TEKANAN
A. Tekanan pada Zat Padat
- Gaya yang bekerja pada permukaan memberikan tekanan.
- Tekanan pada benda ditentukan oleh gaya (F) dan luas bidang tekan(A).
- Percobaan:
1. Jatuhkan balok yang massanya sama pada permukaan tanah yang lembek dengan posisi seperti pada gambar. Mana yang lebih dalam masuk ke dalam tanah, apakah balok posisi 1 atau balok posisi 2 ?
- Bila tekanan = P, luas bidang tekan = A, dan gaya = F maka tekanan dapat dirumuskan: P=F
A
Keterangan: P = tekanan, (N/m2) atau Pascal (Pa) F = Gaya, (N)
A = luas bidang tekan (m2)
- Contoh:
Tekanan
Benda Padat Benda Cair Gas / Udara
Pijakan Telapak
Kaki Tekanan Hidrostatis Ketinggian Barometer
Bejana berhubungan
Hukum Archimedes
Hukum Pascal
Kapal Selam Pompa Hidrolik Barometer Torricelli Barometer Fortin Barometer logam
posisi 1 posisi 2
1. Sebuah batu yang beratnya 500 N, menekan pagar seluas 5 m2. Tentukan besarnya tekanan yang dirasakan oleh pagar tersebut?
Penyelesaian:
2. Berapakah gaya yang diperlukan untuk menahan tekanan benda sebesar 1.500 N/m2 pada permukaan benda yang panjangnya 3 m dan lebarnya 0,5 m?
Penyelesaian:
B. Tekanan dalam Zat Cair
- Sifat zat cair yaitu akan menekan ke segala arah dengan sama besar, besar kecilnya tekanan pada zat cair dapat dipengaruhi oleh kedalaman dan berat jenis zat cair tersebut.
1. Tekanan Hidrostatis
- Tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan kedalaman benda dan massa jenis zat cair.
- zat cair dalam keadaan diam memiliki berat, maka titik yang berada di dalam zat cair mengalami tekanan, tekanan ini disebut tekanan hidrostatis.
- Persamaan matematis tekanan hidrostatis sebagai berikut: P = ρ . g. h
Keterangan: P = tekanan, (N/m2 atau Pa) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2) h = kedalaman (m)
2. Hukum Pascal
- Hukum Pascal berbunyi:
“Tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dan besarnya sama”
Keterangan: P1 = tekanan pada penampang 1 (N/m2) P2 = tekanan pada penampang 2 (N/m2) F1 = gaya pada penampang 1 (N)
F2 = gaya pada penampang 2 (N) A1 = luas pada penampang 1 (m2)
A2 = luas pada penampang 2 (m2)
- Berdasarkan Hukum Pascal, maka dapat dibuat persamaan matematis: P1=P2
F1 A1
=F2 F2
- Alat-alat yang prinsip kerjanya menggunakan hukum Pascal, antara lain dongkrak hidrolik, rem hidrolik, pompa hidrolik.
3. Hukum Bejana Berhubungan
- Bunyi hukum bejana berhubungan:
“jika ke dalam bejana berhubungan diisikan satu zat cair, dalam keadaan seimbang maka permukaan zat cair akan datar”.
- Pada bejana berhubungan berlaku rumus: P1 = P2
ρ1 . g. h1 = ρ2 . g. h2
karena harga g sama maka: ρ1 . h1 = ρ2 . h2
Keterangan:
ρ1 = massa jenis zat cair 1 (kg/m3) ρ2 = massa jenis zat cair 2 (kg/m3) h1 = tinggi permukaan zat cair 1 (m) F1
P1
F2
P2
h2 = tinggi permukaan zat cair 2 (m) - Hukum Bejana berhubungan tidak berlaku apabila:
1) Bejana diguncang-guncangkan (zat cair bergoyang-goyang)
2) Masing-masing bejana diisi dengan zat cair yang tidak sejenis (zat yang berbeda), misal: air dengan minyak, air dengan raksa.
3) Salah satu bejana tertutup
4) Salah satu bejana terdapat pipa kapiler.
- Penggunaan bejana berhubungan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: teko, air mancur, sistem pengairan oleh PAM, waterpas.
4. Hukum Archimedes
- Seorang ahli dari Yunani: Archimedes mengamati jika kita masuk kedalam air kolam maka berat badan kita akan semakin ringan, hal ini karena kita mendapat tekanan ke atas oleh air.
- Hukum Archimedes berbunyi:
“Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya tekan ke atas yang besar sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya”.
- Secara matematis, gaya angkat zat cair dapat dirumuskan: FA = Wb
- Berat benda di udara lebih berat dari benda saat di dalam air, karena di dalam air benda mendapatkan gaya tekan ke atas oleh air sebanding dengan volume zat cair yang terdesak oleh benda itu. Berat benda dalam zat cair dirumuskan:
Wa = Wu - Fa Keterangan:
Wu = berat benda di udara (N)
Wa = berat benda di dalam zat cair (N) Fa = gaya ke atas (N)
- Oleh karena mendapat gaya ke atas yang diberikan zat cair, maka bila benda dimasukkan ke dalam zat cair mempunyai tiga kemungkinan, yaitu terapung, melayang, atau tenggelam.
1) Terapung, contoh: gabus terapung di atas permukaan air. Peristiwa terapung akan terjadi bila:
- Gaya tekan ke atas (Fa) > berat benda (Wb). - Massa jenis air (ρa) > massa jenis benda (ρb) - Berat jenis air (Sa) > berat jenis benda (Sb)
- Gaya tekan ke atas (Fa) = berat benda (Wb). - Massa jenis air (ρa) = massa jenis benda (ρb) - Berat jenis air (Sa) = berat jenis benda (Sb)
3) Tenggelam, contoh: besi atau baja yang dimasukkan ke dalam air. Peristiwa terapung akan terjadi bila:
- Gaya tekan ke atas (Fa) < berat benda (Wb). - Massa jenis air (ρa) < massa jenis benda (ρb) - Berat jenis air (Sa) < berat jenis benda (Sb)
- Hukum Archimedes dapat diterapkan pada hal-hal sebagai berikut: galangan kapal, kapal selam, hidrometer, jembatan poton, balon udara.
C. Tekanan dalam Gas (Udara)
1. Tekanan udara (gas) dalam ruang terbuka
- Tekanan udara berubah sesuai dengan ketinggiannya dari permukaan tanah, semakin tinggi udara maka tekanannya semakin kecil. misalnya: tekanan udara di daerah pantai berbeda dengan tekanan udara di pegunungan.
- Alat untuk mengukur tekanan udara adalah Barometer, ditemukan oleh Evangelista Torricelli (1608-1647) seorang ilmuwan Italia.
2. Tekanan udara (gas) dalam ruang tertutup
a. Bukti adanya tekanan udara atau gas pada ruang tertutup:
1) Kaleng yang diisi air yang dipanaskan terus menerus akan penyek, karena gas atau udara yang ada di dalam kaleng menekan ke dinding kaleng. Tetapi tekanannya itu lebih kecil daripada tekanan udara di luar kaleng, sehingga udara luar menekan kaleng akibatnya kaleng penyok-penyok.
2) Gelas diisi dengan air ditutup kertas dan dibalikkan, ternyata kerta tidak terlepas dari mulut gelas dan air di dalam gelas tidak tumpah, hal itu dikarenakan tekanan udara di bawah kertas menahan kertas, sehingga kertas itu tidak terlepas dan air tidak tumpah.
b. Tekanan gas pada ruang tertutup menurut Hukum Boyle - Hukum Boyle berbunyi:
“Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap (konstan) selama suhu gas tetap”.
Persamaan Hukum Boyle dapat dirumuskan: P . V = konstan
P1 . V1 = P2 . V2
V1 = volume awal, (m3) P2 = tekanan akhir, (Atm) V2 = volume akhir, (m3)
- Alat untuk mengukur tekanan udara di ruang tertutup yaitu: manometer raksa, manometer logam,
c. Alat ukur tekanan udara luar
- Tekanan udara luar dapat diukur dengan barometer. Ada dua macam barometer, yaitu: barometer raksa dan barometer aneroid.
