Tekanan

239 Bab 8 Gaya dan Tekanan 239

Gambar 8.23Dua pasang jejak sepatu orang yang sama, memakai sepatu yangberbeda. Apa yang menyebabkan jejak sol sepatu pada Gambar(B) lebih dalam?

Pada saat kamu memikirkan tentang gaya dan hukumNewton tentang gerak, apakah kamu hanya memikirkanbahwa gaya-gaya tersebut hanya bekerja pada benda-bendapadat, seperti mendorong sebuah kotak, menarik sebuahkereta, mengangkat sebuah bangku? Meskipun kamumungkin tidak menyadarinya, gaya secara alamiah juga adadalam fluida.

Apa yang kamu rasakan pada telingamu saat kamumenyelam di dalam air? Telingamu seperti ada yangmenekan. Pengalamanmu itu menunjukkan bahwa airmengerahkan gaya pada telingamu.

Air termasuk fluida. Fluida adalah bahan yang tidakmemiliki suatu bentuk tetap tertentu. Bentuk fluidaberubah-ubah sesuai bentuk tempatnya. Zat cair dan zat gasadalah fluida.

Ketika sedang bernapas, berenang, atau menyelam kamuakan mendapatkan gaya-gaya yang dihasilkan oleh fluida .Kamu mungkin tidak percaya, bahwa pada saat ini ada gayayang menekan punggungmu. Tahukah kamu, gaya apa itu?mengapa kamu tidak merasakannya? Untuk mengetahuinya,marilah kita bahas tekanan.

Sumber: Dok. Penulis.

Tekanan D

Kata-kata IPAFluida

TekananGaya apung

Prinsip ArchimedesPrinsip PascalMesin hidrolik

Tekanan udaraHukum Boyle

Hukum Charles

A B

240 IPA SMP Kelas VIII

Apakah Tekanan itu?Kamu mungkin pernah mengamati jejak-jejak sepatu

pada tanah basah, seperti Gambar 8.23. Kedua pasang jejakitu berasal dari orang yang sama, namun orang itumengenakan sepatu yang berbeda. Walaupun berat orangitu sama, namun pengaruhnya terhadap tanah tersebutberbeda. Apa yang membuat berbeda? Perhatikan luas solkedua sepatu itu. Untuk gaya berat yang sama, semakinkecil luas permukaan sol sepatu, ternyata jejak kakinyasemakin dalam. Besaran dalam fisika yang mengkaitkangaya dengan luas permukaan disebut tekanan.

Tekanan dapat dihitung dengan membagi gaya yangdikerahkan dengan luas yang dikenai gaya tersebut.

Gambar 8.24Berbagai peralatan tidak akan bekerjadengan semestinya bila tekanan gas didalamnya tidak normal. Bola basketmanakah yang tekanan udaranya kurang?

tekanan =gaya

luas

p =FA


Bila gaya diukur dalam satuan newton (N) dan luas diukurdalam meter persegi (m2), maka tekanan diukur dalamsatuan newton per meter persegi (N/m2). Pascal (Pa) adalahsatuan SI untuk tekanan. Satu pascal tekanan adalah suatugaya sebesar satu Newton per meter persegi. Seringkalitekanan diukur dalam satuan kilopascal (kPa). Satu kPasama dengan 1000 Pa.

Bagaimanakah Fluida dapat MenghasilkanTekanan?

Mungkin kamu telah akrabdengan istilah-istilah tekanan air,tekanan udara, dan tekanandarah. Berbagai peralatan tidakakan bekerja dengan semestinyabila tekanan fluida di dalamnyatidak seperti yang seharusnya,seperti ditunjukkan padaGambar 8.24. Bagaimanakah

fluida dapat menghasilkan tekanan? Perhatikan Gambar8.25. Semua benda tersusun dari partikel-partikel yangsangat kecil. Gaya yang ada dalam fluida disebabkan oleh


Gambar 8.25Susunan dan gerakan partikel-partikel penyusun suatu zat menentukan ciri-ciri zat.Saat pengamatanmu pindah dari padat menuju gas, partikel-partikel dalam gambartersebut menjadi lebih menyebar dan gerakannya bertambah. Bagaimana kenyataanini, menjelaskan mengapa gas menghasilkan tekanan yang paling besar?

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

massa dan gerak partikel-partikel yang membentuk fluidatersebut. Di dalam zat padat, partikel-partikel tersebuttersusun sangat rapat. Oleh karena itu partikel-partikel zatpadat tersebut tidak bebas bergerak. Namun, di dalam zatcair dan gas partikel-partikelnya tidak tersusun secara rapat.Jadi partikel-partikel itu lebih bebas bergerak. Partikel-partikel penyusun fluida tersebut secara terus-menerusbergerak ke segala arah. Pada saat bergerak, partikel-partikelitu menumbuk partikel-partikel lain dan dinding wadahfluida dengan gaya yang besarnya bergantung pada massadan percepatan partikel tersebut. “Dorongan” atau gaya olehpartikel-partikel tersebut yang bekerja pada suatu luastertentu disebut tekanan. Tekanan fluida bekerja ke segalaarah sama besar.

Kegiatan Penyelidikan yang telah kamu lakukan,menunjukkan bahwa udara yang menyelimuti Bumi kita,atau atmosfer Bumi mempunyai tekanan. Tekanan atmosferyang paling besar adalah di permukaan laut. Udara dalamatmosfer mengerahkan tekanan sebesar 10,13 N/cm2 dipermukaan laut. Jika punggungmu memiliki luas 1000 cm2,maka udara menekan punggungmu dengan gaya 10130 N.Gaya ini hampir sama dengan berat sebuah mobil! Apa yangmembuat tubuhmu tidak remuk oleh gaya sebesar ini?Fluida di dalam tubuhmu juga mengerahkan gaya. Tekananudara di luar tubuhmu disetimbangkan oleh tekanan fluidadi dalam tubuhmu. Oleh karena itu kamu tidak merasakangaya dari udara di luar tubuhmu tersebut.



Perbedaan TekananKamu barangkali tidak menaruh banyak

perhatian terhadap apa yang sedang kamulakukan pada saat kamu minum melalui sebuahsedotan. Namun apa yang sesungguhnya kamulakukan pada saat minum dengan menggunakansedotan, seperti Gambar 8.26 adalah menyedotsebagian besar udara di dalam sedotan.Penyedotan itu menyebabkan tekanan udara didalam sedotan menurun. Tekanan udara luarsekarang lebih besar daripada tekanan udara didalam sedotan sehingga mendorong permukaanminumanmu ke bawah. Dorongan inimemberikan gaya kepada minuman dan naikmelalui sedotan, dan kemudian masuk ke dalammulutmu! Prinsip yang memungkinkan kamuminum melalui sedotan merupakan sifat pentingyang dimiliki fluida. Fluida akan bergerak dari daerahbertekanan lebih tinggi menuju daerah bertekanan lebih

rendah. Peristiwa ini juga dapat kamu lihat saat kamumembuka minuman bersoda, seperti Gambar 8.27.

Pelajari contoh soal mengitung tekanan, setelah itukerjakan soal-soal latihannya, agar kamu dapat menerapkancara-cara menghitung tekanan.

Gambar 8.26(a) Air dari dalam gelas dapat naik ke

dalam rongga mulut anak ini melaluisedotan karena tekanan udara yangmendorong ke bawah pada cairan diluar sedotan lebih besar daripadatekanan udara di dalam sedotantersebut.

(b) Perbedaan dalam tekanan inimenyebabkan cairan tersebutmengalir ke atas.

Gambar 8.27Pop... Cessss. Ini adalah bunyi yang kamudengar saat membuka botol minuman.Berbagai jenis minuman ditempatkan padabotol atau kaleng bertekanan udara tinggi.Pada saat botol tersebut dibuka, tekanantersebut lepas dan terjadi bunyi yangkamu dengar tersebut.


(a) (b)

tekanan udara

tekanan udaraberkurang


Penggunaan Matematika

Menghitung Tekanan

Soal ContohSeseorang yang beratnya 600 N memakai sepasangsepatu. Luas telapak sepasang sepatu tersebut yangmenyentuh tanah 400 cm2. Berapa pascalkah tekanansepatu itu pada lantai?

Langkah-langkah Penyelesaian:

1. Apa yang diketahui?luas permukaan, A = 400 cm2

gaya, F = 600 N2. Apa yang tidak diketahui?

tekanan, p3. Pilih persamaannya,4. Penyelesaian:

Agar menghasilkan satuan tekanan dalam pascal,maka satuan luas harus dijadikan m2.

A = 400 cm2 = 400 x 10-4 m2 = 4 x 10-2 m2

Soal Latihan

1. Sebuah balok dengan berat 600 N berada di lantai.Luas permukaan balok yang menyentuh permukaanlantai 400 cm2. Berapa kPa tekanan pada lantai olehbalok tersebut?

2. Luas permukaan sepasang sepatu yang dipakaiseorang penumpang pesawat 200 cm2. Beratpenumpang itu 800 N. Berapakah tekananpenumpang tersebut terhadap lantai pesawat?

p =FA

p = = = 1,5 x 104 N/m2 = 1,5 x 104 Pa.F 600 NA 4 x 10-2 m 2


Tekanan HidrostatikApa yang kamu rasakan di telingamu pada saat kamu

menyelam di dalam air? Telingamu akan terasa semakinsakit pada saat kamu menyelam semakin dalam. Hal initerjadi karena semakin dalam kamu menyelam, tekanan airtersebut semakin besar. Karena gaya gravitasi, tekanan didalam fluida bertambah sesuai kedalamannya. Semakinbesar kedalaman tersebut, semakin besar pula tekanantersebut. Mari kita lihat mengapa demikian.

Misalkan air di kolam pada Gambar 8.28 telah dibagimenjadi 5 lapisan. Karena gaya gravitasi menarik ke bawahpartikel-partikel pada lapisan 1, maka lapisan tersebutmemiliki suatu berat tertentu. Gaya berat dari lapisan 1menekan ke bawah pada lapisan 2. Lapisan 2 ini memilikigaya gravitasi pada partikel-partikelnya sendiri ditambahgaya dari berat lapisan 1. Oleh karena itu tekanan padalapisan 2 lebih besar daripada tekanan dalam lapisan 1.Bagaimana halnya pada lapisan 3? Lapisan 3 memiliki gayagravitasi pada partikel-partikelnya sendiri ditambah beratdua lapisan pertama yang mendorong ke bawah lapisan 3

tersebut. Akibatnya, tekanan pada lapisan 3lebih besar dari lapisan manapun di atasnya.Lapisan paling bawah atau kedalaman pal-ing dalam dari setiap fluida akan memilikitekanan paling besar karena lapisan itumendapatkan gaya dorong paling besar darilapisan di atasnya.

Gambar 8.28Seperti yang dirasakan setiap penyelam, tekanan di dalam fluida meningkatsesuai kedalamannya. Dimanakah tekanan terbesar di dalam kolam renang?


berat

berat

berat

berat

berat

Gravitasi


Gambar 8.29(a) Akibat tekanan oleh zat cair

bertambah besar bila semakin dalam,pancaran air di bagian bawah gelaslebih kuat daripada di bagian atasnya.

(b) Mengapa bagian bawah sebuahbendungan dibuat lebih tebaldaripada bagian atasnya?

(B)

Bertambahnya tekanan seiring dengan ber-tambahnya kedalaman fluida memiliki berbagai akibatpenting. Perhatikan Gambar 8.29. Aliran air dari lubangpada bagian lebih bawah gelas memancar kuat.Bendungan dirancang semakin bawah semakin tebal,karena bagian bawah bendungan memperoleh tekananlebih besar daripada bagian atasnya. Kapal selam yangmenyelam terlalu dalam di lautan dindingnya dapatmelesak (ringsek) ke dalam karena tekanan air yang amatbesar. Penyelam yang menyelam terlalu dalam bisamendapatkan masalah serius akibat bertambahnyatekanan air.

Bagaimanakah tekanan pada titik-titik yangkedalamannya sama di dalam suatu zat cair? Titik-titikdi dalam suatu zat cair yang kedalamannya sama mempunyaitekanan yang sama. Perhatikan Gambar 8.29(a). Pancarandi sebelah kiri bawah sama dengan pancaran air disebelah kanan bawah karena kedua titik tersebutkedalamannya sama.

Perhatikan Gambar 8.30. Permukaan suatu zat cair yangditempatkan pada sebuah bejana akan datar. Jika pipa Udiisi suatu zat cair, tinggi permukaan zat cair pada pipa itusama. Bahkan jika terdapat bejana berhubungan yangmemiliki berbagai bentuk pipa diisi suatu zat cair, tinggipermukaan zat cair tersebut dalam pipa-pipa tersebut sama.

Kenyataan ini dimanfaatkan untuk menentukan apakahdua titik memiliki ketinggian yang sama, oleh para tukangpembuat bangunan. Apa nama alat yang digunakan itu?

Gambar 8.30Permukaan suatu zat cair dalam bejanaakan datar, bagaimanapun bentuk bejanaitu.


Sumber:http://www.id.wikipedia.org/wiki/Bendungan)

(b)

(a)

Sumber: Awater, et al., 1995)


Prinsip ArchimedesPernahkah kamu bersantai dengan mengapungkan

punggungmu di dalam kolam renang seperti Gambar 8.54.Kamu merasa seperti tidak memiliki berat pada saat airtersebut menopangmu. Jika kamu perlahan-lahan naikkeluar dari kolam, kamu merasa tubuhmu seperti bertambahberat. Semakin tinggi kamu naik, kamu harus semakinbanyak mengerahkan otot-ototmu untuk menopangtubuhmu. Pada saat kamu berada di dalam kolam renangtersebut, kamu mengalami gaya apung. Gaya apung adalahkemampuan suatu fluida, zat cair atau gas, untukmengerahkan suatu gaya ke atas pada suatu benda yangdibenamkan ke dalam fluida tersebut.

Besar gaya apung tersebut menentukanapakah sebuah benda akan terapung atautenggelam di dalam suatu fluida. Jika gayaapung lebih kecil daripada berat bendatersebut, benda itu akan tenggelam. Jika gayaapung tersebut sama dengan berat benda,seperti pada Gambar 8.31, benda tersebutterapung. Kadang-kadang gaya apung padasebuah benda lebih besar daripada berat bendatersebut. Gaya ini adalah gaya yang mengangkatsebuah balon berisi gas helium yang bergerakke atas di udara. Ketika balon tersebut dilepas,gaya apung lebih besar daripada gaya beratbalon, menyebabkan balon bergerak dipercepatke atas.

Bagaimana Kapal Terapung?

Seperti halnya hasil kegiatanmu dalam LabMini 8.4, Archimedes (seorang ahli matematikaYunani yang hidup dalam abad ketiga sebelumMasehi), menemukan penjelasan tentang gaya

apung. Menurut prinsip Archimedes, gaya apung yang bekerjapada suatu benda di dalam suatu fluida sama dengan berat fluidayang dipindahkan oleh benda itu.

Andaikan kamu meletakkan sebuah balok kayu di ataspermukaan air. Balok itu akan memindahkan air pada saatbalok itu mulai bergerak terbenam ke dalam air; namunhanya sampai berat air yang dipindahkan itu sama dengan

Gambar 8.31Gaya-gaya yang bekerja pada orangyang terlentang di lantai berbedadengan orang yang terlentang didalam air.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.



berat balok tersebut. Balok tersebut terapung, sepertiditunjukkan pada Gambar 8.32.

Misalkan kamu meletakkan balok baja seukuran balokkayu itu di atas permukaan air. Ketika balok baja itudiletakkan di atas permukaan air, balok itu mulai mendesakair saat masuk ke dalam air. Gaya apung mulai menekanbalok itu ke atas. Namun, karena massa jenis balok bajalebih besar daripada balok kayu, maka berat balok baja lebih

Gambar 8.32Perhatikan bahwa berat dan gayaapung setimbang untuk benda-bendaterapung. Benda-benda manakahyang memiliki gaya setimbang?


Lab Mini 8.4

Berapa banyak air yang dipindahkansebuah benda?

Telah kamu ketahui, agar sebuah bendadapat terapung, harus ada gaya apungyang bekerja pada benda tersebut.Namun, seberapa besar gaya itu? Padasaat kamu melakukan aktivitas ini, ingatlahbahwa berat merupakan suatu ukurangaya.

Langkah-langkah1. Isi sebuah gelas kimia dengan air

hingga penuh.2. Letakkan panci di bawah gelas

tersebut, untuk menampung air yangtumpah dari gelas tersebut.

3. Ukurlah berat sebuah benda yang dapattenggelam di dalam air dengan neracapegas.

4. Dengan tetap menggantung di neraca,celupkan benda itu ke dalam air digelas kimia tersebut. Benda itu harustercelup seluruhnya di dalam air, namunjangan sampai menyentuh dasar gelas.Lihatlah gambar di samping. Sebagianair akan tumpah ke dalam panci.

8. Ukurlah beratbenda itu saatbenda itu berada didalam air.

6. Ukurlah berat sebuahwadah kecil yangdilengkapi gantungan.

7. Pindahkan seluruh airyang tumpah di dalampanci itu ke dalamwadah kecil itu, laluukurlah ulang beratwadah kecil itu.Kurangi berat inidengan beratwadah (langkah 6)untuk mendapatkan berat air yangtumpah.

Analisis1. Berapa newton berkurangnya berat

benda yang dicelupkan ke dalam airtersebut?

2. Bagaimanakah hubungan antara beratair yang dipindahkan tersebut denganberkurangnya berat benda yangdicelupkan ke dalam air tersebut?


besar daripada balok kayu. Gaya ke atas ini tidak akan dapatmengimbangi berat balok baja itu, sehingga balok itutenggelam ke dasar.

Apabila demikian, bagaimana kapal dapat terapung?Misalkan kamu membentuk balok baja itu menjadi mangkokbesar dan berongga. Saat mangkok ini di letakkan di ataspermukaan air, ia akan mendesak lebih banyak air daripadabalok baja tersebut. Mangkuk itu mendesak cukup banyakair untuk mengimbangi berat mangkuk baja tersebut, danmangkuk-mangkuk itu terapung.

Pernahkah kamu mendengar atau melihat gambar kapalselam yang melayang di dalam air? Jika pada saat gaya beratbenda setimbang dengan gaya apung seluruh benda yangberada di dalam fluida, maka benda tersebut melayang didalam fluida. Untuk maksud tersebut kapten kapal selamakan memerintahkan untuk memasukkan atau menge-luarkan air laut sesuai kebutuhan. Jika air dimasukkan kedalam kapal selam, maka kapal selam itu bergerak ke bawah,dan sebaliknya jika ingin naik ke permukaan, maka airdikeluarkan dari kapal selam tersebut. Sedangkan pilot-pi-lot balon udara panas, seperti Gambar 8.33, menyesuaikanberat beban balon dengan gaya apung balon udara.

Gambar 8.33Sepintas lalu mungkin kamu tidak melihathubungan antara balon udara yang naiktinggi di angkasa dan kapal selam yangmenyelam di lautan. Sebenarnya,kapalselam maupun balon udara harus diaturberatnya untuk naik, turun, atau melayangpada ketinggian atau kedalaman tertentu.Beratnya diatur berdasarkan besar gayaapungnya.

Sumber: http://www.gifttrap.com.


Gambar 8.34Keluarnya pasta gigi karena ditekankemasannya terjadi berdasar padaprinsip Pascal.


Prinsip PascalMisalkan kamu meniup balon hingga

menggelembung. Lalu kamu meremas satu ujung balonitu. Partikel-partikel udara di dalam balon tetap berada didalamnya, namun menjadi lebih rapat. Apa yang terjadidengan tekanan tambahan yang diberikan pada balon itu?Tekanan akan membesar pada setiap titik di dalam balonitu, termasuk ujung lain balon itu, sehingga ujung lain balonitu semakin menggelembung.

Ilmuwan Perancis, Blaise Pascal (1623-1662) menemukanbahwa tekanan di dalam fluida dipindahkan ke segala arahdengan besar yang sama. Sebagai contoh lain, saat kamumenekan bagian bawah kemasan pasta gigi pada Gambar8.34, pasta gigi itu keluar dari bagian atas kemasan tersebut.Kamu dapat mengamati gejala yang menunjukkan prinsipPascal pada Lab Mini 8.5.

Lab Mini 8.5

Bagaimanakah tekanan yang diberikanmempengaruhi luas fluida yang berbeda?

Prosedur

1. Masukkan air ke dalam pipet tetes kecil, dantempatkan pipet itu ke dalam botol plastik minumanringan ukuran 2-l yang berisi air hingga 1 cm dari ujungmulut botol.

2. Aturlah banyaknya air dalam pipet tetes hingga pipettersebut hampir terapung.

3. Tutup botol itu rapat-rapat.

Analisis

1. Apakah penambahan air di dalam pipet itumempengaruhi massa jenis pipet secarakeseluruhan?

2. Ketika kamu menekan kedua sisi botol itu, pengaruhapakah yang kamu amati pada permukaan air didalam pipet?

3. Di dalam bukumu, paparkan bagaimana prinsip Pas-cal menjelaskan pergerakan air di dalam pipettersebut.


Gambar 8.35Cairan dalam sistem rem sebuah mobilmelipat-gandakan gaya yang diberikanpengemudi menjadi suatu gaya yangcukup besar untuk menghentikan mobilyang sedang bergerak tersebut.


Mesin HidrolikPemindahan tekanan ke segala arah sama besar dalam

suatu cairan merupakan prinsip yang mendasari alat-alathidrolik. Jadi, mesin hidrolik yang dapat mengangkatbenda-benda berat tersebut bekerja dengan memanfaatkanprinsip Pascal. Rem dan dongkrak mobil adalah contohmesin hidrolik. Mesin hidrolik menghasilkan gaya yangbesar dengan hanya mem-berikan gaya yang sangat kecil.Dengan kata lain, mesin hidolik melipat-gandakan gaya.

Perhatikan bagan mesin hidrolik di sebelah ini untukmemahami cara kerjanya. Tabung kecil dan tabung besardihubungkan oleh pipa. Luas penampang tabung kecil 5cm2. Luas penampang tabung besar 50 cm2. Masing-masingtabung diisi dengan fluida cair, biasanya minyak. Padamasing-masing tabung terdapat piston yang tertahan di ataspermukaan minyak.

Misalkan kamu memberikan gaya 500 N kepada pistonkecil. Tekanan pada piston kecil itu adalah:

Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan tersebutdipindahkan melalui fluida tanpa berubah besarnya. Olehkarena itu, piston besar juga mendapat tekanan 100 N/cm2.

Namun luas piston besar adalah 50 cm2.Sehingga, besar gaya total pada pistonbesar adalah:

100 N/cm2 x 50 cm2 = 5000 N.

Dengan mesin hidrolik ini kamudapat menggunakan berat tubuhmuuntuk mengangkat suatu benda yangberatnya sepuluh kali berat badanmu.

Kamu mungkin heran bagaimanamobil dengan massa lebih dari 1000 kgyang melaju kencang dapat dihentikandengan injakan ringan pada pedal rem.Gaya injakan itu sudah barang tentujauh lebih kecil daripada gaya yang

kamu perlukan seandainya kamu hendak menghentikanmobil itu dari luar. Sistem rem mobil itu juga merupakanmesin hidrolik. Dapatkah kamu menjelaskan bekerjanya remmobil, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.35?

p = = = 100 N/cm2.F 500 N

A 5 cm2

piston

minyak

rumahrem

ban

piston

kanvas rem

kanvas rem

PenggunaanMatematika

Luas = 5 cm2 Luas = 50 cm2

500 N 5000 N

Pist

onbe

sar

Pist

on k

ecil

Tekanan yangdiberikanpada piston kecildapat dipindahkan kepiston besar melaluifluida. Dongkrakhidrolik bekerjaberdasarkan prinsipini.Hitunglah tekananyang diberikan padamasing-masing piston.


Tekanan UdaraAir bukanlah satu-satunya fluida yang memiliki tekanan

yang berubah sesuai kedalamannya. Bumi kita diselimutilapisan udara, yang disebut atmosfer. Tekanan atmosfer kitajuga bervariasi. Tekanan tersebut berubah sesuai denganketinggian dari atas tanah. Semakin tinggi suatu tempat,maka tekanan udaranya semakin rendah. Pada ketinggianlebih tinggi, dalam suatu daerah tertentu terdapat partikel-partikel udara yang lebih sedikit. Partikel-partikel yang lebihsedikit mendorong satu sama lain menghasilkan tekananlebih rendah.

Pada tempat yang lebih tinggi tekanan di dalamtubuhmu menjadi lebih besar daripada tekanan udara di luartubuhmu. Kamu mungkin merasakan perbedaan tekanantersebut sebagai rasa sakit pada gendang telingamu. Bilaini terjadi, sebagian udara keluar dari telingamu dan kamumendengar suara “pop.” Sebagai hasil dari keluarnyasebagian udara dari bagian dalam gendang telingamu,tekanan di dalam telingamu menjadi sama dengan tekananudara luar. Pada tempat yang sangat tinggi, seperti di puncakHimalaya pada Gambar 8.36, tekanan udara menjadi sangatkecil dan dapat menimbulkan masalah serius bagi parapendaki. Pendaki rentan terkena sindrom kekuranganoksigen karena ketinggian, yang dikenal dengan istilahhipoksi.

Gambar 8.36Pada tempat yang sangat tinggi seperti dipuncak pegunungan Himalaya ini udaramenipis dan tekanan udara menjadisangat kecil.

Sumber: www.thegeminiweb.com.


Gambar 8.38(a) Cara Kerja Barometer Aneroid

Barometer ini memiliki tabung lenturyang volumenya berubah-ubah akibattekanan. Perubahan volume tabung iniditeruskan ke jarum penunjuk.

(b) Bentuk sesungguhnya BarometerAneroid

Alat-alat untuk Mengukur Tekanan

Meskipun kamu dapat membandingkan tekanan gasdengan memijat bola basket yang penuh berisi udara dankurang berisi udara, cara ini tidak memberikan ukuran yangakurat dari dua tekanan tersebut. Apa yang dibutuhkanadalah alat pengukur tekanan.

Salah satu instrumen pertama yang digunakan untukmengukur tekanan gas dirancang oleh ilmuwan ItaliaEvangelista Torricelli (1608-1647). Ia menemukan barometer,suatu instrumen yang mengukur tekanan yang diberikanoleh atmosfer. Gambar 8.37 menjelaskan bagaimanabekerjanya barometer Torricelli. Pipa berisi penuh air raksadibalik dan bagian yang terbuka diletakkan pada bejanaberisi air raksa. Tinggi kolom air raksa itu menunjukkantekanan yang diberikan oleh atmosfer tersebut. Bilapembalikan itu dilakukan di atas permukaan laut, makatinggi kolom air raksa pada pipa itu adalah 760 mm. Olehkarena itu tekanan udara di atas permukaan laut tersebutdapat dinyatakan sebesar 760 mmHg atau 1 atmosfer. Padasaat ini barometer yang digunakan untuk pengukurantekanan tidak seperti percobaan Torricelli, namun sepertiGambar 8.38.

tabunglentur

(a)

(b)

Gambar 8.37Cara Kerja Barometer Torricelli :Pipa kaca berisi air raksa yang ditegakkandi dalam suatu bejana berisi raksa.Karena raksa tersebut berada di dalamsuatu tabung kaca tertutup, kamu dapatmenyimpulkan bahwa atmosfermemberikan tekanan pada permukaanraksa di bejana tersebut. Tekanan iniditeruskan melalui air raksa di dalambejana tersebut. Tekanan tersebutmenahan kolom air raksa di dalam pipakaca tersebut.


Sumber: http://www.stanleylondon.com.

air raksa

tekananatmosfer

Sumber: Awater, et al., 1995)


Besaran ini selanjutnya digunakan sebagai satuan untukmengukur tekanan. Atmosfer baku (atm) didefinisikansebagai tekanan yang menyangga 760 mm kolom air raksa.Berdasarkan hal itu 1,00 atm = 760 mmHg. Apabilapembalikan itu dilakukan di tempat yang lebih tinggi, makaketinggian kolom air raksa itu berkurang. Artinya di tempatyang lebih tinggi tekanan udaranya lebih rendah. Alatpengukur tekanan atmosfer semacam ini disebut barometerair raksa.

Barometer jenis lain adalah barometer aneroid.Perhatikan Gambar 8.38. Barometer ini memiliki tabunglentur yang volumenya berubah-ubah akibat tekanan.Perubahan volume tabung ini diteruskan ke jarumpenunjuk. Jika tekanan berubah, maka bentuk tabungberubah, dan penunjukan jarum juga berubah.

Tekanan Udara dalam RuangTertutup

Udara di dalam ruang tertutup memiliki ciri yangberbeda dengan udara di ruang terbuka (atmosfer). Ciri-ciritersebut menyangkut volume, tekanan, dan suhu.

Pengukuran Tekanan Udara dalam RuangTertutup

Alat pengukur tekanan udara dalam ruang tertutup yangpaling sederhana disebut manometer terbuka. PerhatikanGambar 8.39 (a). Pipa-U diisi sebagian dengan zat cair,biasanya air raksa atau air. Perbedaan tekanan udara di

Gambar 8.39Pengukur tekanan udara dalam ruangtertutup.(a)skema manometer terbuka.(b)skema manometer Bourdon.(c)manometer Bourdon.Jelaskan bekerjanya alat-alat itu.

(a) (b)

tekanan atmosfer

tekanan dalamruang tertutup

bedatinggi

pipa U

t e k a n a ndalam ruangtertutup

pipa lentur


(c)Sumber: http://www.answers.com/topic/pres-sure-measurement-1.


dalam dan di luar ruang ditunjukkan oleh perbedaanketinggian permukaan zat cair tersebut. Semakin besartekanan udara di dalam ruang, perbedaan ketinggian ini jugasemakin besar.

Alat pengukur tekanan udara dalam ruang jenis lainadalah manometer Bourdon. Perhatikan Gambar 8.39 (b).Tekanan dari dalam ruang tertutup akan mengubahkelengkungan pipa lentur. Ujung pipa itu dihubungkandengan jarum berskala. Ketika pipa itu berubah keleng-kungannya akibat tekanan, penunjukan jarum tersebut jugaberubah.

Hukum BoyleMisalkan kamu menempatkan gas dalam wadah

tertutup yang dapat diubah volumenya, seperti pompasepeda Gambar 8.40. Kamu dapat memperkecil ataumemperbesar wadah itu tanpa mengubah banyaknya gasdi dalamnya. Seperti pada saat memompa ban sepedamu,apa yang kamu rasakan ketika volume gas itu diperkecil?

Tekanan suatu gas bergantung seberapa sering partikel-partikel gas tersebut menumbuk dinding wadah tersebut.Jika kamu menekan gas ke suatu ruang yang lebih kecil,partikel-partikelnya akan lebih sering menumbuk dindingruang tersebut. Akibatnya tekanan gas itu bertambah. Halsebaliknya akan terjadi. Jika kamu memberikan ruang yanglebih besar, partikel-partikel gas tersebut menjadi lebihjarang menumbuk dinding dan tekanan gas tersebutmengecil.

Gambar 8.40Menurut hukum Boyle, bila volume gasdiperkecil, maka tekanan gas semakinbesar asalkan suhu gas tersebut tetap.Gambar nomor berapakah yang tekanangasnya paling kecil, dan yang mana yangpaling besar?



Robert Boyle (1627-1691), seorang ilmuwan Inggris,menjelaskan sifat-sifat gas tersebut. Menurut hukumBoyle, jika kamu memperkecil volume suatu wadah gas,tekanan gas tersebut membesar, asalkan suhu gastersebut tetap. Memperbesar volume wadah tersebutmenyebabkan tekanan gas tersebut turun. Penting untukdicatat bahwa hukum ini berlaku asal suhu gas tersebuttetap.

1. Massa jenis air adalah 1,0 g/cm3. Berapa kilogram air yang dipindahkanoleh balok besi 120 cm3 yang terbenam di dalam air tersebut? Satukilogram beratnya 9,8 N. Berapakah gaya apung yang bekerja pada balokitu?

2. Di dalam ruang tertutup yang volumenya 0,1 m3 terdapat udara yangtekanannya 2 atm. Menjadi berapakah tekanan udara dalam ruang tersebut,jika volumenya dijadikan 0,05 m3, sedangkan suhunya sama?

1. Mungkinkah sebuah perahu yang dibuat dari semen dapat terapung?Jelaskan.

2. Kamu mampu mengangkat tubuh temanmu di dalam air kolam, namun tidak mampujika di darat. Gaya apa yang membantumu mengangkatnya? Berasal dari manakah gayaini?

3. Jelaskan bagaimana prinsip bekerjanya mesin hidrolik.4. Bagaimana tekanan dihitung?5. Bagaimana cara mengukur tekanan udara dalam ruang tertutup?6. Berpikir kritis: Jika kamu mengisi balon dengan udara hingga menggelembung, mengikat

mulutnya, kemudian melepaskannya, balon itu akan jatuh ke lantai. Mengapa balon itujatuh, dan tidak melayang di udara?

Intisari Subbab

Bina KeterampilanMenghitung

PenggunaanMatematika

Jika kamu ingin meng-angkat benda seberat20.000 N, berapakahgaya yang harus kamuberikan pada pistonkecil, jika luas piston kecil10 cm2 dan luas pistonbesar 200 cm2?


Bab

A. Gaya1. Gaya berupa tarikan atau dorongan sebuah benda yang dikerahkan pada benda

lain. Gaya pada arah yang sama digabung dengan penjumlahan. Gaya pada arahyang berlawanan digabung dengan pengurangan.

2. Gaya-gaya setimbang yang bekerja pada sebuah benda tidak mengubah gerak bendaitu. Gaya-gaya tak setimbang selalu mengubah gerakan sebuah benda.

3. Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa gerak benda tidak akanberubah kecuali ada resultan gaya total yang bekerja pada benda itu.

4. Terdapat gaya yang melawan gerak dua permukaan yang bersentuhan, yang disebutgaya gesekan.

B. Gerak Dipercepat1. Sesuai dengan hukum kedua Newton, adanya gaya resultan atau gaya total yang

bekerja pada sebuah benda menyebabkan benda tersebut bergerak dipercepat padaarah gaya itu. Besar percepatan tersebut bergantung pada gaya dan massa bendatersebut.

2. Di dekat permukaan Bumi, gaya gravitasi menyebabkan benda jatuh dipercepatdengan suatu percepatan 9,8 m/s2. Dengan mengabaikan hambatan udara, semuabenda jatuh dengan percepatan itu, berapapun massanya.

3. Hambatan udara bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerak benda tersebut.C. Aksi dan Reaksi

1. Gaya selalu bekerja berpasangan. Pasangan gaya itu desebut gaya aksi dan gayareaksi.

2. Gaya-gaya dalam suatu pasangan aksi-reaksi selalu sama besarnya dan berlawananarah.

D. Tekanan1. Gaya yang bekerja pada suatu luasan tertentu menghasilkan tekanan.2. Tekanan fluida disebabkan oleh partikel-partikelnya yang memiliki massa dan selalu

bergerak. Seluruh fluida memberikan tekanan sama besar ke segala arah.5. Fluida mengalir dari tempat yang tekanannya lebih besar ke tempat yang tekanannya

lebih kecil.4. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung pada sebuah benda di dalam

fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan benda itu.5. Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada suatu fluida

diteruskan dengan besar tetap melalui fluida tersebut.

Rangkuman

Tekanan

Documents

Transcript of Tekanan