Tekanan Pada Benda Padat

BAB ITEKANAN

Standar Kompetensi:Memahami pesanan usaha, gaya, dan energi dalam kehidupan sehari-hari

Kompetensi Dasar:Meneyelidiki tekanan pada benda padat, cair, dan gas serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.Tujuan PembelajaranDengan memepelajarai bab ini, Anda diharapkan mampu:1. Menemukan hubungan antara gaya, tekanan, dan luas daerah yang di kenai gaya;2. Menerapkan konsep bejana berhubungan dalam kehidupan sehari-hari;3. Mendeskripsikan hukum Pascal dan hukum Archimedes melalu percobaan sederhana serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari;4. Menunjukkan beberapa produk teknologi dalam kehidupan sehari-hari sehubungan dengan konsep benda terapung, melayang, dan tenggelam;5. Menjelaskan hubungan antara ketinggian tempat dan tekanan udaranya.6. Melakukan percobaan yang dapat menunnjukkan tekanan atmosfir.Pernahkah kamu merasakan tekanan? Untuk mencoba merasakannya, kamu dapat menyediakan sebuah pensil. Rautlah salah satu ujungnya hingga runcing, sedangkan ujung yang alain biarkan tumpul. Tekanlah ujung pensil itu ketelapak tanganmu secara tegak lurus. Bedakah rasa tekanan ujung pensil yang runcing dengan ujung pensil yang tumpul?

A. Tekanan pada Benda PadatJika kita menjatuhkan sebuah balok pada tanah yang lembek, balok tersebut akan meninggalkan bekas ditanah. Bekas tersebut menunjukkan bahwa tanah tertekan oleh balok yangterkanna tersebutmakin besar jika balok jika balok dijatuhkan dari tempat yang lebih tinggi. Untuk menguji pernyatan tersebut, lakukan aktivitas sains berikut.

Tujuan: Mengetahui faktor-faktor yang memengaruhi tekanan.Alat dan Bahan : Plastisin atau tanah liat, wadah, dan beberapa balok uji.Posisi 1posisi 2cara kerja:Letakkan plastisin atau tanah liat ke wadah.Siapkan balok uji dan jatuhkan dari ketinggian tertentu dengan permukaan tertentu pula (posisi 1)Amatilah tempat bekas jatuh balok itu pada plastisin atau tanah liatUlangi cara 1-3 untuk posisi 2 HhAktivitas Sains 1.1

Tanah liat

Tekanan suatu benda merupkan hasil bagi gaya tekan dengan luas permukaan tempat gaya tersebut bekerja.Tekanan balok berpenampang kecil lebih besar dari pada balok berpenampang besar. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa besar tekanan sutu benda berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Kita lebih mudah mencapkan paku yang runcing dari pada yang tumpul; pisau yang tumpul ahrus diasah (dipersempit permukaannya) agar lebih tajam; pegangan ember harus diperbesar (dilapisi plastik) agar telapak tangan tidak sakit sewaktu mengangkat ember berisi air.Dari contoh-contoh tersebut, membuktikan bahwa luas penampang yang kecil akan memperbesar tekanan suatu benda. Dengan demikian, dapat disimpilkan bahwa tekanan suatu benda merupkan hasil bagi gaya tekan dengan luas permukaan tempat gaya tersebut bekerja. Hal itu dapat dirumuskan:

P = Dimana;p = tekanan (N/m2 atau Pascal = Pa)F = gaya tekan (N)A = luas permukaan tempat gaya bekerja(m2)

Contoh 1.1:Seorang siswa yang bermassa 40 kg memakai sepatu berhak tinggi dengan luas penampangnya 10 cm2. Berapakah besar tekanan siswa tersebut pada lantai (g = 10 m/s2)?Peneyelesaian Diketahui:m = 40 kgA = 10 cm2 = 10-3 m2g = 10 m/s2ditanyakan: p = ....?jawab:p = ; ( F = w = m.g)p = = = 4 x 105 N/m2

latihan 1.11. Mengapa seorang tukang ketika berjalan di atas atap seng atau asbes menggunakan papan untuk berpijak?2. Beban seberat 128.000 N diletakkan diatas lantai seluas 16 m2. Berapakah tekanan yang dialami lantai? Jika luas lantai dipersempit menjadi seperempatnya, berapa tekanan yang diaalai lantai?

B. Tekanan Zat CairPada bagian ini akan dibahas tekanan pada zat cair diam. Perubahan teakan pada zat cair yang bergerak akan Anda pelajari di SMA. Sejumlah air yang berada dalam bejana mempunyai berat tertentu. Tekanan air akan makin besar jika air yang ada dalam bejana air maikin banyak. Hal itu menunjukkan bahwa di dalam air (zat cair) terdapat tekanan. Tekanan itu disebut tekanan hidrostatis. Tekanan pada zat cair atau sering disebut juga dengan tekanan hidrostatis ini tergantung pada suatu tingkatan kedalaman dan berat jenis pada zat cair dan tidak bergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka). Tekanan pada zat cair mengarah ke segala arah. Rumus tekanan hidrostatis sebagai berikut.

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

Paradoks hidrostatika adalah suatu gejala zat cair diam yang seakan-akan tidak benar, tetapi kenyataannya benar. Jika beberapa bejanaberbagai bentuk saling dihubungkan lalu dituangkan zat caair ke dalamnya, permukaan zat cair itu akan sama tinggi.Berdasarkan rumus diatas dapat diketahui bahwa makin besar kedalam dari permukaan air, tekanan hidrostatis makin besar. Itulah sebabnya, dinding bendungan air pada bagian bawah dibuat lebih tebal dari pada bagian atasnya.

Contoh 1.2Suatu kolam renang dengan kedalaman 2 m diisi air hinga penuh (air = 1.000 kg/m3). Jika percepatan gravitasi ditempat itu dianggap 10 m/s2, tentukan besar tekanan hidrostatis suatu titik yang terletak 40 cm dari dasar kolam!PenyelesaianDiketahui; = 1.000 kg/m3g = 10 m/s2h = 2 m - 40 cm = 1,6 mditanya;p = .....?jawab;p = gh = 1.000 kg/m3 x 10 m/s2 x 1,6 mP = 16.000 N/m2Jadi tekanan hidrostatis di tempat yang terletak 40 cm dari dasar kolam adalah 16.000 N/m2.

Latihan 1.21. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi besar tekanan hidrostatis!2. Sebuah tabung dengan luas penampang 20 cm2. Tabung tersebut diisi dengan air sebanyak1 liter. Jika Massa air 1.000 kg/m3 dan g = 10 m/s2, hitunglaha. Tekanan yang dialami oleh tabung;b. Berat air dalam tabung.

1. Bejana berhubunganJika kita menuangkan air dalam bejana yang posisinya mendatar, bentuk permukaan air di dalamnya datar. Jika bejana tersebut kita miringkan, bentuk permukaan air di dalamnya tetap datar dengan ketinggian yang sama. Demikian pula yang terjadi pada bejana yang berhubungan yang bentuknya tidak teratur (sembarang). Namun tidaklah demikian jika zat cair yang kita masukkan ke dalam bejana berhubungan tersebut tidak sejenis. Meskipun bentuk permukaannya tetap datar, ketinggiannya tidak sama. Perhatikan gambar berikut:

(a) Permukaan Datar (b)permuakaan miring

(C) zat cair beda jenis

Berdasarkan uraian tersebut, dapat disimpulkan bahwa permukaan zat cair yang tidak bergerak dalam suatu bejana atau bejana berhubungan selalu terletak dalam bidang datar. Kesimpulan ini selanjutnya yng disebut hukum bejana berhubungan. Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika:a. Pada bejana diisi dua atau lebih zat cair;b. Tekanan udara pada bejana tidak sama, misalnya karena ditutup pada saat pengisian;c. Pada bejana terdapat pipa kapilerPrinsip bejana berhubungan diterapkan pada sistem pengairan air leding. Pipa-pipa leding dan tangi penyimpanan air diletakkan di tempat yang tinggi. Karena air dalam pipa selalu berusaha agar sama tinggi air dalaam tangki, iar dalam pipa mudah dialirkan ke tempat-tempat yang dikehendaki; termasuk ke bangunan-bangunan yang tinggi (asalkan ketinggiannya kurang dari ketinggian dari tangki). Prinsip yang sama diterapkan juga pada cerek. Tinggi mulut cerek tidak boleh lebih rendah daripada gari batas tutupnya agarcerek dapat diisi penuh dan air tidak tumpah melalului mulut cerek.Jika suatu bejana diisi dengan dua zat cair yang berbeda jenis misal minyak dan air maka keduanya tidak dapat bercampur. Ketinggian permuakaan keduannya tidak sama. Namun, tekanan zat cair pada kedalaman yang sama adalaah sama besar (ingat tekanan hidrostatis). Dengan demikan dapat diperoleh rumus:

p1 = p21 g h1 = 2 g h21 h1 = 2 h2Dimana;p1 = tekanan dititik 1 (oleh minyak)p2 = tekanan dititik 2 (oleh air)1 = massa jenis zat cair 1 (minyak)2 = massa jenis zat cair 2 (air)Perhatikan gambar berikut:

Contoh soal 1.3Sebuah bejana berhubungan diisi air dan oli. Jika tinggi permukaan air dari bidang batas 4 cm, massa jenis air 1 g/m3, dan massa jenis oli 0,8 g/m3, hitunglah selisih tinggi permukaan air dan oli tersebut!Penyelesaian :Diketahui: h1 = 4 cm = 1 g/m3 = 0,8 g/m3 h2 = ...?jadi selisih tinggi permukaan air dan oli adalah x = h2 h1 = 5 cm 4 cm = 1 cm

Jawab : tinggi permukaan oli dari bidang adalah. h1 = . h2 h2 = = = 5 cm

Latihan 1.31. Sebuah bejana berhubungan diisi dengan air dan minyak tanah. Permukaan minyak 10 cm lebih tinggi dibandingkan permukaan air; (air = 1 g/cm3 dan minyak =0,8 g/m3).Tentukan :a. Tinggi minyak secara keseluruhan;b. Massa seluruh minyak (luas penampang kedua bejana sama, yaitu 5 cm2)2. Seorang siswa ingin mengukur massa jenis minyak denga menggunakan alat Harlt atau pipa Y. Air telah diketahui massa jenisnya, yaitu air = 1 g/cm3dimasukkan kedalam gelas beker 1 dan cairan minyak kedalam gelas beker 2. Setelah pipa diisap dengan pengisap, tinggi air dalam pipa menunnjukkan h1 = 20 cm dan tinggi air h2 = 16 cm. Berapakah masa jenis air?

2. Hukum PascalJika sebuah kantong plastik yang berisi air dilubangi dengan jarum di beberapa empat, air akan memancar keluar. Pancaran tersebut akan makin kuat jika bagian atas plastik ditekan (diperas). Hal itu menunjukkan bahwa tekanan tersebut diteruskan ke segala arah dalam air. Pernyataan tersebut terbukti dengan pancaran air yang makin kuat.Pernyataan di atas pertama kali dikemukakan oleh Blaise Pascal. Setelah melakukan percobaan dengan alat penyemprot (penyemprot Pascal), dia menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair pada ruang tertutup diteruskan kesegala arah sama besar. Selanjutnya, pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum Pasca. Dengan menggunakan hukum pascal, seseorang dapat merekayasa suatu suatu alat yang dapat menghasilkan tenaga lebih besar. Pernahkah kamu memperthatikan montir ketika mengangkat mobil? Bagaimana montir tersebut dengan tenaga kecil mampu mengangkat mobil yang sangat berat? Hal tersebut dapat dijelaskan seperti berikut.Jika suatu bejana berhubungan berisi fluida (zat cair, misalnya minyak). Kedua pipa pengisap ditutup rapat. Penampang pengisap kedua dibuat lebih luas dari pada pengisap pertama ( A2 A1 ). Perhatikan gambar berikut:

minyakMenurut Pascal, gaya F1 yang bekerja pada pengisap pipa 1 (A2) akan menghasilkan tekanan (p1). Tekanan itu akan diteruskan ke pipa 2 dengan sama besarnya. Gaya F2 menekan pada luas penamapang A2. Besar tekanan pada pipa 2 ini sama dengan tekanan yang diberikan pada pipa? Dengan demikian, antara pengisap pertama dan kedua berlaku hubungan:

p1 = p2Dengan : p1, p2 = tekanan pada pipa 1 dan 2 F1, F2 = gaya yang bekerja 1 dan 2 A1, A2 = luaspenampang pipa1 dan 2

F1 = F2 Persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk:

F1 = F2 jika A2 = A2F1 > F2 jika A2 > A2F1 < F2 jika A2 < A2Persamaan terakhir ini mempunyai arti makin besar perbandingan A2 dengan A1, gaya yang dihasilkan (F2) akan makin besar. Dengan kata lain, nilai F2 bergantung pada perbandingan dua luas penampang.

Contoh soal 1.4 Sebuah bejana berhubungan diisi dengan air. Luas penampang I (A1) = 20 cm2 dan luas penamapang II (A2) = 200 cm2. Jika pada penampang I ditekan dengan gaya 10 N, berapakah gaya tekan pada penampang II?Penyelesaian :Diketahui: A1 = 20 cm2A2 = 200 cm2F1 = 10 NF2 = ....?Jawab : = F2 = F1 = 10 N x F2 = 100 N

Latihan 1.41. Sebuah alat hidrolik mempunyai perbandingan luas piston 1:10. Jika pada piston kecil dikerjakan gaya sebesar 50 N, berapakah besar gaya yang dihasilkan oleh piston besar?2. Pada alat hidrolik semula mempunyai pengisapan dalam kedudukan segaris. Luas piston A sebesar 10 cm2, sedangkan luas piston B sebesar 150 cm2, jika pada piston A diduduki balita dengan massa 8 kg, sedangkan piston B diduki orang dewasa 80 kg, perkirakan kearah mana kedua piston itu bergerak?

3. Hukum archimedesmemberikan pemahaman kepada kita tentang tekanan yang terjadi pada benda yang diletakan pada zat cair. Hukum archimedes ditemukan oleh ilmuwan berkebangsaan Yunani pada tahun 187-212 SM yang bernamaArchimedes. Archimedes adalah seorang penemudan ahli matematika dari Yunani yang terkenal sebagai penemu hukum hidrostatika atau yang sering disebutHukum Archimedes.Hukum ArchimedesPernahkah kamu terjun ke kolam renang atau sungai? Dapatkah kamu merasakan ada susatu yang menahan laju tubuhmu ketika masuk kedalam air? Sesuatu yang kamu rasakan itu sangat penting pernnyadalam teknologi perkapalan.Hal ini yang sama juga dapat kamu rasakan ketika menimba air dari dalam sumur. Timba terasa lebih ringan sewaktu ember masih di dalam air. Hal itu menunjukkan bahwa berat benda dalam air lebih ringan dari pada saat di udara. Kerena berat benda merupakan gaya yang arahnya ke bawah (menuju pusat bumi), pasti ada gaya yang arahnya ke atas dalam air. Gaya inilah yang menyebabkan benda dalam air (zat cair) menjadi lebih ringan.Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya itu disebut gaya Archimedes. Pernyataan di ata, pertama kali ditemukan oleh Archimedes (287-212 SM), seorang ahli tekhnik dan matematika Yunani Kuno. Oleh karena itu, kesimpulan tersebut selanjutnya dikenal sebagai hukum Archimedes.Secara sederhana, hukum Archimedes dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.

Gaya Archimedes = berat zat cair FA = wc FA = mc g (ingat w= mg)Karena mc = c vc (ingat rumus massa jenis) FA = c vc g

Dengan;FA = gaya Archimedes (N)wc = berat zat cair (N)mc= massa zat cair (kg)c = massa jenis zat cair (kg/m3)vc = volume zat cair yang dipindah (m3) g = percepatan gravitasi (m/s2)Volume zat cair akan sama dengan volume benda (vc= vbenda) jika seluruh bagian benda tercelup kedalam zat cair.a. Terapung, Melayang, dan TenggelamAdanya gaya Archimedes dalam zat cair menyebabkan benda yang dicelupkan kedalamnya mengalami tiga kemungkinan, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Perhatikan gambar berikut.Benda dikatakan terapung jika ketika dicelupkan dalam zat cair sebagian volumenya muncul di permukaan. Hal itu terjadi karena gaya Archimedes lebih besar daripada berat benda di dalam zat cair. Namun, perlu diketahui bahwa saat benda telah terapung, besar gaya Archimedes sama dengan berat benda.Jiak, benda akan terapung dalam zat cair jika massa jenis benda lebih kecil adripada massa jenis zat cair (b < c ).Benda dikatakan melayang dalam zat cair jika terletak diantara permukaan dan dasar air. Resultan gaya pada benda adalah nol. Hal ini terjadi karena gaya Archimedes sama dengan berat benda. Jadi, benda akan melayang dalam zat cair jika jenis benda sama dengan massa jenis zat cair (b = c ).Adapun benda dikatakan tenggelam dalam zat cair jika berat benda dalam zat cair lebih besar daripada gaya Archimedes. Jadi, sebuah benda akan tenggelam dalam zat cair jika massa benda lebih besar daripada massa jenis zat cair (b > c ).

b. Beberapa Penerapan Hukum ArchimedesMassa jenis besi lebih besar dari pada massa jenis air. Itulah yang menyebabkan paku tenggelam dalam air. Namun, kapal besar yang terbuat dari besi dapat terapung dalam air. Hal itu menunjukkan bahwa besar gaya Archimedes dapat diperbesar dengan cara memodifikasi bentuk benda. Penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari, antara lain sebagai berikut.1) Kapal lautBadan kapal laut dibuat berongga. Adanya rongga itu menyebabkan kapal laut dapt memindahkan air laut dengan volume yang lebih besar. Karena gaya keatas sebanding dengan volume air yang dipindahkan, akibatnya gaya ke atas menjadi sangat besar. Gaya yang besar itulah yang dapat menahan berat kapal sehingga dapat terapung,Terapungnya kapal laut juga dapat dijeaskan sebagai berikut. Kapal laut dapat terapung karena massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis air laut. Mengapa demikian? Adanya rongga menyebabkan massa jenis kapal yang dimaksud merupakan rata-rata dari massa jenis besi (bahan kapal), massa jenis muatan kapal (penumpang), dan massa jenis udara yang terdapat dalam rongga kapal.2) Galangan KapalUntuk memperbaiki bagian bawah kapal yang rusak, digunakan galangan kapal. Galangan kapal adalah alat yang digunakan untuk mengangkat kapal ke atas permuakan kapal. Prinsip kerja alat ini juga brdasarkan hukum Archimedes. Kapal yang akan diperbaiki dimasukkan kegalangan kapal yang sebagian besar berada di dalam air laut. Selanjutnya, air dalam galangan dipompa keluar sehingga galangan air itu naik ke permukaan air sehingga bagin bawah yang dapat rusak dapat diperbaiki.3) Kapal SelamBadan kapal selam dilengkkapi tangkipemberat yang terletak di antara lambung dalam dalam dan lambung luar. Jika kapal akan menyelam, tangki pemberat diisi air laut. Jika tangki pemberat berisi penuh dengan massa jenis air laut, massa janis rata-rata kapal menjadi lebih besar dari pada massa jenis air laut. Hal inilah yang mnyebabkan kapal tenggelam (menyelam). Sebaliknya, jika mengapung, air laut yang berada dalam tangki pemberat dikeluarkan. Pada keadaan ini, tangki pemberat berisi udara. Akibatnya, massa jenis rata-rata kapal kurang dari massa jenis air laut. Gal inilah yang menyebabkan kapal terapung. Sementara itu, kedalaman kapal diatur dengan cara mengatur volume air laut dalam tangki pemberat.

4) Jembatan PontonDalam keadaan darurat, orang sering menggunakan drum-drum kosong sebagai jembatan. Drum-drum tersebut diletakkan sejajar dan di atasnya diberi papan seperti inilah disebut jembatan ponton.5) HidrometerHidrometer adalah alat untuk mengukur ,assa jenis relatif adalah massa jenis suatu zat cair. Adapun yang dimaksud massa jenis relatif adalah massa jenis suatu zat cair dibandingkan dengan massa jenis air (massa jenis air 1 g/cm3 atau 1.000 kg/m3). Dalam zat cair yang berbeda, hidrometer akan mengapung dengan kedalaman yang berbeda. Makin besar massa jenis zat cair, makin tinggi tangki kaca yang muncul. Oleh karena itu, skala hidrometer dibuat makain kebawah makin besar angkanya.6) Balon UdaraSebagaimana pada zat cair, pada udara juga terdapat gaya keatas. Gaya ke atas yang dialami benda sebanding dengan volume udara yang dipindahkan benda itu. Suatu benda akan naik ke angkasa jika beratnya lebih kecil daripada gaya angkat udara.Balon udara akan berhenti naik (melayang) jika gaya ke atas oleh udara sama dengan berat total balon udara. Agar dapat naik lebih tinggi lagi, udara panas dalam balon harus dipanaskan lagi. Sebaliknya, untuk menurunkan balon, udara panas dalam balon harus didinginkan sedikit demi sedikit sampai akhirnya berat balon lebih besar daripada gaya angkat udara.

Contoh soal 1.5Berat sebuah benda ketika ditimbang di udara adalah 500 N. Jika beratnya di air hanya 400 N, maka berapakah massa jenis benda tersebut ?

Latihan 1.51. Sebuah benda ditimbang di udara menunjukkan 30 gram, sedang ditimbang di dalam air menunjukkannya 20 gram (massa jenis air 1 g/cm2).a. Berapakh besar gaya tekan ke atas (gaya archimedes)?b. Berapakah massa jenis benda tersebut?2. Sebongkah es dimasukkan dalam gelas besar yang telah berisi air. Volume es yang menonjol di atas permukaan air adalah 25 cm3. Massa jenis air 1 g/cm3 dan massa jenis es 0,9 g/cm3. Berapakah volume es yang tercelup dalam air?3. Archimedes menemukan hukumnya ketika menceburkan diri ke bak yang berisi air penuh, apakah hukum itu juga berlaku? Jelaskan!

C. Tekanan pada Gas

1. Tekanan AtmosferDi depan telah disebutkan bahwa dalam zat cair terdapat tekanan. Besar takanan tersebut sebandingng dengan kedalamannya. Demikian pula dalam udara terbuka (atmosfer bumi). Tekanan udara maksimum terdapat dipermukaan laut. Besar tekanan udara tepat diatas permukaan laut dari pada tekanan udara di pegunungan. Tekanan udara maksimum terapat di permukaan laut. Besar tekanan udara tepat diatas permukaaan laut didefinisikan sama dengan 1 atmosfer (1 atm).Adanya tekanan udara dapat ditunjukkkan oleh peristiwa berikut. Sebuah botol diisi air sampai penuh, kemudian ditutup rapat-rapat denagn karton. Jika karton kita pegang kemudian botol kita balik, karton tidak jatuh meskipun pegangan kita lepaskan. Hal ini terjadi karena tekanan udara mampu menopang karton dan air dalam botol. Apa yang menyebabkan terjadinya tekanan udara?.Keberadaan tekanan udara juga dapat kamu amati pada sebuah kaleng bekas yang di panaskan dan didinginkan secara tiba-tiba. Sebuah kaleng (bukan dari bahan Plastik) diisi sedikit air dipanaskan. Setelah air menguap, kaleng ditutup rapat dan disiram air. Apa yang terjadi setelah itu?Selama pemanasan, banyak molekul udara yang keluar dari kaleng kerena tedesak oleh uap air. Ketika kaleng didinginkan secara tiba-tiba (disiram air dingin), sebagai besar uap air dalam kaleng mengembun kembali menjadi air. Akibatnya, terjadi perbedaan tekanan yang cukup besr antara udara di dalam kaleng dan udara di luar kaleng. Itulah sebabnya kaleng menjadi penyok.

a. Percobaan TorricelliMeskipun sudah lama diketahui udara luar mempunyai tekanan, besar tekanan pada suatu tempat belum dapat diukur. Baru pada sekitar tahun 1643, Evagelista Torricelli (1608-1647) seorang ahli fisika Italia berhasil mencipatakan alat pengukur tekanan udara yang disebut barometer setelah melakukan beberapa kali percobaan.Dalam melakukan percobaannya, Torricolli menggunakan tabung kaca sepanjang 1 m yang mula-mula diisi raksa sampai penuh, kemudian ujungnya terbuka dibalik dengan cept dan dimasukkan kebejana yang berisi raksa.Pada percobaan dapat 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 mnyebabkan tinggi tabung kurang dari 76 cm, tabung terisi penuh dengan raksa. Karena percobaan tersebut dilakukan diatas permuakaan laut, dapat disimpilkan bahwa raksa setinggi 76 cmHg sama dengan takan udara 1 atm.Selain dinyatakan dalam satuan atm, tekanan udara dapat juga dinyatakan dalam satuan Pa (pascal) atau N/m2. Hubungan kedua macam satuan tersebut dapat diturunkan sebagai berikut.

P = g h ; raksa = 13,6/cm3 = 13.600 kg/m3g = 9,8 N/kg (m/s2)hraksa = 76 cm = 0,76 mp = 13.600 kg/m3 x 9,8 N/kg x 0,76 m= 101.300 N/m2 (dibulatkan) =101.300 Pa

Dalam meteorologi, satua tekanan yang sering diguanakan adalah bar. Satu bar disefinisikan sama dengan 100.000 Pa.b. Hubungan Tinggi Tempat dan Tekanan Udaratekanan udara paling besar terdapat di permuakan laut. Tekanan tersebut berangsur-angsur berkurang siiring dengan kenaikan tinggi tempat. Dengan barometer dapat diketahui bahwa setiap kenaikan tinggi tempat sebesar 100 m, tinggi permukaan raksa pada barometer turun 1 cm, tinggi kota itu adalah 600 m dari permukaan air laut. Dengan demikian, tinggi satu tempat dapat ditentukan melalu persamaan berikut.

H = (bar p) 100 m

Dengan h = tinggi suatu tempat (m)p = tekanan udara suatu tempat (cmHg)

Penyelesaian : Diketahui:p = 52 cmHgh = .....?jawab: h = (bar-p) x 100 m = (76-52) x 100 m = 2.400 mJadi, tinggi puncak gunung itu 2.400 m dari permuakan laut.Contoh 1.6 Tekanan uadar suatu puncak gunung sebesar 52 cmHg. Berapakah tinggi puncak gunung dari permukaan laut?bar = sikap barometer = 76 cmH

Barometer raksa kurang efesien digunakan. Hal ini disebabkan oleh ukurannya terlalu besar (panjang) dan mudah pecah sehingga sulit dibawah kemana-mana. Untuk mengatasi hal itu, dibuatlah barometer aneroid.Selain digunakan untuk mengukur tekanan udara, barometer aneroid juga sering digunakan oleh para pendaki gunung dan pilot untuk mengukur ketinggian tempat. Dalam hal ini, barometer aneroid berfungsi sebagai altimeter. Altimeter adalah alat untuk mengukur ketinggian suatu temapat.Latihan 1.61. Sebuah barometer mempunyai luas penampang pipa sebesar 1 cm2.pada tekanan 1 atmosfer tinggi raksa menunjukkan 76 cm. Apabila luas penampang pipa dijadikan 2 cm2, berapakah tinggi raksa sekarang?2. Telah kamu ketahui bahwa barometer berisi raksa, pada tekanan 1 atmosfer tinggi raksa 76 cm. Apabila raksa tersebut diganti dengan air, berapakah tinggi air dalam pipa pada tekanan 1 atmosfer? (raksa = 13,6 g/cm3, air = 1 g/cm3).3. Pada sebuah pipa Torricelli dimasuki udara dari luar, sehingga tinggi raksa menjadi 50 cm dan pada saat itu tekanan uadara luar 75 cmHg. Berapakah tekanan udara diatas raksa dalam pipa Torricelli tersebut?

2. Tekanan Gas dalam Ruang TertutupUdara yang berada dalam ruang tertutup melakukan tekanan pada dinding ke segala arah. Sebagai contoh, jika sebuah balon ditiup, tersebut mengembung (mengembang). Jika balon yang telah mengembung tersebut dilubangi, udara dalam balin keluar melalui lubang tersebut.Adapun alat yang digunakan utuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup adalah manometer. Manometer terdiri atas sebuah tabung U yang diisi zat cair. Salah satu ujung tabung U terbuka (berhubungan dengan udara luar), sedangkan ujunga lain dihubungkan dengan ruang gas yang akan diukur tekanannya. Sebelum tabung dihubungkan dengan ruang gas tekanan udara bekerja pada tabung, sehingga permukaan zat cair pada tabung sama.Hal ini dapat terjadi dengan syarat tekanan gas dalam rauang lebih besar dari pada tekanan udara luar.Pgas = bar + hbar = tekanan udara luar (cmHg)h = selisih tinggi raksa (cm)selisih ketinggian raksa sulit untuk diukur dengan teliti karena terlalu kecil. Oleh karena itu, raksa dapat diganti dengan air. Dengan demikian, rumus tekanan gas untuk manometer air menjadi :

Pgas = (bar + ) cmHgh = selisih ketinggian air

Aktivita sains 1.2:Buktikan hal diatas tersebut melalui diskusi dengan teman-temanmu!

3. Hukum Boyle, yaitu hukum fisika yang menjelaskan bagaimana kaitan antara tekanan dan volume suatu gas. Penemuhukum boyleadalah Robert Boyle (1627-1691), dia melakukan penelitian untuk mengetahui hubungan antara tekanan dan volume gas pada suhu yang konstan. Dari hasil penelitiannya, Robet Boyle menemukan bahwa hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruangan tertutup adalah tetap/konstan.Hukum Boyle Hukum boyle ditemukan oleh Robert Boyle yang menyelidiki pengaruh tekanan terhadap volume gas pada suhu tetap. Pernyataan Robert Boyle dikenal dengan Hukum Boyle, yang berbunyi :Pada suhu tetap, tekanan gas di dalam ruang tertutup berbanding terbalik dengan volumenyaDari hukum Boyle tersebut berarti hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah konstan (tetap) asalkan suhu gas tetap.Pernyataan tersebut bila ditulis dalam bentuk rumus :P . V = CDimana c = bilangan tetap (konstanta)Bila tekanan diubah maka volum gas juga berubah maka rumus di atas dapat ditulis sebagai berikut.

P1. V1= P2. V2

Keterangan:P1= tekanan gas mula-mula (atm, cm Hg, N/m2, Pa)P2= tekanan gas akhir (atm, cm Hg, N/m2, Pa)V1= volum gas mula-mula (m3, cm3)V2= volum gas akhir (m3, cm3)

Penerapan Hukum BoylePenerapan Hukum Boyle terdapat pada prinsip kerja pompa. Pompa adalah alat yang digunakan untuk memindahkan gas atau zat cair. Berdasarkan prinsip kerja ini, pompa dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu pompa hisap dan pompa tekan.Perlatan Dengan Prinsip Hukum BoyleSaat penghisap ditarik, maka volume udara dalam pompa membesar dan udara tidak dapat masuk ke ban sebab harus masuk melalui katup (ventil) dari karet. Jika pengisap ditekan maka volume udara dalam pompa mengecil dan udara dapat masuk ke ban melalui ventil karena tekanannya membesar.

Contoh soal 1.7Contoh Soal Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika tekanan ruangan tersebut adalah 60 cmHg, hitunglah tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml?Diketahui: V1= 200 mL ; P1= 60 cmHg ; V2= 150 mlDitanya : P2?Jawab :Jadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml berdasarkanhukum boyleadalah 80 cmHg.

Latihan 1.71. Sebuah silinder dengan luas dengan luas penampang 10 cm2 dilengkapi dengan piston. Silinder berisi gas hidrogen pada tekanan 105 Pa, suhu 27 0C, dan posisi piston berada 20 cm diatas dasar silinder.a. Pada suhu tetap, piston ditekan sampai posisi piston menjadi 4 cm diatas dasar. Berapakah tekanan gas sekarang?b. Pada suhu tetap, piston ditarik keatas sampai posisi piston menjadi 15 cm dari dasar silinder. Berapakah tekanan tekanan gas sekarang?2. Seperti soal no.1, jika:a. Volume tetap, suhu dinaikkan menjadi 200 0C, berapakah tekanan gas sekarang?b. Tekanan tetap, suhu dinaikkan menjadi 127 0C, berapakah tekanan gas sekarang?c. Bagaimana pengaruh suhu terhadap tekanan gas? Jelaskan!

Tekanan merupakan hasil bagi gaya dengan luas bidang tekan, dirumuskan P = Besar tekanan dalam zat cair sebanding dengan massa jenis air dan kedalamannya dan dapat ditulis dalam rumus ph = gh.Hukum pascal berbunyi tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Hukum pascal dapat ditulis dalam bentuk rumus p1 = p2Permukaan zat cair sejenis yang tak bergerak di dalam suatu bejana dan di dalam bejana selalu terletak pada satu bidang datar.Hukum Archimedes berbunyi, suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Hukum Archimedes juga berlaku pada benda di udara. Besar gaya Archimedes dapat dinyatakan dengan rumusFA = VgBesar tekanan udara di atas permukaan air laut adalah 1 atm = 76 cmHg.Setiap kenaikan tinggi tempat sebesar 100 m, tekanan udara turun 1 cmHg.Hukum Boyle berbunyi, Hasil kali tekanan dan Volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap asalkan suhunya tetap. Hukum Boyle dirumuskanpV= c

SOAL EVALUASI

A. Pilihlah jawaban dengan benar.1. Perhatikangambar sebuah balok berikut ini !

Jika gaya yang bekerja pada balok sebesar 1200 N, maka tekanan maksimum yang dikerjakan pada balok adalah....A.10 kPa B.20 kPaC.30 kPaD.40 kPa

2. Sebuah benda yang terbuat dari besi pejal beratnya 30 newton diletakkandi atas lantai seperti pada posisi (I). Kemudian benda tersebut kedudukannya diubah menjadi seperti posisi (II).

Dari perubahan kedudukan tersebut, maka tekanan yang diberikan oleh benda terhadap lantai adalah .Posisi IPosisi II

A.30 N/m50 N/m

B.30 N/m60 N/m

C.50 N/m100 N/m

D.60 N/m100 N/m

3. Sebuah kotak kayu massanya 50 kg dan percepatan grafitasi di tempat tersebut 9,8 m/s. Tekanan yang diberikan oleh dasar kotak adalah . A. 105 N/m2B. 350N/m2C. 670N/m2D. 700N/m24. Perhatikan gambar posisi empat ekor ikan berada dalam bejana berikut! Jikapercepatan grafitasi di tempat ini sebesar 10 m/s, maka tekanan hidrostatis paling besar dialami oleh....A.ikan M, karena paling jauh dari dasar bejanaB.ikan K, karena berat badannya paling besarC.ikan N, karena paling jauh dari permukaan air D.ikan L, karena bentuk badannya paling kecil

5. Perhatikangambar berikut ! Jika g=10m/s2, maka besarnya tekananhidrostatis padamulut ikan adalah .... A.1.000 N/m2C.8.500 N/m2B.1.500 N/m2D.10.000 N/m26. Perhatikan gambar berikut Agar kedua pengisap seimbang, maka besarF2adalah... A.20 N C. 60 N B.40 N D. 100 N

7. Perhatikantabel berikut !PercobaanGaya tekan (N)Luas bidang tekan (m)

123416414420025041122010

Dari data yang tampak pada tabel tersebut, tekanan terkecil dan terbesar berturut-turut dihasilkan oleh percobaan.A.( 1 ) dan ( 3 )B.( 1 ) dan ( 4 )C.( 2 ) dan ( 3 )D.( 2 ) dan ( 4 )

8. Perhatikangambar berikut !

Bila pada peralatan hidrolik tampak seperti gambar dan luas penampang A2= 200 A1, maka perbandingan gaya F1: F2sama dengan ....A.1 : 400 C.400 : 1B.1 : 200 D.200 : 1

9. Udara dalam ruang tertutup mempunyasi volume 4 m dengan tekanan 6 atm. Bila tekanan udara diperkecil menjadi 1,5 atm, volume udara yang harus dipompakan ke ruang tersebut bila suhu tetap adalah ....A. 16 m3B. 10 m3C. 7,5 m3D. 5,5 m310. Tekanan udara di suatu tempat 61 cm Hg. Perkiraan ketinggian permukaan itu dari air laut adalah ....A. 1.6 kmB. 1,5 kmC. 1,4 kmD. 1,3 km11. Sebuah balok berukuran 10 cm 5 cm 4 cm terletak di lantai. Tekanan yang dihasilkan besar, bila bagian yang menyentuh lantai adalah ....A. 10 cm 5 cmB. 10 cm 4 cmC. 5 cm 4 cmD. semua benar12. Perhatikan gambar berikut!

(1) (2) (3) (4)Keempat balok di atas diletakkan di atasmeja dan diberi gaya yang sama. Tekananyang paling besar diberikan oleh baloknomor ....A. 1B. 2C. 3D. 413. Perhatikan gambar manometer raksaterbuka di bawah ini!

Besarnya tekanan gas adalah ....A. 69 cmHgB. 72 cmHgC. 78 cmHgD. 81 cmHg14. Tinggi suatu daerah adalah 300 m dari permukaan air laut. Tekanan atmosfer ditempat tersebut adalah ....A. 73 cmHgB. 72 cmHgC. 80 cmHgD. 79 cmHg

15. Sebuah benda ditimbang di udaraberatnya 50 N. Setelah ditimbang di dalam air beratnya menjadi 30 N. Benda tersebutmendapat gaya angkat sebesar .A. 50 NB. 30 NC. 20 ND. 10 N

B. Jawablah soal-soal dibawah ini dengan benar.

1. Sebuah balok bermassa 300 kg dengan ukuran panjang 1,5 m, lebar 1 m, dan tinggi 0,5 m.Tentukan tekanan pada dasar balok jika balok diletakkan diatas meja pada posisi seperti terlihat pada gambar di atas!2. Gambar berikut sebuah teko berisi sirup sedalam 15 cm. Tentukan tekanan hidrostatis di dasar teko, anggap massa jenis sirup sama dengan massa jenis air yaitu 1000 kg/m3dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 ,.

3. Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut

Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!4. Kota A berada 300 m di atas permukaan air laut. Jika tekanan di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg, tentukan tekanan udara di kota A, nyatakan dalam cmHg!5. Untuk memperkirakan massa jenis suatu zat cair digunakan pipa berbentuk U yang telah berisi air. Setelah zat cair dimasukkan pada pipa sebelah kanan, kondisi akhir seperti gambar berikut

Tentukan massa jenis zat cair pada pipa kanan!

KUNCI JAWABAN

A. PILIHAN GANDA

1. C 6. D 11. C2. D 7. B 12. C3. D 8. B 13. D4. C 9. A 14. A5. C 10. B 15. C

B. ESSAI1. Luas alas balok adalah:A = p x lA = 1,5 x 1 = 1,5 m2

Gaya yang bekerja pada meja adalah gaya berat balok,F = W = m x g = 300 x 10 = 3000 Newton

TekananP =F/A=3000/1,5= 2000 Pascal

2. Tekanan hidrostatis:P = x g x hP = 1000 x 10 x 0,15 = 1500 Pascal

3. Tekanan udara dalam tabungP = Po hP = 76 cmHg 3 cm Hg = 73 cm Hg

4. Setiap kenaikan 100 cm, tekanan udara luar turun 1 cmKota A 300 m dari muka laut, sehingga tekanan udaranya turun 3 cm,P = 76 cm Hg 3 cm Hg = 73 cm Hg

5. 1h1= 2h21000 x 5 = 2 x 8h2= 5000 / 8 = 625 kg/m3

TEKANANPage 6