Materi IPA Fisika Kelas 8: Tekanan Zat dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari

A. PENGERTIAN TEKANAN

Besar tekanan suatu benda dipengaruhi oleh gaya tekan dan luas bidang tekan. Gaya tekan adalah berat benda yang bekerja pada sebuah bidang. Semakin besar gaya tekan akan semakin besar tekanannya.

Hal ini membuktikan bahwa gaya sebanding dengan tekanannya. Akan tetapi, semakin besar luas permukaan bidang tekan suatu benda, tekanan semakin kecil, dan semakin sempit luas permukaan bidang tekan, tekanan semakin besar.

Hal ini menunjukkan bahwa tekanan berbanding terbalik dengan luas bidang tekan. Dengan demikian, tekanan adalah hasil bagi antara gaya tekan dengan luas bidang tempat gaya itu bekerja. Secara matematis ditulis dengan persamaan:

P = F/A

dengan:

P = tekanan (N/m²)

F = gaya yang menekan (N)

A = luas bidang tekan (m²)

B. TEKANAN HIDROSTATIS

Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang terjadi dalam zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Pada kedalaman yang sama, tekanan di dalam zat cair di segala arah sama besar. Besarnya tekanan zat cair, dipengaruhi oleh jenis zat cair dan tidak bergantung pada bentuk bejana.

Tekanan Hidrostatis

Tekanan zat cair dirumuskan:

Ph = ρ x g x h

dengan:

Ph = tekanan zat cair (N/m²)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = kedalaman zat cair (m)

C. BEJANA BERHUBUNGAN

Hukum bejana berhubungan berbunyi: Bila bejana berhubungan diisi zat cair yang sama, dalam keadaan seimbang zat cair dalam bejana-bejana itu terletak pada satu bidang datar.

Hukum bejana berhubungan tidak berlaku apabila:

1. Tekanan di atas bejana tidak sama (misalnya, salah satu bejana tertutup)

2. Diisi dua macam atau lebih zat cair.

3. Digoyang-goyangkan

4. Salah satu bejana merupakan pipa kapiler.

Kapilaritas adalah gejala turun atau naiknya zat cair dalam pembuluh yang sempit, jika pembuluh yang kedua ujungnya terbuka dimasukkan tegak lurus ke dalam bak yang berisi zat cair. Pembuluh yang sempit disebut pipa rambut atau pipa kapiler, misalnya pembuluh kayu dan batang pohon. Dalam pipa kapiler, air akan naik karena adhesi antara air dan pipa kapiler lebih besar dari kohesi air. Sedangkan raksa sebaliknya, yaitu pipa kapiler raksa akan turun.

D. HUKUM PASCAL

Hukum Pascal menyatakan bahwa: Gaya yang bekerja pada suatu zat cair dalam ruang tertutup, tekanannya diteruskan oleh zat cair ke segala arah sama besar. Secara matematis hukum Pascal dituliskan:

dengan: F1/A1 = F2/A2

F1 = gaya yang bekerja pada penghisap 1 (N)

F2 = gaya yang bekerja pada penghisap 2 (N)

A1 = luas penampang penghisap 1 (m²)

A2 = luas penampang penghisap 2 (m²)

Tekanan 1 Pascal (Pa) adalah gaya 1 newton yang bekerja pada bidang tekan seluas 1 m² atau 1 Pa = 1 N/m². Dengan menggunakan hukum Pascal kita dapat mengangkat beban berat hanya dengan gaya kecil saja.

Alat-alat teknik yang berdasarkan hukum Pascal:

1. Dongkrak Hidrolik

2. Mesin Pengangkat Mobil Hidrolik

3. Kempa Hidrolik

E. HUKUM ARCHIMEDES

Hukum Archimedes menyatakan bahwa: Jika suatu benda yang dimasukkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, maka akan mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan (didesak) oleh benda tersebut.

Secara matematis hukum Archimedes dituliskan:

Fa = V x S atau Fa = ρ x g x V

dengan:

Fa = gaya ke atas (N)

V = volume benda yang tercelup (m3)

S = berat jenis zat cair (kg/m³)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)

g = konstanta gravitasi (m/s²)

1. Tenggelam, Terapung dan Melayang

a. Tenggelam

Sebuah benda akan tenggelam dalam zat cair jika massa jenis benda itu lebih besar daripada massa jenis zat cair.

ρ_benda > ρ_zat _cair

W_benda > Fa

b. Terapung

Sebuah benda akan terapung dalam zat cair jika massa jenis benda itu lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

ρ_benda < ρ_zat _cair

W_benda < Fa

c. Melayang

Sebuah benda akan melayang dalam zat cair jika massa jenis benda itu sama dengan massa jenis zat cair.

ρ_benda = ρ_zat _cair

W_benda = Fa

2. Contoh Penggunaan Prinsip Archimedes

a. Kapal Laut

b. Galangan Kapal

c. Hidrometer

d. Jembatan Ponton

F. KETINGGIAN TEMPAT DAN TEKANAN UDARA

Tekanan udara memiliki nilai maksimum di permukaan laut. Makin tinggi suatu tempat, makin kecil tekanan udara di tempat itu.

Tekanan udara pada ketinggian h (diukur dari permukaan laut) diberikan oleh:

Ph = P_l – ρ x g x h

Ph = tekanan udara pada ketinggian h (Pa)

P_l = tekanan udara pada permukaan laut (1,01 x 10^5Pa)

ρ = massa jenis udara (sekitar 1,3 kg/m³)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s²)

h = ketinggian diukur dari permukaan laut (m)

1. Barometer

Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan atmosfer. Ada dua macam barometer, yaitu barometer raksa dan barometer aneroid. Pada barometer raksa, sikap barometernya adalah tinggi permukaan raksa. Jika tekanan udara luar semakin bertambah, maka permukaan raksa semakin tinggi.

Tekanan udara yang berada di permukaan laut mengakibatkan permukaan raksa menjadi setinggi 76 cm sehingga dikatakan bahwa tekanan atmosfer adalah 76 cmHg = 1,01 x 10^5 Pa. Pengurangan tekanan udara tiap 1 cmHg setara dengan kenaikan setiap 100 m.

Contoh soal

Kota Ambarawa berada pada ketinggian 500 m dari permukaan laut. Berapa tekanan udara di kota tersebut?

Jawab:

Berkurangnya tekanan udara = (500 m : 100) x 1 cmHg = 5 cmHg

Jadi tekanan udara di Kota Ambarawa = 76 – 5 = 71 cmHg

2. Manometer

Manometer adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas pada ruang tertutup. Ada tiga macam manometer, yaitu manometer raksa terbuka, manometer raksa tertutup dan manometer logam.

Manometer raksa terbuka digunakan untuk mengukur tekanan gas sebesar sekitar 1 atm, sedangkan manometer raksa tertutup digunakan untuk mengukur tekanan gas di atas 1 atm. Manometer logam adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas yang sangat tinggi. Yang termasuk manometer logam adalah manometer Schaffer Budenberg, manometer Bourdon dan manometer pegas. Manometer pegas adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara dalam roda kendaraan.

G. HUKUM BOYLE

Hukum Boyle menyatakan bahwa hasil kali antara tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap, asalkan suhunya tetap.

Secara matematis dirumuskan:

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

dengan:

P₁ = tekanan gas mula-mula (atm atau cmHg)

V₁ = volume gas mula-mula (cm³ atau m³)

P₂ = tekanan gas setelah diubah (atm atau cmHg)

V₂ = volume gas setelah diubah (cm³ atau m³)

Hukum Boyle berlaku bila,

a. Suhu gas tetap, tetapi terjadi perubahan volume dan tekanan

b. Tidak terjadi kebocoran tabung dan massa gas tetap (ruang tertutup)