Hukum Fisika Tekanan Pada Benda Padat dan Zat Cair

Posted by

loading...

loading...
Suatu fluida dapat dianggap tersusun atas lapisan-lapisan air dan setiap lapisan memberi tekanan pada lapisan bawahnya. Besar tekanan itu bergantung pada kedalaman, makin dalam letak suatu bagian fluida semakin besar tekanan pada bagian itu( lihat analogi tumpukan manusia, tentunya orang yang di posisi terbawah akan merasakan tekanan paling besar).. Setiap bagian di dalam fluida statis akan mendapat tekanan zar cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis  disebut Tekanan Hidrostatis “Ph”. Contoh nyatanya ketika sebuah bola yang di masukkan ke dalam air, ketika kita lepaskan akan mendapat gaya ke atas.

Besarnya tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada massa jenis zat cair, percepatan gravitasi bumi dan kedalamannya. Secara matematis tekanan hidrostatis disuatu titik (misal didasar balok) diturunkan dari konsep tekanan.

ingat!  w = m.g = ρ V g = ρA h g

maka ,
Ket : Ph = Tekanan Hidrostatis (N/m2) ; h =kedalaman/tinggi diukur dari permukaan fluida (m) ; g = percepatan gravitasi (m/s2)

Jika  tekanan udara luar (Patm) mempengaruhi tekanan hidrostatis maka tekanan total pada suatu titik adalah
berdasarkan rumus diatas tekanan hidrostatis di suatu titik dalam fluida diam tergantung pada kedalaman titik tersebut, bukan pada bentuk wadahnya oleh karena itu semua titik akan memiliki  tekanan hidrostatis yang sama. Fenomena ini disebut sebagai Hukum Utama Hidrostatis. TEKANAN
Pernakah kalian merasakan tekanan? Untuk mencoba merasakannya, kalian coba tekankan belpoin pada telapak tanganmu secara tegaka lurus, bedakah rasa tekanan dengan menggunakan bagian runcingnya dengan bagian kepala belpoin?
Tekanan juga dapat kalian rasakan tanpa sengaja, misalnya ketika naik bus. Pada saat naik bus kota yang berdesak-desakan, kaki kita sering terinjak. Mana yang lebih sakit, terinjak seseorang yang memakai sepatu berhak tinggi atau terinjak seseorang yang memakai sandal? Kaki terinjak berarti menerima tekanan.

A.            Tekanan pada Benda Padat
Kita ketahui bahwa semakin besar berat massa benda, maka semakin besar tekanannya. Semakin kecil luas permukaan suatu benda, semakin besar tekanannya.
Besar gaya tekan benda pada kegiatan diatas, sama dengan gaya berat benda tersebut :
F= w = m.g      keterangan:
                        w = gaya berat (N)
                        m = massa benda (kg)
                        g = percepatan gravitasi(m/s 2)
Setiap benda padat yang mempunyai gaya akan memberikan tekanan pada tempatnya sebesar gaya tiap satuan luas.

Misalkan, kita menjatuhkan sebuah balok pada tanah yang lembek, balok tersebut akan meninggalkan bekas pada tanah. Bekas tersebut akan makin dalam jika balok dijatuhkan dari tempat yang lebih tinggi.  Bekas tersebut menunjukkan bahwa tanah tertekan oleh balok yang jatuh. Tekanan tersebut makin besar jika balok dijatuhkan dari tempat yang lebih tinggi. Besarnya tekanan pada balok sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan luas alas. Hal itu dirumuskan :
P = tekanan (N/m  atau pascal = Pa)
F = gaya tekan (N)
A = luas permukaan tempat gaya bekerja              

     Besarnya tekanan sebanding dengan besarnya gaya dan berbanding terbalik dengan luas bidang tekannya. Ini berarti semakin besar gayanya semakin besar tekanannya, semakin luas bidang tekannya, semakin kecil tekanannya.
Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa tekanan suatu benda merupakan hasil bagi gaya tekan dengan luas permukaan tempat gaya tersebut bekerja.
Satuan tekanan dalam Sistem Internasional adalah N/m2. Satu Pascal tekanan adalah suatu gaya sebesar satu Newton per meter persegi.
Bila zat padat seperti balok diberi gaya dari atas akan memberikan tekanan. Pada tekanan zat padat berlaku :
a.Bila balok yang sama ditekan pada tanah yang lembek akan lebih besar tekanannya atau akan lebih dalam tekanannya disbanding ditanah yang tidak lembek.
b.Semakin besar luas alas bidang tekannya, maka tekanannya makin kecil.
c.Semakin kecil luas alas bidang tekannya, maka tekanannya makin besar.
Contoh soal :
1.Benda yang luas alasnya 50 cm2 diberi gaya 10 N, maka berapa tekanannya?
Diketahui         : A = 50 cm = 0,005 m2
                           F = 10 N
Ditanya            : P = . . . ?
Jawab              :

2.Kubus kayu panjang sisinya 80cm terletakkan diatas lantai. Jika massa balok kayu tersebut 32 kg, berapakah tekanan yang dialami lantai?
Diketahui     : M=20kg    g = 10 m/s2
                       Panjang sisi = 80 cm
Ditanya        :  P = . . . ?
Jawab :   A = s x s
                  = 80 x 80
                  = 6.400 cm2  = 0,64 m2
w = m x g = 32 kg x 10 m/s2 = 320 N

3.Gaya berat balok dibawah ini 400 N. Berapa tekanan balok tersebut?
Diketahui         : F = 400 N
                          A = p x l = 1,5 m  x  1,2 Ditanya            :P = . . . ?
Jawab :  N/m2


b)penerapan konsep tekanan zat padat
a.Kapak
Mata kapak dibuat tajam untu memperbesar tekanan sehingga memudahkan tukag kayu dalam memotong atau membelah kayu.
b.Sirip ikan
Sirip ikan yang lebar memungkinkan ikan bergerak dalam air karena memperoleh gaya dorong dari gerakan siripnya yang lebar. Sirip ini memberikan tekanan yang besar ke air ketika sirip tersebut digerakkan.

c.sepatu salju
Orang-orang yang hidup didaerah bersalju membuat salju yang luas alasnya besar sehingga mampu memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju
d.Paku yang tajam
Paku yang tajam akan lebih dalam menancapnya bila dibandingkan dengan paku tumpul, karena paku tajam luas alasnya kecil berarti tekanannya besar, sedangkan pada paku tumpulluas alasnya besar sehingga tekanannya kecil.
e.Pisau tajam
Pisau yang tajam lebih mudah mengupas atau memotong benda dari pada pisau yang tumpul.
f.Kaki itik
Kaki itik dapat berjalan ditanah limpur dan tidak terpeleset, karena kaki itik luas alasnya besar, sehingga tekanannya kecil dan akibatnya tekanan kecil dapat memperlancar jalannya.

B. Tekanan pada Zat Cair
     Setiap benda dipermukaan bumi mendapat pengaruh gravitasi bumi. Dengan kata lain, setiap benda di permukaan bumi mempunyai berat. Demikian juga halnya pada zat cair. Itulah sebabnya, secara alami zat cair selalu mengalir ketempat yang lebih rendah.

A) Tekanan Hydrostatis

         Dari gambar diatas diketahui bahwa lubang paling bawah memancarkan air paling jauh. Hal itu menunjukkan bahwa tekanan air dipengaruhi oleh kedalamannya. Jadi tekanan hidrostatik adalah tekanan pada zat cair yang terjadi karena  kedalamannya.
Tekanan hidrostatik (Ph) dapat dirumuskan  :
Keterangan :
P = tekanan (N/m2)
Row =massa jenis (Kg/m3)
g = gravitasi Bumi (N/kg)
h = ketinggian zat cair (m). Ph = Row x g  x  h

       Pada rumus diatas dapat disimpulkan bahwa tekanan dalam zat cair hanya bergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak bergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka). Berdasarkan rumus di atas dapat diketahui bahwa makin ke dalam dari permukaan air tekanan hidrostatis makin besar. Itulah sebabnya, dinding bendungan air pada bagian bawah dibuat lebih tebal daripada bagian atasnya.

       Sejumlah air yang berada dalam bejana mempunyai berat tertentu.

       Selain itu, air pada bagian atas berusaha untuk mengalir ketempat yang lebih rendah. Akibatnya, dasar dan dinding bejana mendapat tekanan air. Tekanan itu akan makin besar jika air yang ada dalam bejana itu makin banyak. Hal itu menunjukkan bahwa di dalam air (Zat Cair) terdapat tekanan. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan.
Tekanan zat cair dipengaruhi oleh kedalaman, semakin dalam airnya tekanan zat cair makin besar. Untuk mengetahui besarnya tekanan hidrostatik dapat dikeahui dengan alat Harlt. Berdasarkan alat Harlt, bahwa tekanan hidrostatik dipengaruhi oleh faktor :
-Massa jenis zat cair
-Gravitasi
-Kedalaman zat cair


b)Hukum Utama Hidrostatis :
1.Zat cair mempunyai tekanan yang besarnya tergantung pada kedalamn dan berat jenis zat cair  itu
2.Semakin dalam,tekanan zat cair semakin besar.
3.Pada kedalaman yanga sama, tekanan zat cair itu sama besar dan bekerja kesemua arah.
c)Penerapan hukum utama hidrostatis
Pada konstruksi bendungan, yaitu semakin ke bawah, bendungan dibuat semakin tebal/kuat karena semakin dalam air, maka tekanannya semakin besar, maka pada bendungan dibuat dengan lebih tebal di dasarnya dari pada di bagian atasnya, agar bendunngan atau dam itu dapat menahan atau ada kekuatan untuk menahan tekanan air.

Contoh soal :
1.Sebuah kolam berisi air dengan massa jenis 1.000 Kg/m3. Jika gravitasi bumi 10 N/kg. Berapakah besar tekanan air , jika ketinggian airnya 1,5 m dari permukaan air?
Diketahui     : 1.000 kg/m3
               g =  10 N/kg
               h = kedalaman zat cair (m)
  Ditanya         :  Pl = . . . ?
  Jawab            :  Ph =
                                                            1.000 kg/m3 x 9,8 N/kg x 1,5 m
=14.700 N/m2
Jadi, tekanan air adalah 14.700 N/m2.

2.Suatu kolam renang dengan kedalaman 2 m diisi penuh air ( 1.000 kg/m3). Jika percepatan grvitasi ditempat itu 10 m/s2, tentukan besar tekanan hidrostatissuatu titik yang terletak 40 cm dari dasar kolam.

Penyelesaian
Diketahui    : 1.000 kg/m3
               G = 10 m/s2
               h = 2 m – 40 m = 1,6 m
   Ditanya        : P = . . . ?
   Jawab           : P  =
                                                            1.000 kg/m3 x 10 m/s2 x 1,6 m
= 16. 000 N/m2
Jadi, tekanan hidrostatisnya adalah 16.000 N/m2.

d)Hukum –Hukum Dasar yang berkaitan dengan Tekana pada Zat Cair
Hukum –Hukum Dasar yang berkaitan dengan Tekana pada Zat Cair antara lain :
  
      Bejana berhubungan
Jika kita menuangkan air dalam bejana yang posisinya mendatar, posisi air didalamnya datar. Jika bejana tersebut kita miringkan, bentuk permukaan air didalamnya tetap datar dengan ketinggian yang sama. Demikian pula yang terjadi pada bejana berhubungan yang bentuknya tidak teratur (sembarang).

     Namun apabila bejana berhubungan diisi dengan zat cair tidak sejenis, maka bentuk permukaan zat cair tetap datar, ketinggiannya tidak sama.
Prinsip bejana berhubungan tidak berlaku apabila :
1.Diisi dua atau lebih jenis zat cair
2.tekanan pada bejana tidaka sama, misalnya karena ditutup pada saat pengisisan
3.terdapat pipa kapiler
4.bejana ditiup/digoyang-goyang. air

     Sifat permukaan zat cair yang selalu mendatar dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari :
1.Waterpass digunakan ketika memasang ubin untuk mengetahui permukaan lantai mendatar atau tidak.
2.Pancuran teko tidak boleh rendah dari pada tutpnya. Hal ini untuk menghindari tumpahnya air melalui pancuran teko.
3.Menara penampung air dibuat tinggi agar dapat mengalir ke pipa-pipa yang lebih rendah.

     Pada bagian sebelumnya sudah diketahui bahwa hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika bejana diisi dua zat cair yang berbeda. Pada gambar dibawah, sebuah bejana berbentuk U, diisi dengan zat cair yang berlainan, yakni air dan sedikit minyak, maka ketinggian permukaan zat akan berbeda. Namun, tekanan zat cair pada kedalaman yang sama adlah sama besar.

loading...
loading...
loading...

FOLLOW and JOIN to Get Update!

Social Media Widget SM Widgets




Peternakan dan Herbal Updated at: 21:16

0 komentar:

Post a Comment

loading...
Copyright@2014-2016. www.AgrobisnisInfo.com . Powered by Blogger.