TEKANAN GAS/ UDARA 1.Pengertian Tekanan
2. Tekanan Udara (Atmosfer)
Kita hidup dalam lautan udara yang disebut atmosfer. Atmosfer tersebut merupakan campuran dari berbagai gas, yaitu: Nitrogen (78%), Oksigen (21%) dan satu persen lainya terdiri atas: Argon (0,09%), karbon dioksida (0,03%), uap air yang jumlah yang selalu berubah, ozon, xenon dan lain-lain yang membentuk lapisan-lapisan atmosfer, antara lain: Troposfer, Stratosfer, Ionosfer, Eksosfer.
Karena udara dan gas-gas lainnya yang menyusun atmosfer memiliki massa, maka gaya gravitasi bumi bekerja padanya. Mungkin sulit bagi kita
membayangkan bahwa gaya gravitasilah yang menyebabkan tekanan udara, namun mungkin mudah bagi kita jika kita analogikan sebagai lautan udara/ atmosfer dengan lautan air.
Sebenarnya fakta ini sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, salah satu contoh: ketika kita menyelam menuju dasar kolam, saat kita berada di dekat permukan air kita tidak merasakan efek apa-apa, tetapi ketika kita menyelam lebih dalam lagi, telingamu mulai terasa sakit. Hal ini dikarenakan tekanan air meningkat dengan bertambahnya kedalaman. Jadi karena gaya gravitasi yang bekerja pada partikel-partikel air, tekanan dalam zat cair apa saja berubah seiring dengan perubahan kedalaman. Semakin besar kedalaman, gaya gravitasi yang bekerja pada partikel-partikel air semakin besar sehingga tekanan air juga semakin besar. Atmosfer juga melakukan gaya. Gaya tersebut menghasilkan tekanan pada permukaan bumi dan segala sesuatu di bumi termasuk kita. Tekanan disekitar kita ini disebut tekanan atmosfir.
Perhatikan gambar dibawah ini, yang menunjukkan bahwa adanya gravitasi maka tiap lapisan memiliki beratnya sendiri.
Gambar 3 . lapisan air
1 Berat =1 2 3 4 Berat =1+2 Berat =1+2+3 Dasar kolam Berat
Lapisan udarapun dapat dianalogikan dengan lapisan air. Pada lapisan udara yang sangat tinggi, hanya ada sedikit partikel, dan lapisan itu hanya ditekan oleh berat lapisan udara itu sendiri. Tetapi makin ke bawah makin berat tekanan udara yang di atasnya. Oleh karena itu, makin ke bawah makin besar tekanan udaranya, dan makin ke atas makin rendah tekanan udaranya.
Tekanan udara dipermukaan laut berkisar 76 cmHg. Besar tekanan atmosfer dalam satuan Pascal dapat dihitung dengan persamaan p =ρgh. Kita tinggal menghitung berat air raksa dalam tabung dibagi dengan luas daerah yang ditekan oleh berat air raksa, yaitu sama dengan luas penampang lingkaran bagian dalam tabung. Jadi data yang dibutuhkan adalah ketinggian kolom yaitu 760 mm atau 0,76 m, massa jenis air raksa 13600 kg/m3, dan nilai percepatan gravitasi 9,8 m/s2atau 9,8 N/kg,
Jadi, persamaan 1 atm = h x ρx g (pascal) = 0,76 m x 13600 kg/m3x 9,8 N/kg = 101300 N/m2
= 1,013 x 105 Pa
2.1. Membuktikan Bahwa Udara luar (atmosfer) memiliki tekanan
Untuk membuktikan adanya tekanan udara, Otto Von Guericke, penemu pompa vakum, melakukan suatu demonstrasi spektakuler di kota Magdeburg (Jerman) pada tahun 1654, Ia membuat dua buah setengah bola tembaga berongga yang garis tengahnya kira-kira 30 cm. Jika dua setengah bola ini dilengketkan akan membentuk bola berongga yang tak dapat dimasukan udara. Bola dihubungkan ke sebuah pompa vakum
melalui sebuah keran. Sebelum udara di dalam bola dikeluarkan, kedua setengah bola tersebut dapat dipisahkan dengan mudah, hal ini karena tekanan udara di luar bola sama dengan tekanan udara di dalam bola. Kemudian keran yang menghubungkan bola ke pompa vakum dibuka dan udara dipompa keluar dari bola, sehingga bola menjadi vakum. Setelah itu keran penghubung ditutup dan pompa vakum dilepas. Ternyata setelah bola vakum, sangatlah sukar untuk memisahkan kedua setengah bola ini, bahkan dengan menggunakan dua tim yang masing-masing terdiri dari delapan kuda pun gagal memisahkan kedua setengah bola tersebut.
Pertanyaannya ialah mengapa ke dua setengah bola yang awalnya mudah dipisahkan, namun setelah udara di dalam dipompa keluar sehingga bola tersebut menjadi vakum udara, kedua setengah bola itu sulit untuk dipisahkan? Jawabannya ialah karena udara di luar bola memberikan gaya tekan ke segala arah pada bola, namun gaya ini tidak diimbangi oleh gaya dari dalam bola. Hal ini menunjukkan bahwa udara luar/ atmosfer memiliki tekanan yang sangat besar dan menekan ke segala arah.
Contoh lain yang dapat menunjukkan bahwa udara luar/ atmosfer mempunyai tekanan adalah demonstrasi gelas/ botol terbalik dan demonstrasi kaleng penyok.
Gambar 4. Demonstrasi gelas/botol dibalik
Gambar 5. demonstrasi kaleng penyok
(Kangingan, 2004:47)
2.2. Prinsip dan Pemanfaatan Perbedaan Tekanan Udara
Kita sering kali menjumpai pemanfaatan perbedaan tekanan udara yang menyebabkan udara/ gas mengalir/ bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Berikut contoh penerapan perbedaan tekanan udara dalam kehidupan sehari-hari:
a. Mengisap minuman dengan sedotan
Minum dengan menggunakan sedotan merupakan salah satu kegiatan yang menggunakan prinsip Fisika yakni “perbedaan tekanan udara menyebabkan udara mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah”. Ketika menghisap sedotan, paru-paru anda mengembang sehingga anda memindahkan sebagian udara dari dalam sedotan. Hal ini menyebabkan tekanan udara di dalam sedotan berkurang, tekanan udara luar di dalam minuman sekarang menjadi lebih besar dari pada tekanan udara di dalam sedotan. Perbedaan
tekanan udara ini memaksa air pada permukaan gelas naik melalui sedotan ke mulut anda
b. alat suntik
Alat suntik terdiri atas sebuah pengisap kecil yang ada dalam sebuah tabung plastik silinder. Saat suntik dimasukkan ke dalam cairan obat, kemudian pengisap ditarik ke atas sehingga tekanan udara di bawah pengisap berkurang. Tekanan udara luar pada permukaan cairan obat yang lebih besar dari pada tekanan udara di bawah pengisap memaksa cairan obat ke atas memasuki tabung silinder.
c. pengisap karet.
Ketika sebuah pengisap karet yang basah ditekan pada suatu permukaan licin, udara di dalam pengisap tertekan keluar. Segel basah (berminyak) menjaga tekanan dalam pengisap selalu lebih rendah daripada tekanan udara luar, sehingga beda tekanan yang cukup besar ini mampu menekan pengisap dengan kuat menempel pada permukaan dinding pengisap seperti ini digunakan untuk menggantung peralatan rumah tangga. Di dalam industri pengisap ini digunakan untuk mengangkat lembaran-lembaran kaca besar dan logam.
2.3. Alat pengukur tekanan udara
Dalam suatu ruang yang terbuka atau ruang yang berhubungan dengan udara luar (atmosfer), tekanan udara yang diukur adalah tekanan udara luar (tekanan atmosfer). Alat ukur tekanan udara luar/ tekanan atmosfer
adalah barometer Sedangkan dalam ruang yang tertutup rapat, seperti udara dalam sebuah ban sepeda, yang diukur adalah tekanan udara dalam ruang tertutup. Alat ukur tekanan udara dalam ruang tertutu padalah manometer.