Tekanan terjadi apabila dua benda saling bersentuhan dan saling memberikan gaya. Tekanan sangat berhubungan dengan gaya yang terjadi pada benda dan luas permukaan benda.
TEKANAN ZAT PADAT
Perhatikan animasi berikut!
Pada animasi di atas terlihat bahwa pisau digunakan untuk mengiris daging dan paku yang menancap pada kayu karena dipalu.
Pertanyaannya bagaimana jika pisau atau paku yang digunakan tumpul? Apakah kita dapat mengiris daging tersebut serta memaku kayu?
Boleh jadi bisa dilakukan tapi menggunakan tenaga yang lebih besar atau hasilnya tidak rapi.
Di sinilah kita menggunakan 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 penampang kecil tersebut akan memiliki tekanan yang besar.
Jadi tentunya lebih mudah mengiris daging dengan pisau tajam dari pada pisau yang tumpul serta lebih mudah menancapkan paku yang runcing daripada paku yang tumpul.
Rumus Tekanan Zat Padat
$P=\frac{F}{A}$
$P$ = tekanan $\left ( N/m^{2}\,atau\,Pascal \right )$
$F$ = Gaya tekan $\left ( N \right )$
$A$ = Luas bidang tekan $\left ( m^{2} \right )$
Nomor 1
Gaya sebesar 160 N bekerja pada suatu permukaan dengan luas 0,08 $m^{2}$. Berapakah besar tekanan yang dihasilkan?
Nomor 2
Sebuah benda padat memiliki luas permukaan sebesar 20 $cm^{2}$ dan memiliki berat 500 N. Berapakah tekanan yang dihasilkan oleh benda tersebut?
Nomor 3
Sebuah kotak dengan massa 2 kg diletakan dengan posisi seperti gambar
Berapakah tekanan yang diberikan kotak terhadap lantai?
Nomor 4
Sebuah peti kayu seberat 200 N dengan ukuran panjang 2 meter, lebar 1 meter, tinggi 50 cm. Jika peti berada di lantai dalam posisi tegak, maka tekanan yang diberikan oleh alas balok itu adalah ...
Nomor 5
Sebuah mobil box memiliki berat kosong 100.000 N. Jika mobil tersebut memiliki 4 buah roda dan masing-masing area tanah yang bersentuhan dengan roda adalah 0,01 $m^{2}$. Berapakah tekanan yang dirasakan masing-masing roda?
Nomor 6
Sebuah truk yang memilki delapan roda mengangkut 2 ton muatan dan akan melintasi jembatan. Luas permukaan bidang sentuh roda seluruh adalah 400 $cm^{2}$. Hitunglah besar tekanan yang dialami setiap ban!
Nomor 7
Sebuah benda yang memiliki luas permukaan 400 $cm^{2}$. Diletakan pada meja sehingga menghasilkan tekanan 600 Pa. Berapakah gaya yang bekerja pada benda tersebut?
Nomor 8
Tiga orang petani pergi ke ladang melewati ruas jalan seperti ditunjukan pada gambar.
Nomor 9
Perhatikan gambar berikut!
Jika semua balok memiliki berat yang sama, bagaimana urutan tekanan yang dihasilkan balok dari tekanan terbesar sampai terkecil?
Nomor 10
Sebuah balok memilki panjang 12 cm, lebar 8 cm dan tinggi 3 cm serta berat 30 N. Jika balok tersebut diletakan dengan posisi seperti gambar berikut
Tentukan besar tekanan pada masing-masing posisi tersebut!
Nomor 11
Sebuah truk yang massanya 9 ton berhenti di tepi jalan raya. Massa truk dipikul 12 roda yang masing-masing luas kontak 50 $cm^{2}$ dengan permukaan jalan. Berapakah tekanan yang dialami jalan tempat truk berhenti?
TEKANAN ZAT CAIR
Tekanan zat cair atau disebut tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. sebagai contoh, seseorang penyelam di laut akan diberi batas kedalamanan menyelam, karena semakin dalam menyelam maka semakin besar tekanan hidrostatis yang dialaminya dan sampai batar tertentu akan membahayakan jiwa penyelam.
Untuk mengatahui prinsip tekanan hidrostatik, lakukan percobaan sebagai berikut:
Lubangi botol plastik bekas dengan 5 lubang yang ketinggiannya berbeda. Isi botol tersebut dengan air dan amati jarak pencaran air dari kelima lubang tersebut!
Ternyata kekuatan pancaran air dari kelima lubang tadi berbeda. Semakin dalam besar kekuatan air semakin besar tekanannya.
Rumus Tekanan Hidrostatis
$P_{h}=\rho \times g\times h$
$P_{h}$ = Tekanan hidrostatis $\left ( N/m^{2}\,atau\,Pascal \right )$
$\rho $ = Massa jenis zat cair $\left ( kg/m^{3} \right )$
$g$ = Percepatan grafitasi $ \left ( m/s^{2} \right )$
$h$ = Kedalaman benda $\left ( m \right )$
Dalam kenyataannya ketika sebuah fluida berada dalam suatu wadah, tekanan udara luar juga akan memberikan pengaruh sehingga tekanan totalnya diperoleh dengan menambahkan tekanan udara. Po atau tekanan udara luar umumnya memiliki nilai 1 atm $ \left ( 1,013\times 10^{5}N/m^{2} \right )$
$P_{h}=Po+\rho \times g\times h$
LATIHAN SOAL
Nomor 1
Seekor ikan berenang di akuarium. Ikan tersebut sedang berada 50 cm dari permukaan akuarium. Maka berapakah tekanan hidrostatis yang diterima ikan? Apabila massa jenis air 1000 $kg/m^{3}$?
Nomor 2
Seorang nelayan menyelam dengan kedalaman 3 meter, masa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$. Tentukan tekanan hidrostatis yang dialami nelayan tersebut!
Nomor 3
Pada sebuah dasar kolam air terdeteksi oleh alat pengukur tekanan hidrotatis menunjukan angka 50.000 Pascal. Maka berapakah kedalaman air terbut?
Nomor 4
Perhatikan gambar berikut!
Tentukan tekanan hidrostatis yang dialami ikan terbut!
Nomor 5
Perhatikan gambar berikut!
Tentukan tekanan hidrostatis yang dialami ikan tersebut!
Nomor 6
Perhatikan gambar berikut!
Nomor 6
Dua ekor ikan berada dalam air seperti tampak pada gambar!
Jika massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$ dan tekanan yang dialami ikan 1 sebesar 1.000 Pa dan ikan 2 sebesar 6.000 Pa, tentukan selisih kedalaman kedua ikan tersebut!
Perhatikan gambar berikut!
Tentukan perbandingan tekanan hidrostatis ikan 1 dan ikan 2!
Nomor 8
Seekor ikan berada dalam akuarium seperti gambar berikut!
Diketahui massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$ dan percepatan grafitasi 10 $m/s^{2}$. tentukan tekanan yang dialami ikan tersebut!
Nomor 9
Perhatikan gambar!
Diketahui massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$ dan percepatan grafitasi 10 $m/s^{2}$. tentukan tekanan yang dialami ikan tersebut!
Berapakah tekanan hidrostatis pada dasar kolam renang yang mempunyai kedalaman 3 meter?
Nmor 11
Perhatikan gambar!
Manakah dari kedua penyelam berikut ini yang megalami tekanan hidrostatis yang paling besar? Berapakah tekanan hidrostatis yang dialami masing-masing penyelam? massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$
Nomor 12
Jika massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$ dan percepatan grafitasi 10 $m/s^{2}$, maka tekanan yang di alami benda adalah?
Nomor 13
Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air
Jika massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$ dan tekanan udara luar $10^{5}$ N/m, tentukan :
a. Tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b. Tekanan total yang dialami ikan
BEJANA BERHUBUNGAN
Perhatikan gambar!
- Bagaimana tinggi permukaan zat air pada setiap mulut bejana saat didiamkan?
- Bagaimana posisi permukaan air pada setiap mulut bejana saat dimiringkan?
- Adakah perbedaan posisi permukaan saat didiamkan dan dimiringkan?
Sifat permukaan zat cair yang selalu mendatar banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari.
"Jika suatu bejana diisi zat cair yang sama, dalam keadaan seimbang, maka permukaan zat cair berada pada bidang datar dengan ketinggian yang sama"
Hukum bejana berhubungan tidak dapat terjadi apabila :
- Jika bejana diisi zat cair yang tidak sama
- Jika bejana diisi oleh pipa kapiler
- Jika bejana digoyang sehingga zat tidak stabil
- Jika salah satu mulut bejana ditutup.
Pipa U
Pipa U adalah pipa lengkung berbentuk huruf U.
Pipa ini termasuk bejana berhubungan
Jika pipa U diisi dengan jenis zat cair yang sama, tinggi permukaan zat cair pada kedua mulutnya selalu sama
Jika pipa U diisi dengan dua zat yang tidak bercampur, tinggi zat cair pada kedua mulut brbeda
$\rho_{1}\times h_{1}= \rho _{2}\times h_{2}$
$\rho $ = Massa jenis zat cair $\left ( kg/m^{3} \right )$
$h$ = Tinggi zat cair $\left ( m \right )$
LATIHAN SOAL
Nomor 1
Pipa U diisi air dengan massa jenis 1 $gr/cm^{3}$. Kemudian ke dalam pipa sebelah kanan ditambahkan zat cair lain. Tinggi permukaan air di atas garis adalah 10 cm, sedangkan tinggi permukaan zat cair yang dimasukan adalah 5 cm. Berapakah massa jenis zat cair yang dimasukan?
Nomor 2
Sebuah bejana diisi air. Kemudian, dituangkan minyak di kaki lainnya hingga tinggi minyak 20 cm terhadap garis seimbang. Berapa tinggi air terhadap garis setimbang jika massa jenis air 1 $gr/cm^{3}$ dan massa jenis minyak 0,8 $gr/cm^{3}$.
Nomor 3
Sebuah bejan berhubunganmempunyai luas penampang yang sama di semua bagiannya. Di pipa kiri ada air setinggi 16 cm, sdangkan di pipa kanan ada alkohol dengan tinggi 20 cm. Jika massa jenis air 1 $gr/cm^{3}$, berapakah massa jenis alkohol?
Nomor 4
Sebuah pipa U diisi minyak dan air dalam keadaan stabil tampak seperti gambar.
Bila perbedaan ketinggian $\left ( \Delta h \right )$ 4,8 cm, tinggi air = 7,2 cm dan massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$, maka tentukan massa jenis minyak!
Nomor 5
sebuah pipa U berisi air dan minyak seperti ditunjukan pada gambar berikut!
Selisih tinggi kolom minyak dan air pada kedua kaki 3 cm. Jika mssa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$, maka tentukan massa jenis minyak!
Nomor 6
Sebuah pipa U yang diisi minyak dan air dalam keadaan stabil tampak seperti gambar!
Massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$ dan massa jenis minya 800 $kg/m^{3}$. Tentukan perbedaan ketinggian $\left ( \Delta h \right )$ nya.
HUKUM PASCAL
Bunyi Hukum Pascal
"Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam suatu ruang atau wadah tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar"
Penerapan Hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari
Hukum Pascal banyak diterapkan pada pembuatan mesin penghasil gaya hidrolik. Mesin ini dipakai untuk mengubah gaya yang kecil menjadi gaya yang sangat besar.
Berikut penjelasn prinsip kerja penghasil gaya hidrolik.
Secara matematis Hukum Pascal dapat dituliskan sebagai berikut!
$\frac{F_{1}}{A_{1}}=\frac{F_{2}}{A_{2}}$
$F_{1}$ : Gaya pada tabung 1
$F_{2}$ : Gaya pada tabung 2
$A_{1}$ : Luas penampang tabung 1
$A_{2}$ : Luas penampang tabung 2
LATIHAN SOAL
Nomor 1
Perhatikan gambar
Jika gaya yang diberikan pada luas penampang 1 yang besarnya 50 $cm^{2}$ adalah F = 100 N, maka Gaya yang bekerja untuk mengangkat beban pada luas penampang 2 yang ukurannya 500 $cm^{2}$ adalah?
Nomor 2
Pada sebuh dongrak hidrolik seperti tampak pada gambar berikut
Gaya pengisap kecil dongkrak hidrolik 5 N dapat mengangkat beban dengan berat 600 N yang terdapat pada pengisap besar. Jika luas penampang pengisap kecil 4 $cm^{2}$, maka tentukan luas penampang pengisap besar!
Nomor 3
Sebuah dongrak hidrolik seperti tampak pada gambar
Digunakan untuk mengangkat beban. Jika jari-jari pada pengisap kecil adalah 2 cm dan jari-jari besar adalah 18 cm, tentukan besar gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat beban 81 kg!
Nomor 4
Perbandingan diameter pipa kecil dan pipa besar dari sebuah alat berdasarkan prinsip Pascal adalah 1 : 25. Jika alat tersebut digunakan untuk mengangkat beban sebesart 12.000 N, maka besar gaya yang harus diberikan adalah?
Nomor 5
Perhatikan gambar di bawah!
Luas penampang 1 adalah 5 $cm^{2}$ dan lus penampang 2 adalah 50 $cm^{2}$. Jika berat beban adalah 1800 N, tentukan besar gaya F yang diperlukan untuk menaikan beban!
Nomor 6
Sebuah mobil bermasa $m$ di letakan di atas sebuah piston besar dengan luas penampang 250 $cm^{2}$. Kemudian diberikan suatu tekanan pada piston kecil yang memiliki luas penampang 5 $cm^{2}$ mengakibatkan mobil terangkat. Jika diketahui gaya yang diberikan pada piston kecil 100 N. tentukan massa mobil tersebut!
Nomor 7
sebuah dongkrak jidrolik dengan sistem terisolasi didesain untuk mengangkat sebuah mobul seperti pada gambar di bawah ini.
Jika perbandingan luas penampang kecil dan besar adalah 1 : 5. tentukan gaya yang diperlukan untuk mengangkat mobil dengan massa 800 kg!
Nomor 8
Sebuah perusahaan ingin membuat dongkrak hidrolik dengan jari-jari piston kecil adalah 5 cm. Jika gaya maksimum yang diberikan pada piston kecil 5000 N. Tentukan jari-jari piston besar agar mampu mengangkat benda hingga bermassa 50 ton
Nomor 9
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki perbandingan luas penampang 15 : 1. Tentukan gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat beban seberat $w$ N
Nomor 10
Jari-jari penampang kecil dongkrak hidrolik adalah 2 cm dan jari-jari penampang besar adalah 25 cm. Berapa gaya yang diberikan pada penampang kecil untuk mengangkat sebuah mobil bermassa 1.000 kg?
Klik link brikut untuk mengenal lebih dekat Archimedes
Rumus Hukum Archimedes
$F_{a}$ : Gaya angkat $\left ( N \right )$
Apa yang akan terjadi jika kamu melempar sebuah benda ke dalam kolam yang berisi air?
Kapal selam mampu mengatur massa jenisnya di dalam air agar bisa menyelam, melayang dan mengapung di permukaan air. Caranya dengan mengeluarkan atau memasukan air unutuk menambah atau mengurangi massa jenisnya.
LATIHAN SOAL
Bunyi Hukum archimedes
"Besarnya gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dimasukan ke dalam fluida, sama dengan berat fluida yang dipindahkan"
Perhatikan ilustrasi berikut
Animasi sebuah benda dimasukan ke dalam sebuah wadah berisi air.
Sebelum dimasukan ke dalam fluida
Setalah dimasukan ke dalam fluida
Hukum Archimedes berkaitan erat dengan pengurangan berat benda jika benda tersebut dicelupkan ke dalam air.
Pengurangan berat benda ini sebanding dengan zat cair yang dipindahkan benda tersebut1
Bila berat benda di udara dikurangi dengan berat benda yang terukur saat berada dalam zat cair maka diperoleh berat yang gilang. Berat yang hilang ini disebut gaya ke atas atau gaya angkat.
Secara matematis dirumuskan :
$ F_{a}=w_{u}-w_{fl}$
$F_{a}$ : Gaya angkat $\left ( N \right )$
$w_{u}$ : berat benda di udara $\left ( N \right )$
$w_{fl}$ : berat benda di dalam fluida $\left ( N \right )$
Besar gaya angkat jiga bisa dinyatakan sebagai berikut:
$F_{a}=\rho \times g\times V$
$F_{a}$ : Gaya angkat $\left ( N \right )$
$\rho $ = Massa jenis zat cair $\left ( kg/m^{3} \right )$
$g$ = Percepatan grafitasi $ \left ( m/s^{2} \right )$
$V$ = Volume zat cair yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup $\left ( m^{3} \right )$
ada 3 kemungkinan yang akan terjadi pada benda tersebut :
1. Terapung
2. Melayang
3. Tenggelam
Syarat benda dapat terapung, melayang dan tenggelam
Pemanfaatan gaya Archimees Dalam kehidupan
1. Kapal Selam
2. Kapal laut
Kapal laut biasanya terbuat dari baja atau besi tapi dapat mengapung di atas laut. mengapa demikian? Hal ini karena gaya angkat kapal sebanding dengan berat kapal. kapal laut memiliki bentuk berongga sehingga volume air yang dipindahkan akan lebih besar dan gaya angkat ke atas pun juga menjadi lebih besar.
3. Balon udara
Udara di dalam balon udara dipanaskan agar massa jenisnya menjadi lebih kecil daripada massa jenis udara sekitarnya atau atmosfer, sehingga balon udara dapat melayang di udara.
LATIHAN SOAL
Nomor 1
sebuah benda memilki berat 50 N, ketika ditimbang di dalam air beratnya hanya 45 N. tentukan gaya ke atasnya!
Nomor 2
Balok kayu berukuran panjang 2,5 m, lebar 0,5 m dan tebalnya 0,4 m. Jika kayu tersebut tenggelam dalam air dan massa jenis air 1.000 $kg/m^{3}$, maka tentukan be sar gaya ke atas!
Nomor 3
Perhatikan daftar benda berikut!
Benda-benda tersebut dimasukan ke dalam air. tentukan posisi benda-benda tersebut, apakah terapung, melayang atau tenggelam? Jelaskan!
Nomor 4
Sebuah benda bermassa 5 kg dan volume 0,004 $m^{3}$ dicelupkan sepenuhnya ke dalam air. Hitunglah gaya apung yang dialami benda tersebut!
Nomor 5
Sebuah balok bermassa 2 kg mengapung di permukaan air dengan 3/4 bagiannya tercelup. Berapakah volume total balok kayu tersebut?
HUBUNGAN KETINGGIAN TEMPAT DENGAN TEKANAN UDARA
Hasil penelitian menunjukan bahwa setiap kenaikan 100 meter, tekanan udara berkurang kira-kira 1 cmHg. Pernyataan ini dapat digunakan untuk memperkirakan ketinggian suatu tempat dari permukaan laut, dengan syarat tekanan udara di tempat tersebut diketahui.
Secara matematis dapat dirumuskan :
$h=\frac{P_{o}-P_{h}}{1\,cmHg}\times 100\,m$
$h$ : ketinggian
$Po$ : Tekanan udara pada permukaan laut
$Ph$ : Tekanan udara pada ketinggian $h$
LATIHAN SOAL
Nomor 1
Besar tekanan udara di atas permukaan laut adalah 76 cmHg. jika seseorang berdiri di suatu tempat yang belum diketahui ketinggiannya dan ia mengukur tekanan udara di tempat ia berdiri menggunakan barometer diketahui besar tekanan udaranya adalah 50 cmHg. tentukan ketinggian tempat orang tersebut berdiri!
Nomor 2
Perhatikan gambar berikut!
Diketahui besar tekanan udara di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg. tentukan besar tekanan udara di daerah P!
0 Komentar