Tekanan pada zat cair

Tekanan pada zat cair

Cobalah kamu masukkan plastik yang telah ditiup ke dalam air! Apa yang terjadi dengan plastik tersebut? Mengapa plastik tertekan kembali ke atas? Hal ini membuktikan bahwa zat cair dapat memberikan tekanan kepada semua benda. Dengan demikian, jika terdapat zat cair dalam suatu tabung maka dinding tabung akan mendapat tekanan dari zat cair. Sifat-sifat tekanan zat cair pada dinding tabung antara lain sebagai berikut:

a. Zat cair menekan ke segala arah.

b. Semakin dalam letak suatu titik dari permukaan zat cair, tekanannya semakin besar.

c. Tekanan zat cair tidak tergantung pada bentuk wadahnya, melainkan tergantung pada kedalaman dari permukaan zat cair.

d. Tekanan zat cair bergantung pada massa jenis zat cair. Berikut ini akan kita pelajari hal-hal yang berkaitan dengan tekanan pada zat cair.

1. Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Sifat tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut.

a. Semakin dalam letak suatu titik dari permukaan zat cair, tekanannya semakin besar.

b. Pada kedalaman yang sama, tekanannya juga sama.

c. Tekanan zat cair ke segala arah sama besar.

Besarnya tekanan hidrostatis zat cair dipengaruhi beberapa faktor, yaitu kedalaman, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi. Persamaan tekanan hidrostatis dapat dirumuskan sebagai berikut.

P = r. g . h

Keterangan:

P : tekanan hidrostatis (Pascal)

r : massa jenis zat cair (kg/m3)

h : kedalaman dari permukaan zat cair (m)

Besarnya tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh bentuk wadah zat cair. Hal ini dinyatakan dalam hukum utama tekanan hidrostatis yang berbunyi: Tekanan hidrostatis di setiap titik pada bidang datar di dalam zat cair sejenis yang berada dalam kesetimbangan adalah sama. Alat yang biasa digunakan untuk mengamati tekanan hidrostatis disebut hartl.

2. Hukum Pascal

Pada gambar tampak sebuah kran air yang dihubungkan dengan sebuah bejana yang memiliki berbagai bentuk. Dari pembahasan sebelumnya, telah kita ketahui bahwa besar tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh wadahnya. Dengan demikian, besar tekanan yang dialami oleh dinding bejana adalah sama, meskipun bentuk bejana berbeda-beda. Oleh karenatekanan pada masing-masing bejana sama besar maka tinggi permukaan masing-masing bejana juga sama. Peristiwa ini diamati oleh Blaise Pascal. Pascal menyatakan bahwa:

Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan sama besar.

Misalnya, terdapat sebuah bejana berhubungan yang terdiri atas sebuah bejana besar dan bejana kecil. Jika bejana kecil diberi tekanan maka tekanan tersebut akan diteruskan merata ke seluruh bagian bejana besar. Dengan demikian, gaya yang dihasilkan akan semakin besar.Pernyataan Pascal dikenal dengan hukum Pascal.

Hukum Pascal banyak diterapkan pada beberapa peralatan, di antaranya:

a. dongkrak hidraulis,

b. pompa hidraulis,

c. mesin pengangkat mobil hidraulis,

d. kempa hidraulis, dan

e. rem piringan hidraulis.

3. Bejana Berhubungan

Pernahkah kamu mengamati bentuk permukaan air dalam teko atau selang yang ditekuk?

Ternyata, permukaan zat cair tersebut tetap mendatar, dan tidak terpengaruh bentuk tempat

zat cair itu. Teko dan selang termasuk bejana berhubungan. Hal ini kemudian dinyatakan dalam hukum yang terkenal dengan nama hokum bejana berhubungan. Hukum bejana berhubungan berbunyi:

“ Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan berada dalam keadaan setimbang maka permukaan zat cair dalam bejanabejana terletak pada sebuah bidang datar”.

Berdasarkan peristiwa di atas, tampak bahwa tinggi permukaan zat cair tidak sejenis tidak sama. Dengan demikian, prinsip bejana berhubungan tidak berlaku. Beberapa hal yang menyebabkan prinsip bejana berhubungan tidak berlaku antara lain sebagai berikut.

a. Bejana diisi oleh zat cair yang memiliki massa jenis berbeda.

b. Bejana dalam keadaan tertutup, baik salah satu bejana maupun keduaduanya.

c. Adanya unsur pipa kapiler pada bejana, yaitu pipa kecil yang memungkinkan air menaiki sisi bejana.

Peristiwa bejana berhubungan banyak dijumpai dalam kehidupan seharihari

di antaranya:

a. air dalam teko,

b. alat pengukur kedataran suatu permukaan (water pass), dan

c. penyaluran air melalui selang pada tempat dengan ketinggian yang sama.

4. Hukum Archimedes

Apa yang terjadi jika sebatang kayu kalian lemparkan ke air? Apa yang akan terjadi jika sebuah batu kerikil kalian lempar ke dalam air? Ternyata kayu yang memiliki berat lebih besar dibanding kerikil akan terapung di air, sedangkan batu kerikil yang memiliki berat lebih kecil dibanding kayu justru tenggelam dalam air. Mengapa hal ini dapat terjadi?

Pertanyaan itu telah diselidiki oleh Archimedes.  Berdasarkan hasil penelitiannya, Archimedes menyatakan bahwa jika sebuah benda di udara memiliki berat w maka ketika benda tersebut berada di air, ia akan mendapat gaya ke atas sebesar Fa .

Gaya ke atas yang dialami benda ketika berada di air disebut gaya Archimedes.

Dengan menggunakan konsep gaya Archimedes, kedudukan suatu benda dalam zat alir dibedakan menjadi 3, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.

a. Mengapung

Suatu benda dikatakan mengapung jika besar gaya ke atas atau gaya Archimedesnya lebih besar dibanding gaya ke bawahnya (gaya beratnya).

b. Melayang

Suatu benda dikatakan melayang atau terbang jika besar gaya ke atas (gaya Archimedes) sama dengan gaya ke bawah (gaya berat) benda tersebut.

c. Tenggelam

Suatu benda dikatakan tenggelam jika besar gaya ke atas (gaya Archimedes) lebih kecil dari pada gaya ke bawahnya (gaya beratnya).

Konsep gaya Archimedes berlaku untuk semua zat yang dapat mengalir (zat alir atau fluida). Dengan demikian, konsep gaya Archimedes juga berlaku di udara. Dengan memerhatikan hokum Archimedes maka tidaklah mengherankan jikabalon udara dapat melayang di udara dan kapal selam dapat menyelam dalam air. Selain balon udara dan kapal selam, masih banyak peralatan lain yang menggunakan prinsip gaya Archimedes, antara lain:

1) jembatan ponton,

2) kapal,

3) pesawat terbang,

4) tank amfibi,

5) pesawat amfibi, dan

6) hidrometer.