebesar g = 9,8 m/s2;
h adalah titik kedalaman yang diukur dari permukaan air.

Jadi semakin besar jarak titik ukur dengan permukaan air, maka akan semakin besar tekanan hidrostatis pada titik tersebut. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar dibawah dimana semakin besar ketinggian air, maka akan semakin besar pula tekanan hidrostatis di dasar bejana. Akibatnya, air akan muncrat lebih jauh pada bejana sebelah kanan karena tekanan yang lebih tinggi dibandingkan bejana di sebelah kiri.

Rumus diatas digunakan untuk mengetahui nilai tekanan hidrostatis pada bejana tertutup (contohnya: tekanan pada titik tertentu pada air di dalam botol tertutup, tangki air atau tong air yang tertutup).

Jika kita ingin menghitung besar total tekanan pada suatu titik di bawah permukaan air pada tempat terbuka seperti pada danau dan laut dan segala kontainer/wadah terbuka, maka kita perlu menambahkan besar tekanan atmosfer pada perhitungan. Sehingga, total tekanan hidrostatis pada kondisi terbuka adalah sama dengan tekanan hidrostatis air pada titik tersebut ditambah besar tekanan yang bekerja pada permukaan air yang dirumuskan dengan:

$P_{total} = P_{hidro} + P_{atm}$

$P_{total} = \rho g h + P_{atm}$

dimana $P_{atm}$ adalah tekanan atmosfer (tekanan atmosfer pada permukaan laut sebesar $P_{atm} = 1,01 x 10^5 Pa$ ).

Agar dapat lebih memahami prinsip tekanan, perhatikan gambar diatas.

Tekanan total yang diterima oleh si pemancing adalah sebesar tekanan atmosfer (kita senantiasa menerima tekanan atmosfer setiap saat), sehingga: $P_1 = P_{atm}$ .
Tekanan total yang diterima penyelam bertangki kuning adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman h2, sehingga: $P_2 = \rho g h_2 + P_{atm}$ .
Tekanan total yang diterima penyelam bertangki merah adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman h3, sehingga: $P_3 = \rho g h_3 + P_{atm}$ .

Karena $h_3 > h_2$ , maka $P_3 > P_2$ .

https://www.studiobelajar.com/tekanan-hidrostatis/

Bunyi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup baik keseluruhan maupun sebagian dalam fluida, maka benda tersebut akan menerima dorongan gaya ke atas (atau gaya apung). Besarnya gaya apung yang diterima, nilainya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh benda tersebut (berat = massa benda x percepatan gravitasi) dan memiliki arah gaya yang bertolak belakang (arah gaya berat kebawah, arah gaya apung ke atas).

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Kesetimbangan Benda Tegar
Hukum Newton

Jika benda memiliki berat kurang dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan mengapung (berat benda < gaya apung atau $\rho_{benda} < \rho_{air}$ ). Jika benda memiliki berat lebih dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan tenggelam (berat benda > gaya apung atau $\rho_{benda} > \rho_{air}$ ). Dan benda akan melayang, jika beratnya sama dengan berat air yang dipindahkan (berat benda = gaya apung), yang berarti massa jenis benda sama dengan massa jenis air ( $\rho_{benda} = \rho_{air}$ ).

Rumus Hukum Archimedes

Sesuai dengan bunyi hukum Archimedes di atas, maka besarnya gaya apung (B) dapat dihitung dengan rumus hukum archimedes.

$B = \rho_{air} \times g \times V_{air yang dipindahkan}$

Dimana $\rho_{air}$ adalah massa jenis air, adalah gravitasi bumi (10 m/s2), $V_{air yang dipindahkan}$ adalah volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.

Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut:

$B = m_{air yang dipindahkan} \times g$

$B = w_{air yang dipindahkan}$

Dimana, $m_{air yang dipindahkan}$ adalah berat air yang dipindahkan benda yang tercelup. Berarti, semakin banyak volume yang tercelup atau semakin banyak air yang dipindahkan, maka benda akan mendapat gaya apung yang semakin besar.

Untuk benda yang tercelup seluruhnya, hukum Archimedes dapat diformulasikan sebagai berikut:

$w_{benda tercelup} = w_{benda} - w_{air yang dipindahkan}$

$B = w_{benda} - w_{benda tercelup}$

Dimana w merupakan berat (berat = massa x percepatan gravitasi). Perhatikan gambar dibawah, pada saat ditimbang, benda memiliki massa sebesar 5 kg. Kemudian, benda tersebut dicelupkan ke air seluruhnya sehingga memindahkan air sebanyak 2 kg. Maka, berat benda yang tercelup akan berubah menjadi: 50 Newton – 20 Newton = 30 Newton. Jadi, pada saat benda tercelup di air, massa benda akan menjadi lebih ringan akibat gaya apung yang diterima benda. Itulah mengapa pada saat kita berenang, badan kita terasa lebih ringan didalam air dibanding di luar air.

Dari rumus hukum Archimedes di atas, diketahui hubungan massa jenis benda dengan massa jenis air

$\frac{\rho_{benda}}{\rho_{air}} = \frac{w_{benda}}{B}$

$\frac{\rho_{benda}}{\rho_{air}} = \frac{w_{benda}}{w_{benda} - w_{benda tercelup}}$

Atau, dapat pula dirumuskan menjadi:

$\frac{\rho_{benda}}{\rho_{air}} = \frac{V_{air yang dipindahkan}}{V_{benda}}$

Penerapan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes dapat menjelaskan mengapa suatu benda yang tercelup di air dapat melayang, mengapung, dan tenggelam. Penerapan hukum Archimedes ini diantaranya adalah perancangan kapal laut, bangunan lepas pantai (offshore), hingga kapal selam. Selain gaya apung, hukum Archimedes juga dipakai untuk menentukan massa jenis suatu benda padat, serta diterapkan pada stabilitas hidrostatik kapal yang mengapung di permukaan air.

Hukum Archimedes diterapkan pada kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang dapat mengubah-ubah massa jenisnya agar dapat menyelam, melayang dan mengapung di permukaan air. Untuk mengubah massa jenisnya, kapal selam menambahkan massa atau mengurangi massanya dengan cara memasukkan air atau mengeluarkan air. Agar dapat menyelam, kapal selam memasukkan air sehingga massa kapal bertambah besar, begitu pula sebaliknya jika kapal selam ingin kembali muncul ke permukaan. Prinsip kapal selam dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

penerapan hukum archimedes pada kapal selam

Tentang Archimedes

Archimedes adalah seorang matematikawan, ilmuwan, insinyur, penemu, dan astronomer dari Yunani yang diperkirakan hidup sekitar 287 hingga 212 sebelum Masehi. Kisahnya yang paling terkenal adalah ketika ia menemukan satu metode untuk menentukan volume suatu objek yang memiliki bentuk yang tidak rata (irregular). Alkisah sebuah mahkota untuk Raja Hiero II dipesan oleh sang raja dengan bahan baku yang disuplai dari sang raja yakni emas murni. Setelah mahkota emas tersebut telah dibuat dan dipersembahkan kepada raja, namun sang raja menduga adanya kecurangan yang dilakukan oleh si pembuat mahkota. Oleh karena itu, Archimedes diperintahkan oleh raja untuk menentukan apakah mahkota tersebut terbuat seluruhnya dari emas murni atau dipalsukan dengan mengganti bahan bakunya menjadi perak seperti dugaan raja.

Archimedes harus memecahkan masalah tersebut tanpa harus merusak mahkota raja tersebut yang berarti ia tidak boleh mencairkan mahkota tersebut untuk kemudian dicetak menjadi bentuk yang rata agar dapat dihitung massa jenisnya. Ketika ia sedang berendam di bak mandinya, dia menyadari bahwa ketinggian air pada bak mandi bertambah seiring ia masuk ke dalam air. Iapun menyadari bahwa efek ini dapat digunakan untuk menentukan volume mahkota raja (yang kita sebut dengan hukum Archimedes).

Air dianggap fluida yang tidak mampu mampat, jadi mahkota yang dicelupkan ke air akan memindahkan volume air sebanyak volume mahkota tersebut. Dengan membagi massa mahkota dengan volume air yang dipindahkan maka didapatkan massa jenis mahkota (massa jenis emas lebih berat dari massa jenis perak, dan nilanya telah diketahui). Saking gembiranya mengetahui hal ini, Archimedes kemudian berlari dari bak mandinya dengan keadaan telanjang sambil meneriakkan “Eureka!” (dari bahasa Yunani yang berarti “Aku telah menemukannya”). Hasil tes sesungguhnya dari mahkota raja telah menunjukkan bahwa mahkota emas tersebut telah dicampur dengan perak.

https://www.studiobelajar.com/hukum-archimedes/

Tekanan Zat Cair

Tekanan pada Zat Cair

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Postingan Populer

Label

Arsip Blog

Recent Posts

Unordered List

Pages

Theme Support

Text Widget