TEKANAN
Tekanan
merupakan besarnya gaya
persatuan luas. Satuan tekanan dalam Sistem Internasional (SI) adalah N/m².
1. TEKANAN PADA ZAT PADAT
Ketika kamu mendorong paku di atas plastisin, berarti kamu telah memberikan gaya pada paku. Besarnya tekanan paku pada plastisin bergantung
pada besarnya dorongan (gaya) yang kamu berikan dan luas bidang tekannya.
Semakin besar gaya tekan yang kamu berikan, semakin besar pula tekanan yang
terjadi. Namun, semakin besar luas bidang tekan suatu benda maka semakin kecil
tekanan yang terjadi. Dengan demikian, tekanan berbanding lurus dengan gaya
tekan dan berbanding terbalik dengan luas bidang tekan. Secara matematis,
besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut:
Dengan:
p = tekanan )
F = gaya tekan (N)
A = luas bidang ( m2 )
Satuan tekanan dalam sistim internasional (SI) adalah N/ . Satuan ini juga disebut
pascal (Pa).
1 Pa = 1 .
Untuk dapat lebih memahami materi
tekanan pada zat padat, perhatikan contoh berikut:
Jika masing-masing balok mempunyai
berat yang sama, yaitu 12 N, balok manakah yang memberikan tekanan lebih besar
pada lantai?
Balok I
A = 30 cm x 10 cm = 300 cm² = 0,03 m²
P = 400 N/m²
Balok II
A = 20 cm x 10 cm = 200 cm² = 0,02 m²
P = 600 N/m²
Jadi,
yang memberikan tekanan lebih besar pada lantai adalah Balok II, yaitu sebesar
600 N/m².
Dari contoh soal tersebut dapat kita
dapat menarik kesimpulan tentang tekanan pada zat padat sebagai berikut:
·
Semakin
kecil luas bidang tekan, semakin besar tekanan yang dihasilkan.
·
Semakin
besar gaya tekan yang diberikan, semakin besar tekanan yang dihasilkan.
2. TEKANAN
PADA ZAT CAIR
Tekanan
pada zat cair sering disebut juga dengan tekanan hidrostatis. Tekanan
hidrostatis ini tergantung pada suatu tingkatan kedalaman dan berat jenis pada
zat cair. Tekanan pada zat cair mengarah ke segala arah. Rumus tekanan
hidrostatis sebagai berikut.
Ph = p.g.h
dengan:
ph
=
tekanan hidrostatis zat cair (N/m2)
p
=
massa jenis (kg/m3)
g
=
percepatan gravitasi (m/s2)
h
= kedalaman
dari permukaan (m)
Berdasarkan persamaan diatas, dapat disimpulkan
bahwa tekanan dalam zat cair hanya bergantung pada jenis dan kedalaman zat
cair, tidak bergantung pada bentuk wadah ( asalkan bentuk wada terbuka ).
Berdasarkan rumus diatas dapat diketahui bahwa makin kedalam dari permukaan
air, tekanan hidrostatis semakin besar.
a)
Bejana Berhubungan
Bejana berhubungan
adalah sebuah bejana yang mempunyai beberapa pipa yang saling berhubungan.
Hukum bejana berhubungan menyatakan jika bejana berhubungan diisi zat cair yang
sejenis dalam keadaan seimbang, maka permukaan zat cair akan berada pada satu
bidang sejajar ( datar ). Contoh peralatan yang prinsip kerjanya berdasarkan
hukum bejana berhubungan antara lain kendi, teko, pembuatan dam, dan menara
penampung air.
b)
Hukum Pascal
Tekanan
dalam zat cair sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contohnya
seperti yang dirumuskan oleh Pascal “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam
ruang tertutup akan diteruskan kesegala arah dengan sama besar “. Banyak
peralatan yang menggunakan prinsip Pascal antara lain dongkrak hidrolik, rem
hedrolik, mesin pengangkat mobil hidrolik, dan kempa hidrolik.
Secara
matematis hukum pascal dapat dirumuskan sebagai berikut ini :
Dengan
F1
= gaya pada tabung 1
F2
= gaya pada tabung 1
A1
= luas area pada tabung 1
A2
= luas area pada tabung 1
3. TEKANAN
PADA ZAT GAS
Atmosfer adalah lapisan udara yang
menyelubungi bumi. Pada lapisan inilah manusia dapat hidup. Selain zat cair,
atmosfer pun mengadakan tekanan terhadap sekitarnya. Tekanan ini sebagai akibat
adanya gaya gravitasi yang bekerja pada setiap bagian atmosfer.
Massa jenis udara ini sangat kecil jika
dibandingkan dengan massa jenis zat padat atau zat cair. Massa jenis udara
berkurang pada ketinggian yang berbeda. Oleh sebab itu persamaan tekanan P = g h tidak berlaku pada tekanan
atmosfer atau tekanan pada gas.
v Percobaan Torricelli
Tekanan Atmosfer pertama kali diukur oleh
seorang ahli fisika Italia bernama Torricelli. Menurut Torricelli, tekanan yang
menahan raksa dalam tabung kaca setinggi 76 cm atau tekanan udara luar
(atmosfer) sama dengan 76 cm Hg. Dalam percobaannya, Torricelli menggunakan pipa
kaca sempit berdinding tebal yang panjangnya kira-kira 1 meter dan salah satu
ujungnya tertutup. Alat tersebut lebih dikenal dengan sebagai alat Torricceli.
Selain menemukan kesetaraan satuan tekanan
raksa dengann tekanan atmosfer, Torricceli juga menemukan hubungan antara
ketinggian tempat dengan tekanan udaranya. Menurut Torricelli, tekanan udara di
permukaan laut lebih besar daripada tekanan di tempat yang tinggi, misalnya
pegunungan.
Semakin tinggi tempat pengukuran, semakin
rendah tekanan udaranya karena semakin dekat ke permukaan lapisan. Hal ini sama
dengan zat cair bahwa semakin dekat ke permukaan air, semakin kecil tekanan
hidrostatisnya.
Tekanan udara luar (atmosfer) = 1 atm = 76
cmHg =76 cm air raksa. Dalam SI ditulis raksa = 13.000 kg/m3, g = 9,8 N/kg
dan h raksa = 76cm = 0.76m.
Persamaan tekanan raksa adalah
p = raksa X g X h raksa
= 13.600 X 9.8 X 0.76
= 101.292,8 N/m2
Jadi tekanan raksa adalah 101.292,8 N/m2.
Satuan tekanan yang lain nilainya dapat
didekatkan menjadi sebagai berikut.
1 bar = 100.000 N/m2
= 100.000 Pascal (Pa)
Jadi 1 bar = 1000.000 N/m2 = 100.000 Pa.
v Gas Dalam Ruang Tertutup.
Sebuah balon ditiup dan diikat sehingga
bentuk balon yang kempis berubah menjadi bulat. Demikian pula, jika balon yang
bulat ditekan maka balon yang ditekan akan kempis dan bagian balon yang lain
akan menggelembung dan membesar. Selain itu, kita juga akan merasakan adanya
tekanan udara dari dalam balon itu.
Berdasarkan contoh itu, kita dapat
mengatakan bahwa udara di dalam balon itu menekan ke segala arah. Udara dalam
ruang tertutup mengadakan tekanan pada dinding ruang itu.
Untuk megukur tekanan gas dalam ruang
tertutup, kita dapat meggunakan Manometer. Manometer ada dua jenis yaitu
manometer zat cair terbuka dan manometer logam.
Manometer zat cair terbuka atau menometer
terbuka terdiri dari sebuah pipa berbentuk U berisi zat cair. Manometer diisi
zat cair dan salah satunya dihubungkan dengan kran gas. Jika raksa pada kaki
yang lain naik dan perbedaan tinggi raksa sebesar h cm, sedangkan tekanan udar
luar sebesar B cm hg, tekanan gas dalam ruang tertutup adalah:
P gas = (h +B) cm Hg, sedangkan
air = 1/13.6 raksa
jadi tekanan dalam ruang tertutup adalah :
P gas = ( h / 13.6 + B ) cmHg.
Manometer logam adalah alat untuk mengukur
tekanan udara yang besar. Manometer logam terdiri dari pipa logam yang
dibengkokkan. Salah satu jenis manometer logam adalah manometer Bourdon. Alat
ini banyak digunakan dalam industri untuk mengukur tekanan udara dalam tabung
gas atau tangki uap.
v Hukum Boyle
Hubungan antara tekanan gas
dalam ruang tertutup dan volume pertama kali ditemukan oleh Robert Boyle.
Menurut Boyle, semakin besar tekanan, volume udara semakin kecil. Hasil kali
tekanan dan volume selalu tetap.
keterangan :
p1 = tekanan gas mula-mula
(N/m2)
p2 = tekanan gas akhir (N/m2)
v1 = volume gas mula-mula (m3)
v2 = volume gas akhir (m3).
Beberapa alat yang
menggunakan Hukum Boyle adalah pompa air dan pompa sepeda.
o
Pompa
Air
Prinsip kerja pompa air
adalah sebagai berikut. Jika pengisap ditarik ke atas, klep K1 terbuka dan klep
K2 tertutup. Udara dari pipa masuk ke dalam tabung pompa melalui klep K1
sehingga volume udara diperbesar dan tekanan udara di dalam pompa diperkecil.
Akibatnya air naik ke dalam
pipa. Jika pengisap digerakkan terus menerus,
air akan naik mengisi tabung pompa dan terus dinaikkan oleh pengisap sehingga keluar melalui pipa kecil. Air yang sudah berada di atas pengisap tidak turun lagi karena klep K2 menutup.
air akan naik mengisi tabung pompa dan terus dinaikkan oleh pengisap sehingga keluar melalui pipa kecil. Air yang sudah berada di atas pengisap tidak turun lagi karena klep K2 menutup.
o
Pompa
Sepeda
Pada saat pompa digunakan, bagian saluran
udara pada pompa harus menempel pada katup atau pentil yang terbuat dari karet.
Prinsip kerjanya, jika pengisap ditekan
maka tekanan udara yang besar di dalam pompa akan menerobos pentil dan masuk ke
dalam ban.