PESAWAT SEDERHANA
D. Tekanan Udara
Udara memiliki tekanan. Bukti bahwa udara memiliki tekanan, lihat gambar berikut ini !
Gelas yang diisi air hingga penuh kemudian ditutup dengan kertas karton, saat gelas dibalik air tidak tumpah. Hal ini disebabkan karena udara memberikan tekanan ke atas pada kertas sehingga kertas tidak jatuh. Untuk mengukur besarnya tekanan udara luar ( udara yang ada di sekeliling kita ) seorang ilmuwan berkebangsaan Italia yang bernama Evangelista Torricelli (1608-1647) mengadakan pengukuran dengan menggunakan pipa kaca sepanjang 1 m dan diisi air raksa. Selanjutnya pipa dimasukka ke dalam bejana yang berisi air raksa sehingga air dalam pipa turun. Setelah diukur air raksa dalam pipa tingginya 76 cm. Tinggi air raksa dalam pia 76 cm menunjukkan bahwa besarnya tekanan udara luar adalah 76 cm air raksa atau 76 cmHg. Tekanan udara sebesar 76 cmHg selanjutnya disebut 1 atmosfer ( 1 atm ).
Berdasarkan rumus tekanan pada zat cair p = ρ x g x h, dengan ρ adalah massa jenis ari raksa sebesar 13,6 x 105 kg/m3 maka :
p = ρ x g x h
1 atm = 13,6.105x9,8x0,76
IPA-FISIKA Kelas VIII SMP/MTs | 27 1 atm = 1,012 x 105
= 105 N/m2
Jadi 1 atm = 76 cmHg = 105 Pa 1 Pa = 1 N/m2
Berdasarkan penelitian tekanan udara 76 cmHg adalah besar tekanan udara di atas permukaan air laut ( 0 m ). Karena lapisan udara (atmosfer) bumi makin ke atas makin tipis maka tekanan udaranya makin berkurang. Setiap naik 100 m diatas permukaan air laut, tekanan udara turun 1 cmHg. Jadi kalau kecamatan Sirampog berketinggian 1000 m diatas permukaan air laut, tekanan udaranya :
= 76 – 1000/100
= 76 – 10
= 66 cm Hg
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara luar disebut dengan barometer. Ada bebrapa jenis barometer antara lain barometer fortin, aneroid, Six Belleni dan altimeter.
Barometer fortin adalah barometer yang terbuat dari air raksa, sedangkan barometer aneroid barometer yang menggunakan logam. Barometer aneroid lebih mudah dan lebih praktis karena dapat dibawa kemanan-mana. Barometer Maksimum-Minimum atau sering disebut barometer Six Belani adalah barometer yang digunakan untuk mengukur tekanan udara tertinggi dan terendah. Altimeter adalah barometer yang selain bias digunakan untuk mengukur tekana udara juga bias digunakan untuk mengukur ketinggian suatu tempat dari permukaan air laut.
Selain udara luar, udara di ruang tertutup juga memiliki tekanan. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara di ruang tertutup disebut manometer. Ada dua jenis manometer yaitu manometer air raksa dan manometer logam. Manometer air raksa ada dua macam yaitu manometer air raksa terbuka dan manometer air raksa tertutup. Perhatikan gambar manometer air raksa terbuka !
Besarnya tekanan udara di Pgas adalah P gas = Pbar + h
Jika h lebih rendah dari Pgas maka Pgas = P bar – h
Untuk mengukur tekanan udara di ruang tertutup yang tekanan sangat besar ( diatas 1 atm ) maka digunakananlah manometer air raksa tertutup.
Hukum Boyle
Tekanan udara di ruang tertutup memiliki hubungan yang erat dengan volume. Menurut Boyle dalam hukumnya yang berbunyi pada suhu tetap hasil perkalian antara tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap. Pernyataan ini disebut sebagai hukum Boyle.
Dalam bentuk matematika hukum Boyle dapat ditulis : p x v = k
Jika pada keadan awal volume v1 dan tekanannya p1 dan keadaan sekarang volemenya menjadi v2 dan tekanannya menjadi p2 maka rumus di atas berubah menjadi :
28 | IPA-FISIKA Kelas VIII SMP/MTs p1 x v1 = p2 x v2
Dalam kehidupan sehari-hari hukum Boyle diterapkan pada : 1. Pompa Sepeda
2. Pompa air
3. Manometer air raksa tertutup
LEMBAR KEGIATAN
UJI KOMPETENSI
A. Berilah tanda silang (x) pada huruf a, b, c atau d di depan jawaban yang tepat!
1. Pengartian tekanan dalam fisika yang benar adalah….
a. Perkalian antara gaya dengan luas bidang tekan b. Pembagian antara gaya dengan luas bidang tekan c. Penjumlahan antara gaya dengan luas bidang tekan d. Penjumlahan antara gaya dengan luas bidang tekan 2. Dalam system internasional, tekanan bersatuan….
a. atm b. bar c. cm Hg d. pascal 3. Pernyataan di bawah ini yang benar tentang tekanan adalah….
a. Tekanan bertambah besar jika luas bidang tekan diperbesar b. Tekanan bertambah besar jika gaya diperkecil
c. Tekanan bertambah kecil jika luas bidang tekan diperbesar d. Tekanan bertambah kecil jika gaya diperbesar
4. Benda berikut yang tekanannya paling besar adalah…..
a. Balok bermassa 25 kg berukuran p=10 cm, l = 4 cm t = 15 cm b. Balok baermassa 25 kg berukuran p = 15 cm, l = 4 cm, t=10 cm
Mempelajari tekanan pada zat cair
Langkah – langkah kerja :
IPA-FISIKA Kelas VIII SMP/MTs | 29 c. Bola bermassa 25 kg berjari-jari 10 cm
d. Bola bermassa 25 kg berjari0jari 20 cm
5. Kaki ayam meninggalkan jejak pada tanah lembek lebih dalam dibandingkan dengan kaki bebek, hal ini karena….
a. Gaya tekan ayam lebih besar daripada bebek b. Gaya tekan ayam lebih kecil daripada bebek
c. Luas bidang tekan ayam lebih besar daripada bebek d. Luas bidang tekan ayam lebih kecil daripada bebek
6. Kapal laut yang terbuat dari besi tidak tenggelam di air laut, karena….
a. Gaya ke atas kapal dibuat lebih besar daripada gaya berat kapal b. Gaya ke atas kapal dibuat lebih kecil daripada gaya berat kapal c. Tidak semua bagian kapal terbuat dari besi
d. Kapal diberi mesin dengan kekuatan yang besar
7. Almari seberat 800 N memilki luas yang menekan lantai 500 cm2, tekanan almari terhadap lantai sebesar……N/m2
a. 0,625 b. 1,600 c. 16 d. 1600 8. Perhatikan pernyataan tentang tekanan zat cair berikut !
1) Massa benda 2) Massa jenis benda 3) Gravitasi bumi 4) Kedalaman
Besarnya tekanan pada zat cair bergantung pada….
a. 1,2 dan 3 c. 2,3 dan 4 b. 1,2 dan 4 d. 1,2,3 dan 4 9. Perhatikan gambar alat hidrolik berikut !
Jika benda B 100 kg dan A 20 kg, sedangka luas tutup A = 10 cm2 maka luas tutup B adalah….
a. 2 cm2 b. 50 cm2 c. 200 cm2 d. 500 cm2
10. Pernyataan berikut yang sesuai dengan hukum Pascal adalah….
a. Tekanan yang diberikan pada zat cair diteruskan ke segala arah
b. Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang terbuka diteruskan ke segala arah c. Tekanan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah
d. Tekanan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar
11. Berikut adalah alat-alat teknik ! 1) Balon udara
2) Rem hidrolik
3) Pesawat pengangkat mobil
Alat teknik yang bekerja berdasarkan hukum Pascal adalah….
a. 1 dan 2 c. 2 dan 3 b. 1 dan 3 d. 1,2 dan 3
30 | IPA-FISIKA Kelas VIII SMP/MTs
12. Kolam air setinggi 1 m terisi penuh. Jika gravitasi besarnya 10 m/s2 dan massa jenis air 1000 kg/m3, maka tekanan hidrostatis di suatu titik yang tinnginya 30 cm dari dasar kolam adalah….. N/m2
a. 3 000 b. 7 000 c. 300 000 d. 700 000 13. Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika….
a. Bejana-bejananya berukuran tidak sama b. Bejananya dimiringkan
c. Bejana disi zat dua zat cair yang berbeda d. Bejanaya terbuat dari plastik
14. Sebuah pesawat pengangkat mobil memiliki luas piston kecil 25 cm2 dan luas piston besar 2 m2. Agar pesawat tersebut dapat mengangkat mobil yang beratnya 1 000 000 N, maka gaya penyeimbangnya adalah….N
a. 1 250 b. 12 500 c. 1 250 000 d. 12 500 000
15. Setiap benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapatkan gaya ke atas yang besarnya bergantung pada…..
a. Volume benda, massa jenis benda, gravitasi b. Volume benda, massa jenis zat cair, gravitasi c. Volume zat cair, massa jenis zat cair, gravitasi d. Volume benda, volume zat cair, gravitasi 16. Perhatikan gambar benda terapung berikut ini !
Pernyataan yang benar adalah….
a. Gaya ke atas ( Fa ) lebih besar daripada gaya berat ( w ) b. Gaya ke atas ( Fa ) sama dengan gaya berat ( w )
c. Massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair d. Massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair
17. Alat-alat berikut yang bekerja berdasarkan hukum Archimides adalah….
a. Kempa hidrolik, kapal selam, hydrometer b. Pompa air, kapal laut, balon udara
c. Pompa sepeda, jembatan pontoon, semprotan nyamuk d. Kapal selam, jembatan pontoon, hidrometer
18. Batu yang beratnya di udara 50 N ditimbang di air menjadi 40 N. Jika massa jenis air 1 000 kg/m3 dan gravitasi bumi 10 m/s2, maka volume batu besarnya adalah….
a. 0,001 b. 0,1 c. 20 d. 500
19. Besarnya tekanan udara di atas permukaan air laut adalah….
a. 1 atm b. 1 pa c. 1 cm Hg d. 1 N/m2
20. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara di dakam ban mobil adalah….
a. Barometer b. hydrometer c. manometer d. thermometer 21. Konversi satuan tekanan udara yang benar adalah….
a. 1 atm = 105 pa c. 1 pa = 76 cm Hg b. 1 atm = 1 N/m2 d. 1 pa = 1 atm
IPA-FISIKA Kelas VIII SMP/MTs | 31 22. Sebuah tempat memiliki ketinggian di atas permukaan air laut 500 m, besar tekanan
udaranya adalah….
a. 76 cm Hg b. 75 cm Hg c. 71 cm Hg d. 69 cm Hg 23. Hukum Boyle diterapkan pada alat….
a. Kapal laut c. kempa hidrolik
b. Kapal selam d. pompa sepeda
24. Dalam ruang tertutup berisi udara yang volumenya 8 m3 dan tekanannya 2 atm, volume udara diperkecil menjadi 4 m3 maka tekanannya menjadi….
a. 2 atm b. 4 atm 16 atm d. 64 atm
URAIAN SINGKAT
B. Jelaskan pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Tekanan besarnya berbanding lurus dengan…………berbanding terbalik dengan…….
2. Pisau yang tajam mudah untuk memotong karena luas bidang tekannya…..
3. Paku yang tajam mudah menancap ke kayu karena…..
4. Tekanan pada zat cair semakin besar jika ….
5. Pada kedalaman yang sama, semakin kecil massa jenis zat cairnya , tekanannya semakain…..
6. Tekanan pada air di dalam kolam termasuk tekanan….
7. Tekanan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan….
8. Pada bejana berhubungan jika diisi zat cair yang sama dalam keadaan seimbang permukaannya akan….
9. Tekanan udara makin ke atas makin….
10. Udara dalam ruang tertutup diukur menggunakan…..
URAIAN TERBUKA
C. Jelaskan pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Apakah yang dimaksud dengan tekanan? Berilah contohnya !
2. Mengapa pendaki gunung yang tinggi banyak yang kekurangan oksigen?
3. Sebuah balok kayu berukuran panjang 15 cm, lebar 10 cm dan tinggi 5 cm. Balok tersebut massanya 50 kg berada di tempat yang gravitasinya 10 m/s2. Berapakah besar tekanan balok tersebut terhadap lantai?
4. Benda yang diudara beratnya 20 N dimasukkan ke minyak yang massa jenisnya 800 kg/m3 dan beratnya menjadi 15 N, jika gravitasi buminya 10 m/s2 hitunglah :
5. Pompa sepeda yang panjangnya 50 cm ditutup dengan klep yang luasnya 15 cm2. Pompa tersebut berisi udara dengan tekanan 2 atm. Setelah dipompa klep turun 20 cm, berapakah tekanan udara sekarang ?
32 | IPA-FISIKA Kelas VIII SMP/MTs