Mind Map Tekanan
Soal dan Pembahasan Tekanan Hidrostatis
1. Perhatikan pernyataan berikut:
1) berbanding lurus dengan percepatan gravitasi
2) berbanding lurus terhadap kedalaman zat cair
3) berbanding lurus terhadap massa jenis zat cair
4) berbanding lurus dengan massa benda
5) berbanding lurus dengan gaya tekan
Pernyataan yang benar mengenai besarnya tekanan hidrostatis adalah ....
A. 1 dan 2
B. 1 dan 4
C. 2 dan 3
D. 3 dan 4
Pembahasan
C.
Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan dengan P = ρ g h.
Dengan ρ = massa jenis, g = percepatan gravitasi bumi, dan h = kedalaman.
Mengapa A bukan merupakan jawaban yang benar. Karena pernyataannya adalah sebanding berhubungan dengan variabel, yang berarti jika sisi kanan rumus bertambah maka yang kanan bertambah besarnya dan sebaliknya. Tetapi besar percepatan gravitasi dianggap tetap (bukan variabel). Berbeda jika yang ditanyakan faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatis, maka jawabannya 1, 2, dan 3. (Mungkin ada pendapat lain?)
2. Sebuah benda yang berada dalam sebuah wadah seperti pada gambar.
P = ρ g h = 1200.10.0,4 = 4800 Pa
3. Perhatikan gambar berikut.
Tekanan Pada Zat Cair : Bejana Berhubungan
Permukaan zat cair di dalam bejana berhubungan selalu mendatar. Seperti pada gambar berikut.
Permukaan zat cair di dalam bejana selalu mendatar |
Zat cair selalu menyesuaikan bentuk seperti wadah yang ditempatinya. Permukaan zat cair juga tidak tergantung pada bentuk wadahnya.
Bejana Berhubungan |
Catatan :
Massa jenis raksa adalah 13.600 kg/m³ atau 13,6 gr/cm³
Massa jenis minyak adalah 800 kg/m³ atau 0,8 gr/cm³
Massa jenis air adalah 1.000 kg/m³ atau 1 gr/cm³
Hukum Bejana berhubungan ini tidak berlaku jika
- ada pipa kapiler
- tekanan bejana tidak sama
- diisi zat cair yang tidak sejenis
Jika bejana berhubungan yang berbentuk U, jika diisi dua zat cair yang berbeda dapat digunakan untuk mencari massa jenis zat cair.
Tekanan Pada Zat Cair : Hukum Archimedes
Archimedes |
Ada yang mengenal siapakah dia?
Ada sebuah cerita. Pada suatu waktu Sang Raja memesan sebuah mahkota. Ketika mahkotanya sudah jadi, Sang Raja ragu akan kemurnian emas dari mahkota tersebut. Kemudian Sang Raja memanggil Archimedes. Archimedes tidak bisa memenuhi keinginan Sang Raja. Archimedes kebingungan.
Kemudian Archimedes pulang dan masuk ke bak air untuk mandi. Pada saat itulah, Archimedes menemukan jawaban atas pertanyaan Sang Raja. Saking gembiranya, Archimedes melompat-lompat...berteriak kegirangan dan berlarian sepanjang jalan dalam keadaan telanjang. Konon dialah penyanyi telanjang pertama di dunia.
"Eureka...eureka...eureka.." begitu yang dikatakannya.
Hukum Archimedes berbunyi
"suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya dalam suatu zat cair akan mengalami gaya tekan ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan (didesak) oleh benda tersebut"
Secara matematis Hukum Archimedes dapat dituliskan sebagai :
FA = WU - WA
FA = ρA VA g
FA = gaya tekan ke atas pada benda (N)
ρA = massa jenis zat cair (kg/m3)
VA = volume air yang terdesak (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Terapung, Tenggelam, dan Melayang
Benda yang dicelupkan ke dalam air akan mengalami 3 keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam yang ditentukan oleh besarnya gaya berat dan gaya ke atas yang dialami benda tersebut.
1) Mengapung :jika volume benda yang memindahkan cairan lebih kecil dari volume benda (massa jenis benda lebih kecil dari pada massa jenis cairan).
ρbenda< ρzat cair
2) Melayang jika volume benda yang memindahkan cairan sama dengan volume benda (massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cairan).
ρbenda= ρzat cair
3) Tenggelam jika benda tercelup seluruhnya (massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis cairan)
ρbenda> ρzat cair
Penerapan gaya Archimedes :
1. jembatan ponton
2. hidrometer (alat ukur massa jenis)
3. kapal laut
4. kapal selam
5. balon
Contoh Soal Hukum Archimedes
1. Sebuah benda jika di udara beratnya 10 N. Jika ditimbang di suatu zat cair ternyata beratnya 8,5 N. Tentukan besar gaya ke atas yang dialami benda tersebut?
Pembahasan
Gaya ke atas yang dialami benda di dalam zat cair sama besarnya dengan pengurangan berat benda dalam zat cair itu.
Gaya ke atas = berat di udara - berat di dalam zat cair
FA = WU - WA = 10 N - 8,5 N = 1,5 N
2. Sebuah benda memiliki massa jenis 1800 kg/m3 berada di dalam air seperti pada gambar.
Benda tenggelam |
a. Berapa besar gaya ke atasnya?
b. Berapa berat benda di air?
(g = 10 m/s2)
Penyelesaian
a. Besar gaya ke atas
VA = 4000 cm3 = 4000.10-6 m3=4.10-3 m3
ingat bahwa : 1 cm = 10-2 m sehingga 1 cm3 = 10-6 m3
FA = ρA VA g = 1200.4.10-3.10 = 48 N
b. Berat benda di air
Berat benda di air = Berat benda di udara - gaya ke atas
VB = VA = 4.10-3 m3
WU = ρB VB g = 1500.4.10-3.10 = 60 N
WA= WU - FA = 60 N - 48 N = 12 N
Wow..ternyata memang benda yang di dalam air akan terasa lebih ringan karena pengaruh gaya tekan ke atas.
Kita bisa merasakannya bukan saat membawa benda/batuan di dalam air sungai. Akan terasa lebih ringan dibanding jika batunya diangkat di atas air. Demikian juga saat menimba air. Saat timbanya di dalam air terasa ringan, semakin ke atas dan akhirnya di atas permukaan air maka akan terasa berat.
Selamat belajar
Tekanan pada Zat Cair : Hukum Pascal
Blaise Pascal (1623 -1662) |
Blaise Pascal (1623-1662) mengemukakan suatu hukum yang berlaku untuk semua zat zair dalam ruang tertutup, yaitu :
tekanan yang dikerjakan pada zat cair di dalam ruang tertutup diteruskan secara merata ke segala arah sama besar.Kita bisa membuktikan hukum tersebut dengan menggunakan percobaan sederhana sebagai berikut.
- Dongkrak hidrolik
- Mesin hidrolik pengangkat mobil
- Rem piringan hidrolik
- Pompa hidrolik
- Kursi dokter gigi
Tekanan Pada Zat Cair - Tekanan Hidrostatis
Perhatikan gambar berikut.
Sebuah wadah yang diberi 3 lubang dengan posisi yang berbeda, kemudian air dimasukkan maka air akan memancar dengan jarak yang berbeda-beda. Dari gambar terlihat, bahwa semakin jauh dari permukaan air (semakin dalam) maka pancaran air semakin jauh, sedangkan yang berada pada dekat permukaan air pancarannya tidak jauh. Jauh tidaknya pancaran ini tergantung pada tekanan pada zat cair atau yang disebut dengan tekanan hidrostatis.
Tekanan hidrostatis zat cair beberapa ketinggian |
Besarnya tekanan hidrostatis tergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka).
P = tekanan (Pa)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = perepatan gravitasi bumi (m/s2)
h = kedalaman (m)
Contoh :
Suatu kolam yang dalamnya 3 meter diisi penuh air (ρair = 1000 kg/m3). Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, berapa tekanan hidrostatis suatu titik yang terletak pada :
Penyelesaian :
Diketahui :
ρ= 1000 kg/m3
g = 10 m/s2
hA = (3 - 0,2) m = 2,8 m (ketinggian dihitung dari permukaan air)
Jawab :
PA = ρ g h = 1000. 10. 2,8 = 28.000 Pa = 28 kPa
Tekanan pada Zat Padat dan Penerapannya
Perhatikan gambar berikut?
Pada gambar terlihat bahwa pisau digunakan untuk mengiris daging dan sebuah paku yang menancap pada kayu.
Pertanyaannya bagaimana jika pisau atau paku yang digunakan tumpul? Apakah kita dapat mengiris daging tersebut serta memaku kayu?
Boleh jadi bisa dilakukan tetapi menggunakan tenaga yang lebih besar atau hasilnya tidak rapi.
Di sinilah kita memanfaatkan konsep tekanan untuk melakukan kegiatan tersebut.
Perhatikan sisi tajam dari pisau dan ujung runcing dari paku tersebut. Permukaan pisau dan ujung paku memiliki luas penampang yang kecil. Tekanan yang dihasilkan dari penampangan kecil tersebut akan memiliki tekanan yang besar.
Jadi tentunya lebih mudah menancapkan paku yang runcing dari pada paku yang tumpul serta lebih mudah mengiris daging dengan pisau tajam dari pada pisau yang tumpul. Luas permukaan yang tajam/lancip menyebabkan tekanan paku atau pisau tersebut besar.
Sekarang perhatikan gambar berikut.
Dua buah balok memiliki berat masing-masing 4 kg dan 1 kg dengan luas penampang yang sama.
Keduanya dijatuhkan ke bawah dengan permukaan lantai yang lunak (misalnya tanah atau tepung). Kira-kira bagaimana kedalaman kedua balok tersebut? Apakah menimbulkan bekas kedalaman yang sama atau berbeda?
Ya, balok yang lebih berat (4 kg) akan menimbulkan bekas yang dalam jika dijatuhkan dibanding dengan balok yang ringan (1 kg).
Mengapa demikian?
Semakin berat benda maka akan dihasilkan tekanan yang lebih besar.
Dari penjelasan dapat disimpulkan bahwa besarnya tekanan sebanding dengan berat benda dan berbanding terbalik dengan luas bidang tekannya.
Sehingga tekanan pada zat padat dapat didefinisikan sebagai hasil bagi gaya tekan dengan luas bidang tekan.
F = gaya tekan (N)
A = luas bidang tekan (m2)
Satuan tekanan yang lain bisa berupa bar, cmHg, atau atm (atmosfer).
1 bar = 100.000 Pa, 1 atm = 1,013 bar, 1 atm = 76 cmHg
Contoh Soal
Seorang siswa yang massanya 40 kg menggunakan sepatu yang masing-masing luasnya 10 cm2. Berapa tekanan siswa tersebut pada lantai ? (g = 10 m/s2)
Penyelesaian :
Diketahui :
g = 10 m/s2
A = 10 cm2
untuk dua kaki maka luasnya menjadi A = 20 cm2
Ditanya :
P = ?
Jawab :
Penerapan/peristiwa tekanan zat padat pada kehidupan sehari-hari
- Sepatu ski memiliki permukaan yang luas sehingga orang yang memakainya mudah berjalan di atas salju.
- Ban-ban mobil berat memiliki permukaan yang luas agar jalanan tidak mudah rusak
- Binatang-binatang besar memiliki luas penampang kaki yang lebar agar memberikan tekanan yang kecil pada tanah
- Bebek memiliki selaput pada kakinya sehingga bisa berjalan dengan mudah di lumpur tanpa terperosok
- Pisau yang tajam mudah digunakan untuk mengiris
- Paku/jarum yang runcing mudah untuk menembus bahan/material dengan mudah
- Burung-burung memiliki gigi taring yang tajam untuk memotong-motong makanan
Sumber Gambar
https://www.idntimes.com/food/recipe/tres/5-tips-memotong-daging-sapi-yang-tepat-c1c2/5
Bahan Bacaan :
Materi tekanan meliputi tekanan pada zat padat, zat cair dan gas.
Persamaaan tekanan :
F = gaya (newton);
A = luas bidang tekan (m2)
P = tekanan (Pascal atau N/m2)
Bejana Berhubungan
Berlaku persamaan :
ρ1 h1 = ρ2 h2
Tekanan Hidrostatis
P = ρ g h
P = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman (m)
Hukum Pascal
Berlaku :
F1 = gaya yang bekerja pada bidang 1 (N)
F2 = gaya yang bekerja pada bidang 2 (N)
A1 = gaya yang bekerja pada bidang 1 (m2)
A2 = gaya yang bekerja pada bidang 1 (m2)
Hukum Archimedes
“Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapatkan gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.”
FA = ρc g Vc
FA = WU - WA
FA = besar gaya ke atas (N)
ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
VC = volume benda yang tercelup ke dalam air (m3)
WU = berat benda di udara(N)
WA = berat benda di air (N)
Tekanan Udara
Tekanan udara di permukaan laut rata-rata 1 atm atau 76 cm Hg. Setiap kenaikan 100 m, tekanan udara turun sebesar 1 cm Hg.
Berikut contoh prediksi soal UN IPA SMP tahun 2015 untuk tekanan.
1. Sebuah balok bermassa 120 kg terletak di atas tanah seperti gambar berikut!
Tekanan balok terhadap tanah jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 adalah ….
A. 125 Pa
B. 250 Pa
C. 1250 Pa
D. 2500 Pa
2. Perhatikan gambar berikut !
Jika percepatan gravitasi di tempat ini sebesar 10 N/kg, maka tekanan hidrostatis tepat mulut ikan tersebut sebesar….
A. 2500 N/m²
B. 3500 N/m²
C. 6000 N/m²
D. 8500 N/m²
3. Perhatikan gambar berikut!
Alat pengangkat hidrolik pada gambar memiliki pengisap, masing-masing dengan luas A1 = 10 cm² dan A2 = 2000 cm². Berat mobil yang akan diangkat 15000 N. Berapa besar gaya F yang harus diberikan pada pengisap kecil ….
A. 7,5 N
B. 50 N
C. 75 N
D. 125 N
4. Sebuah bejana berhubungan diisi air dan minyak seperti pada gambar berikut !
Massa jenis air 1 gr/cm³ dan massa jenis minyak 0,9 gr/cm³, serta ketinggian air 18 cm. Tentukan nilai x!
A. 9 cm
B. 10 cm
C. 18 cm
D. 20 cm
5. Berat benda di udara 20 N ketika dicelupkan ke dalam air mengalami gaya ke atas sebesar 2 N, berat benda sekarang adalah …..
A. 22 N
B. 20 N
C. 18 N
D. 10 N
Untuk sementara kami sajikan 5 soal terlebih dahulu yang bisa dijadikan acuan/prediksi untuk menghadapi UN IPA SMP 2015, khususnya materi tekanan. Selamat belajar.
Arsyad Riyadi Februari 24, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
Dalam kedokteran, metode yang biasa digunakan untuk menunjukkan adanya tekanan adalah dengan melihat tinggi kolom udara merkuri (Hg). Ingat : 1 mmHg = 0,133Pa.
Sebagai contoh, tekanan darah tinggi yang terbaca sebagai 120 mm Hg (15,8 kPa) menunjukkan bahwa kolom merkuri pada ketinggian tersebut memiliki tekanan yang setara dengan tekanan sistolik pasien.
Alat klinis yag biasa digunakan untuk mengukur tekanan adalah sphygmomanometer, yang digunakan untuk mengukur tekanan darah. Ada dua jenis tekanan gauge yang dipergunakan pada sphygmomanometer. Pada manometer merkuri ,besarnya tekanan ditunjukkan tinggi kolom merkuri dalam tabung kaca. Sedangkan pada manometer aneroid, tekanan mengubah bentuk tabung flexible tertutup, yang menyebabkan jarum bergerak ke angka.
Tekanan pada otak
Otak berisi kurang lebih 150 cm3 cairan cerebprospinal (CSF). Peningkatan tekanan akan menyebabkan pembesaran tulang kepala. Kondisi ini disebut dnegan hydrocephalus (kepala air). Bila kondisi ini dideteksi secepatnya, maka dapat diatasi melalui operasi penambahan drainase untuk CSF.
Tekanan pada CSF ini dapat diketahui dengan mengukur lingkar kepala di atas telinga. Nilai normal untuk bayi yang baru lain adalah 0,32 – 0,37 m. Metode deteksi yang lain adalah melalui transillumination, yaitu menggunakan pemindaian/scan.
Tekanan pada Mata
Cairan benaing pada bola mata (acqueous dan vitreous humor), berada dalam tekanan dan mempertahankan bola mata pada bentuk dan ukuran yang tetap.
Ahli kedokteran zaman dulu merasakann tekanan pada mata depan dengan cara menekan mata menggunakan jari. Dalam ilmu kedokteran moderna, tekanan pada mata dapat dihitung menggunakan berbagai alat. Misalnya tonometer, yang digunakan untuk mengukur jumlah indentasi (lekukan) yang dihasilkan oleh gaya tertentu.
Pada tubuh lain, seperti ssitem pencernaan, tulang, kandung kemih juga ditemukan konsep-konsep tekanan. Misalnya Ketika akan ujian, kita stress sehingga seringkali ke belakang untuk buang air kecil. Hal ini disebabkan oleh meningkatknya tekanan pada kandung kemih karena tegang. Arsyad Riyadi Desember 12, 2014 New Google SEO Bandung, Indonesia
http://kasihdananugrah.blogspot.com/2011/01/airnya-tidak-tumpah.html |
Cangkir diisi dengan air sampai penuh, kemudian ditutup dengan selembar kertas yang agak tebal. Jika kertas kita pegang kemudian cangkirnya kita balik, kertas tidak jatuh meskipun pegangannya dilepaskan dan air di dalam cangkir juga tidak tumpah.. Hal ini terjadi karena tekanan udara mampu menopang kertas dan air di dalam botol.
Percobaan Torriceli
Evangelista Torricelli (1608 - 1647), seorang ahli fisika Italia menciptakan alat pengukur tekanan udara yang disebut barometer.
-------------- gambar ---------------------
Pada percobaan diketahui bahwa tinggi raksa dalam tabung 76 cm dan ruang tabung bagian atas merupakan ruang hampa. Tinggi raksa tersebut tidak berubah walaupun tabung dimiringkan. Namun jika kemiringan itu menyebabkan tinggi tabung kurang dari 76 cm, tabung terisi penuh air raksa. Karena percobaan tersebut di lakukan di atas permukaan air laut, dapat disimpulkan bahwa tekanan raksa setinggi 76 cmHg sama dengan tekanan udara 1 atm.
Dalam meteorologi, satuan tekanan yang sering digunakan adalah bar.
1 bar = 100.000 Pa Arsyad Riyadi Agustus 11, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia
Besarnya tekanan hidrostatis tergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka).
P = p g h
P = tekanan (Pa)
p = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = perepatan gravitasi bumi (m/s2)
h = kedalaman (m)
Contoh :
Suatu kolam yang dalamnya 2 meter diisi penuh air (pair = 1000 kg/m3). Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, berapa tekanan hidrostatis suatu titik yang terletak 20 cm dari dasar kolam?
Penyelesaian :
Diketahui :
p = 1000 kg/m3
g = 10 m/s2
h = (2 - 0,2) m = 1,8 m
Ditanya : P = ?
Jawab :
P = p g h = 1000. 10. 1,8 = 18.000 Pa
Hukum Pascal
Tekanan yang dikerjakan pada zat cair di dalam ruang tertutup diteruskan secara merata ke segala arah sama besar.
F1/A1 = F2/A2
Alat-alat yang bekerja berdasar hukum Pascal
1. Dongkrak hidrolik
2. Jembatan angkat
3. Kempa Hidrolik
Bejana Berhubungan
Zat cair selalu menyesuaikan bentuk seperti wadah yang ditempatinya. Selain itu, zat cair yang selalu dalam keadaaan tenang selalu memiliki permukaan yang mendatar/. Permukaan zat cair juga tidak tergantung pada bentuk wadahnya.
Hukum Bejana berhubungan ini tidak berlaku jika
- ada pipa kapiler
- tekanan bejana tidak sama
- diisi zat cair yang tidak sejenis
Jika bejana berhubungan yang berbentuk U, jika diisi dua zat cair yang berbeda dapat digunakan untuk mencari massa jenis zat cair.
Hukum Archimedes
"Jika suatu benda dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapatkan gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut."
Gaya angkat atau gaya Archimedes dirumuskan sebagai :
Arsyad Riyadi Juli 28, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia
Lebih mudah menancapkan paku yang runcing dari pada paku yang tumpul.
Lebih mudah mengiris daging dengan pisau tajam dari pada pisau yang tumpul.
Mengapa demikian?
Karena luas permukaan yang kecil (tajam) menyebabkan tekanan paku atau pisau tersebut besar.
Demikian juga sebuah balok yang berat akan menimbulkan bekas yang dalam jika dijatuhkan dibanding dengan balok yang ringan (dengan catatan kedua luas penampak kedua balok sama).
Mengapa demikian?
Karena semakin berat benda maka akan dihasilkan tekanan yang lebih besar.
Dari penjelasan dapat disimpulkan bahwa besarnya tekanan sebanding dengan berat benda dan berbanding terbalik dengan luas bidang tekannya.
Sehingga tekanan pada zat padat dapat didefinisikan sebagai hasil bagi gaya tekan dengan luas bidang tekan.
P = tekanan (N/m2 atau Pascal)
F = gaya tekan (N)
A = luas bidang tekan (m2)
Contoh :
Seorang siswa yang massanya 40 kg menggunakan sepatu yang masing-masing luasnya 10 cm2. Berapa tekanan siswa tersebut pada lantai ? (g = 10 m/s2)
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 40 kg
g = 10 m/s2
A = 10 cm2
untuk dua kaki maka luasnya menjadi A = 20 cm2
Ditanya :
P = ?
Jawab :
Arsyad Riyadi Juli 28, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia