Tekanan

Tekanan Pada Zat Padat

Tekanan adalah gaya yang bekerja di bagi dengan luas permukaan bidang dimana gaya

tersebut bekerja atau besarnya gaya yang bekerja pada benda tiap satu satuan luas

permukaan bidang tekan. Secara matematis dapat dituliskan

P = F/A = m.g/A

Dimana P = tekanan (N/m2 atau pascal, disingkat Pa)

F = gaya tekan (N)

A = luas bidang tekan (m2)
Klik Disini Untuk Dowload Materi Selengkapnya
atau

Satuan tekanan dalam Sistem Internasional (SI) adalah N/m2. Satuan ini juga disebut

pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2. 1000 Pa = 1 kPa

Dari rumus tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa

1. Semakin besar gaya tekan yang diberikan, semakin besar tekanan yang dihasilkan;

2. Semakin kecil luas permukaan bidang tekan, semakin besar tekanan yang dihasilkan;

3. Semakin besar luas permukaan bidang tekan akan memberikan tekanan yang kecil.

Alat-alat yang dibuat dengan memperkecil luas bidang tekan, seperti pisau, paku, kapak

dan jarum.

Contoh soal. Sebuah balok kayu terletak diatas lantai, dibawahnya diletakkan papan

berukuran 30 cm x 20 cm. Jika gaya berat balok 12 N, berapakah besar tekanan balok

terhadap lantai?.

Jawab : Diketahui F = 12 N

                           A = 30 x 20 cm = 600 cm2 = 0,06 m2

Ditanya p ?

Jawab p = F/A = 12 N /0,06 m2

                        = 200 N/m2

Tekanan Pada Zat Cair

Tekanan yang diakibatkan oleh zat cair yang diam pada suatu kedalaman tertentu

disebut Tekanan Hidrostatis. Besarnya tekanan hidrostatis tergantung pada ketinggian zat

cair, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi bumi. Untuk menghitung tekanan dalam

zat cair digunakan persamaan berikut :

P = ρ . g . h

Dimana P = tekanan (N/m2)

ρ = massa jenis (kg/m3) 

h = kedalaman (m)

g = percepatan grafitasi bumi (m/s2)/N/kg

Contoh Soal: seorang anak kecil menyelam pada kedalaman 2 m di bawah permukaan air dalam sebuah kolam . Berapa besar tekanan air yang dialami oleh anak tersebut?
Jawab : Jika massa jenis air tidak diketahui, selalu ditetapkan ρ = 1.000 kg/m3. oleh karena percepatan grafitasi tidak diketahui, maka ditetapkan 9,8 N/kg, h = 2 m


Ditanya: p = …..?
Jawab p = ρ . g . h
              = 1.000 . 9,8 . 2
              = 19.600 Pa


Tekanan di dalam zat cair bergantung pada kedalamannya, semakin dalam maka semakin besar tekanannya. Tekanan juga bergantung pada kepekaan zat cairnya. Misalnya, raksa menekan lebih kuat daripada air karena lebih pekat daripada air. Contoh tekanan pada zat cair adalah pembangunan sebuah bendungan, semakin ke bawah dinding bendungan semakin lebar atau tebal.


sifat-sifat khas tekanan zat cair dalam wadah terbuka, adalah:
1. Tekanan zat cair bekerja ke segala arah
2. Makin dalam, tekanan zat cair makin besar
3. Tekanan zat cair tidak tergantung pada bentuk wadah.


Dari sifat yang ketiga, tekanan oleh zat cair dinamakan Paradoks Hidrostatis, yang menyatakan bahwa besar gaya tekan yang dilakukan zat cair pada dasar wadah tidak tergantung pada berat cair di dalam wadah, tetapi tergantung pada luas dasar wadah, tinggi dan massa jenis zat cair.


Bejana Berhubungan
Bejana berhubungan adalah rangkaian beberapa bejana yang bagian atasnya terbuka dan bagian bawahnya dihubungkan satu sama lainnya. Apabila bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan dalam keadaan seiimbang, permukaan zat cair dalam bejana tersebut terletak pada satu bidang datar disebut Hukum Bejana Berhubungan. Contoh pengunaan dalam kehidupan sehari-hari adalah teko atau ceret.
Hukum bejana berhubungan tidak berlaku apabila:
a. Tekanan di atas bejana tidak sama,
b. Diisi dua macam atau lebih zat cair,
c. Digoyang-goyangkan, dan
d. Salah satu bejana merupakan pipa kapiler.
Hubungan antara tinggi kedua jenis zat cair dapat dituliskan, sebagai berikut:
ρ1 . h1 = ρ2 . h2
Keterangan : ρ1 = massa jenis zat cair ke 1 h1 = tinggi zat cair ke 1
                    ρ2 = massa jenis zat cair ke 2 h2 = tinggi zat cair ke 2
Contoh Soal
Sebuah bejana berhubungan diisi dengan raksa dan air yang sama banyak. Yangmasing-masing mempunyai massa jenis 13.600 kg/m3 dan 1.000 kg/m3. Jika tiap zat cair mengisi tabung sepanjang 20 cm, berapa selisih ketinggian permukaan zat cair pada permukaan kaki?

Jawab
Diketahui ρ2 = 13.600 kg/m3
               ρ1 = 1.000 kg/m3
                 h = 20 cm
Ditanya selisih ketinggian (h2) ….?
Jawab ρ2 . h1 = ρ1 . h2                       h2 = 20 – 1,5
                 1.000 . 20 = 13.600 .          h2 = 18,5 cm
                  h2 = 1.000 . 20/13.600
                  = 1,5 cm


Hukum Pascal
Blaise pascal (1623 – 1662) mengemukakan suatu hukum yang berlaku di dalam ruangan tertutup, yaitu tekanan yang diberikan kepada zat cair di dalam ruangan tertutup diteruskan ke segala arah dan sama besar. Secara matematis dapat dituliskan
PA = PB = P
F1/A1 = F2/A2 atau F2 = A2/A1 . F1.
Keterangan F1 = gaya ke-1 (N)                    A1 = luas permukaan ke-1 (m2)
                  F2 = gaya ke-2 (N)                     A2 = luas permukaan ke-2 (m2)


Karena A1 < A2, maka F1 < F2, dari persamaan tersebut, kita dapat mengatakan bahwa gaya yang kecil dapat dijadikan gaya yang besar. Hukum pascal ini banyak dimanfaatkan untuk alat-alat teknik yang ada di sekitar kita, seperti dongkrak hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, pompa hidrolik ban sepeda, mesin pengepres hidrolik dan rem piringan hidrolik


Contoh soal
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki silinder kecil berdiameter 5 cm dan silinder besar berdiameter 30 cm. Bila silinder kecil ditekan dengan gaya 200 N, berapa gaya angkat yang dihasilkan pada silinder besar?
Jawab
Diketahui D1 = 5 cm
               D2 = 30 cm
               F1 = 200 N
Ditanya F2…..?
Jawab F2 = A2/A1 . F1
            A = μ.r2
               = μ(D/2)2                              F2 = (D2/D1)2 . F1
               = μD2/4                                 F2 = (30/5)2 . 200 N = 7.200 N


Hukum Archimedes

Archimedes (287 – 212 SM) adalah orang yang pertama kali menemukan besarnya gaya ke atas pada suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair. Hukum Archimedes berbunyi “suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Secara matematis dapat ditulis menjadi:
Fa = ρ . V . g
Dimana : Fa = gaya keatas (N) V = volume air yang terdesak (m3)
                ρ = massa jenis zat cair (Kg/m3) g = percepatan grafitasi bumi (m/s2)
Berdasarkan hukum Archimedes, sebuah benda yang dimasukkan kedalam zat air akan mengalami dua gaya, yaitu gaya grafitasi atau berat (w) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair tersebut. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut, yaitu :

1. Tenggelam, sebuah benda dapat tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat air.
2. Melayang, jika massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair, dan
3. Mengapung, apabila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.

Penerapan hukum Archimedes
1. Kapal selam dan kapal laut
2. Jembatan ponton atau jembatan apung
3. Balon udara
4. Hydrometer (alat untuk mengukur massa jenis zat cair)


Tekanan Udara
Sama dengan zat cair, udara juga memberikan tekanan. Tekanan udara memiliki nilai maksimum dipermukaan laut. Makin tinggi suatu tempat, makin kecil tekanan udaranya. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara disebut Barometer, yang ditemukan oleh Evangista Torricelli (1608 – 1647) pada tahun 1643, sehingga dinamakan barometer torricelli. Torricelli menyimpulkan bahwa tekanan udara yang disebabkan oleh atmosfer bumi dipermukaan air laut adalah 76 cmHg yang disebut satu atmosfer (1 atm). Untuk catatan: dari hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap kenaikan 10 m dari permukaan laut tekanan udara berkurang 1 mmHg.
Beberapa satuan untuk tekanan serta faktor konversinya adalah sebagai berikut:
1 atm = 101.300 Pa
1 bar = 100.000 Pa
1 milibar (mbar) = 100 Pa
1 atm = 1013 mbar = 1,013 bar


Selain barometer raksa hasil ciptaan Torricelli, saat ini ada 4 jenis barometer yaitu barometer fortin, air, aneroid (logam) dan barograf. Tekanan udara pada ketinggian h (diukur dari permukaan laut) dapat dihitung dengan rumus :

P = P0 – ρ . g . h
Dimana : P = tekanan udara di ketinggian h (Pa)
P0 = tekanan udara pada permukaan air laut (101.300 Pa)
ρ = massa jenis udara (sekitar 1,3 kg/m3)
g = percepatan grafitasi bumi (m/s2)
h = ketinggian diukur dari permukaan air laut (m).
Tekanan gas dalam ruang tertutup
Jika sebuah balon ditiup, maka balon tersebut akan menggelembung. Hal ini
menunjukkan bahwa udara di dalam balon tersebut memberi tekanan. Untuk menghitung
tekanan gas dalam balon tersebut alat penemuan Torricelli tidak dapat digunakan karena
barometer hanya dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara di ruang terbuka. Alat
yang digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ruang tertutup dinamakan
Manometer.
Ada 3 macam manometer, yaitu manometer raksa terbuka, raksa tertutup dan
logam. Manometer raksa terbuka digunakan untuk mengukur tekanan gas sebesar 1 atm,
sedangkan manometer raksa tertutup digunakan untuk mengukur tekanan gas di atas 1 atm
(alat tes tekanan darah/sfigmomanometer). Apabila dalam manometer terbuka zat cair yang
digunakan adalah raksa, maka berlaku :
Pgas = (tekanan atmosfer + h ) cm Hg.
Jika raksa diganti dengan air maka diperoleh:
Pgas = (tekanan atmosfer +h/13,6) cm Hg.


Manometer logam digunakan untuk mengukur tekanan gas yang sangat tinggi.
Yang termasuk manometer logam adalah Schaffer-Budenburg, Bourdon dan pegas. Untuk
manometer pegas biasanya digunakan untuk mengukur tekanan udara dalam roda
kendaraan.


Hukum Boyle
Kita telah ketahui bersama bahwa udara didalam balon menekan ke semua arah.
Dari peristiwa tersebut terjadi hubungan antara tekanan udara dan volume udara di dalam
balon. Hubungan tersebut dikemukakan pertama kali oleh Robert Boyle (1627 – 1691). Boyle
menyatakan bahwa “hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap”.
Persamaannya adalah :
                                 P . V = C atau P1 . V1 = P2 . V2
Dimana : P1 = tekanan gas awal (N/m2) V1 = volume gas awal (m3)
              P2 = tekanan gas akhir (N/m2) V2 = volume gas akhir (m3)
Hukum boyle berlaku jika:
a. Suhu gas tetap, tetapi masih terjadi perubahan volume dan tekanan,
b. Massa gas tetap, tidak terjadi kebocoran tabung (ruang tertutup),

c. Gas tidak dalam keadaan jenuh, dan
d. Tidak terjadi reaksi kimia di dalam tabung.


Penerapan hukum Boyle dikaitkan dengan tekanan udara yang terdapat pada pompa. Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan zat cair atau gas. Alat-alat yang menggunakan prinsip dasar hukum boyle adalah manometer tertutup, pompa tekan udara, pompa isap udara, pompa air, pipet tetes dan alat suntik.