Tekanan Zat dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari

Tekanan zat merupakan materi IPA kelas VIII SMP yang diajarkan pada semester genap. Tekanan zat masuk ke dalam kelompok materi fisika yang terdiri atas tekanan pada zat padat, tekanan pada zat cair, tekanan pada gas, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.

Tekanan pada Zat Padat

Tekanan (dilambangkan dengan P) adalah hasil bagi antara gaya tekan (F) dengan luas bidang tekannya (A). Dirumuskan sebagai berikut:

Rumus Tekanan Zat Padat

Keterangan:
P = tekanan (N/m2 atau Pascal)
F = gaya tekan (Newton)
A = luas bidang tekan (m2)

Satuan tekanan yang biasa dipakai:
1 Pascal (Pa) = 1 N/m2
1 atm = 76 cmHg = 1,013 x 105 Pa
1 N/m2 = 105 dyne/cm2

Catatan: Jika benda yang diletakkan di atas suatu tempat (misalkan meja atau lantai) tanpa adanya tekanan dari luar (benda diam) maka gaya tekan yang bekerja adalah berat benda itu sendiri (W). Secara matematis dapat dirumuskan:

Rumus Tekanan Zat Padat Berat

Keterangan:
P = berat benda (N)
A = luas bidang tekan (m2)

Contoh Soal dan Pembahasan Tekanan Zat Padat

SOAL 1

Sebuah balok bermassa 24 kg dengan sisi alasnya 1 m dan 0,5 m diletakkan di atas tanah (g = 10 m/s2). Berapakah tekanan balok terhadap tanah?

Pembahasan:

Diketahui:
A = 1 m x 0,5 m = 0,5 m2
Ditanya: P (tekanan) = ….?
Jawab:
F (gaya berat) = m x g = 24 kg x 10 m/s2 = 240 N
Maka, P = F : A = 240 N : 0,5 m2 = 480 N/m2

SOAL 2

Perhatikan gambar berikut!

Soal Tekanan dan Kunci Jawaban 1

Dengan massa benda 1, 2, 3, 4 yang sama, tekanan paling besar yang dialami lantai diakibatkan oleh benda nomor berapa?

Pembahasan:

Dengan massa yang sama, benda yang mempunyai tekanan paling besar adalah benda yang mempunyai luas bidang tekan kecil. Dari gambar di atas benda yang memiliki luas bidang tekan paling kecil adalah benda nomor 2.

Luas bidang tekan = luas bidang yang menempel lantai, semakin kecil/sempit, tekanan semakin besar.

Tekanan pada Zat Cair

Pembahasan tekanan pada zat cair dibagi menjadi empat bagian, yaitu Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal, Bejana Berhubungan, dan Hukum Archimedes.

Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah besarnya tekanan zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair tersebut.

Ph = ρ x g x h

Keterangan:

Ph = tekanan hidrostatis (N/m2 atau Pa)
ρ (rho) = massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman zat cair (m)

Hukum Pascal

Hukum Pascal menyatakan bahwa “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.

Hukum Pascal Hidrolik
Sistem hidrolik pengangkat mobil pada usaha cuci mobil dan bengkel merupakan aplikasi Hukum Pascal.

Dengan konsep Hukum Pascal, jika kita memberikan gaya yang kecil pada suatu benda, dapat menghasilkan gaya yang lebih besar pada benda tersebut. Prinsip Hukum Pascal sering diterapkan pada dongkrak hidrolik, rem hidrolik, rem hidrolik mobil dan kereta api, mesin hidrolik pengangkat mobil, dan sebagainya.

Sistem hidrolik merupakan penerapanm Hukum Pascal dengan skema seperti gambar berikut.

Tekanan Hukum Pascal
Rumus Hukum Pascal

Keterangan:

F1 = gaya pada penghisap kecil (N)
F2 = gaya pada penghisap besar (N)
A1 = luas penampang pada penghisap kecil (m2)
A2 = luas penampang pada penghisap besar (m2)

Bejana Berhubungan

Bunyi hukum bejana berhubungan: “Jika zat cair dimasukkan ke dalam bejana berhubungan maka permukaannya akan sama rata (datar)”.

Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika:

  • Tekanan di permukaan bejana tidak sama
  • Bejana sangat sempit (pipa kapiler)
  • Bejana diisi dengan zat cair yang berbeda jenis

Pipa U yang diisi dengan zat cair yang berbeda jenis permukaannya tidak sama tinggi.

Pipa U Bejana Berhubungan

Untuk menghitung selisih ketinggian antara kedua zat cair tersebut menggunakan persamaan:

Rumus Bejana Berhubungan

Keterangan:
ρ1 = massa jenis zat cair 1 (kg/m3)
ρ2 = massa jenis zat cair 2 (kg/m3)
h1 = tinggi permukaan zat cair 1 (m)
h2 = tinggi permukaan zat cair 2 (m)

Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan bahwa “Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, akan mengalami gaya ke atas yang sama besarnya dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Semakin besar volume benda yang tercelup, maka akan mendapat gaya ke atas yang semakin besar pula.

Rumus Hukum Archimedes 1
Rumus Hukum Archimedes 2
Rumus Hukum Archimedes 3

Keterangan:

FA = gaya ke atas (N)
ρ1 = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
V = volume air yang terdesak (m3)
Wudara = berat benda di udara (N)
Wcair = berat benda di zat cair (N)
BJ = berat jenis (N/m3)

Tiga kemungkinan benda dengan massa jenis tertentu ketika dimasukkan ke dalam zat cair:

  • Terapung jika ρbenda < ρcair, contohnya: gabus mengapung di permukaan air.
  • Melayang jika ρbenda = ρcair, contohnya: telur yang dimasukkan ke air garam denga kadar tertentu
  • Tenggelam jika ρbenda > ρcair, contoh: besi atau batu di dalam air.
Hukum Archimedes: Tenggelam Terapung Melayang

Hukum Archimedes sering diterapkan pada:

  • jembatan ponton
  • hydrometer, alat pengukur massa jenis zat cair
  • kapal laut
  • kapal selam
  • balon udara
Penerapan Hukum Archimedes: Jembatan Ponton
Jembatan ponton merupakan jembatan yang terhampar di atas alas kayu, tong kosong, atau apapun benda yang mengapung di air yang ditata sedemikian rupa

Untuk contoh soal dan pembahasan tekanan zat padat dan tekanan pada zat cair akan dilanjutkan pada pertemuan selanjutnya. Materi tekanan pada zat gas beserta contoh soal dan kunci jawaban juga akan dijelaskan di sana. Sampai jumpa, semangat selalu.

Tinggalkan komentar