Hukum Pascal

Hukum Pascal dinyatakan oleh seorang filsuf sekaligus ilmuwan Prancis, Blaise Pascal (1623-1662) menyatakan bahwa:

“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”

Hukum Pascal ini menggambarkan bahwa setiap kenaikan tekanan pada permukaan fluida, harus diteruskan ke segala arah fluida tersebut. Hukum pascal hanya dapat diterapkan pada fluida, umumnya fluida cair.

Rumus Hukum Pascal

Rumus hukum Pascal dalam sistem tertutup dapat disimpulkan dengan:

Agar lebih simpel, formula diatas ditulis dengan 

Seperti yang sudah kita tahu bahwa tekanan adalah gaya dibagi besar luasan penampangnya (P = F/A), maka persamaan diatas dapat ditulis kembali sebagai berikut:

Atau

Besarnya keuntungan mekanis dari sistem fluida/hidrolik yang menggunakan hukum Pascal dapat diketahui dari rasio gaya yang keluar dibagi gaya yang diberikan.

Karena luasan penampang berbanding lurus dengan gaya, maka keuntungan mekanis juga dapat langsung diketahui dari rasio kedua luasan penampang.

Perhatikan gambar mekanisme hidrolik diatas. Karena cairan tidak dapat ditambahkan ataupun keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong di sebelah kiri akan mendorong piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas. Piston di sebelah kiri bergerak ke bawah sejauh h1 dan piston sebelah kanan bergerak ke atas sejauh h2. Sesuai hukum Pascal, maka:

Penerapan Hukum Pascal

Hukum Pascal banyak diterapkan untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah pengungkit hidrolik. Pada pengungkit hidrolik, sedikit gaya masuk yang diberikan digunakan untuk menghasilkan gaya keluar yang lebih besar dengan cara membuat luasan piston bagian luar lebih besar daripada luasan piston bagian dalam. Dengan cara ini, keuntungan mekanis yang didapatkan akan berlipat ganda tergantung rasio perbedaan luasan piston. Sebagai contoh, jika luasan piston luar 20 kali lebih besar daripada piston bagian dalam, maka gaya yang keluar dikalikan dengan faktor 20; sehingga jika gaya yang diberikan setara dengan 100 kg,  maka dapat mengangkat mobil hingga seberat 2000 kg atau 2 ton.

Contoh lainnya adalah rem hidrolik pada mobil seperti yang dapat dilihat pada gambar dibawah. Ketika pengemudi menginjak pedal rem, tekanan pada silinder utama akan meningkat. Kenaikan tekanan ini akan diteruskan keseluruh bagian fluida di sepanjang sistem hidrolik sehingga silinder rem akan mendorong kanvas rem terhadap cakramyang menempel pada roda mobil. Akibat gesekan antara kanvas rem dengan cakram akan menyebabkan laju mobil berkurang. Rem hidrolik seperti ini biasa disebut rem cakram dan digunakan pula di sepeda motor. Fluida yang digunakan sebagai media penyalur tekanan adalah oli.

Dapat dikatakan bahwa semua sistem hidrolik menggunakan hukum Pascal. Sistem hidrolik dipakai di seluruh kendaraan berat, mesin pengangkut, pabrik-pabrik, dan semua peralatan yang membutuhkan gaya yang besar menggunakan sistem hidrolik karena keuntungan mekanisnya yang cukup tinggi dan sistem kerjanya yang sederhana.

sumber : https://www.studiobelajar.com/hukum-pascal/

Read More →

Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup baik keseluruhan maupun sebagian dalam fluida, maka benda tersebut akan menerima dorongan gaya ke atas (atau gaya apung). Besarnya gaya apung yang diterima, nilainya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh benda tersebut (berat = massa benda x percepatan gravitasi) dan memiliki arah gaya yang bertolak belakang (arah gaya berat kebawah, arah gaya apung ke atas).

Jika benda memiliki berat kurang dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan mengapung (berat benda < gaya apung atau ). Jika benda memiliki berat lebih dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan tenggelam (berat benda > gaya apung atau ). Dan benda akan melayang, jika beratnya sama dengan berat air yang dipindahkan (berat benda = gaya apung), yang berarti massa jenis benda sama dengan massa jenis air ().

Rumus Hukum Archimedes

Sesuai dengan bunyi hukum Archimedes di atas, maka besarnya gaya apung (B) dapat dihitung dengan rumus hukum archimedes:

Dimana  adalah massa jenis air,  adalah gravitasi bumi (10 m/s2),  adalah volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.

Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut:

Dimana,   adalah berat air yang dipindahkan benda yang tercelup. Berarti, semakin banyak volume yang tercelup atau semakin banyak air yang dipindahkan, maka benda akan mendapat gaya apung yang semakin besar.

Untuk benda yang tercelup seluruhnya, hukum Archimedes dapat diformulasikan sebagai berikut:

Dimana w merupakan berat (berat = massa x percepatan gravitasi). Perhatikan gambar dibawah, pada saat ditimbang, benda memiliki massa sebesar 5 kg. Kemudian, benda tersebut dicelupkan ke air seluruhnya sehingga memindahkan air sebanyak 2 kg. Maka, berat benda yang tercelup akan berubah menjadi: 50 Newton – 20 Newton = 30 Newton. Jadi, pada saat benda tercelup di air, massa benda akan menjadi lebih ringan akibat gaya apung yang diterima benda. Itulah mengapa pada saat kita berenang, badan kita terasa lebih ringan didalam air dibanding di luar air.

Dari rumus hukum Archimedes di atas, diketahui hubungan massa jenis benda dengan massa jenis air:

Atau, dapat pula dirumuskan menjadi:

Penerapan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes dapat menjelaskan mengapa suatu benda yang tercelup di air dapat melayang, mengapung, dan tenggelam. Penerapan hukum Archimedes ini diantaranya adalah perancangan kapal laut, bangunan lepas pantai (offshore), hingga kapal selam. Selain gaya apung, hukum Archimedes juga dipakai untuk menentukan massa jenis suatu benda padat, serta diterapkan pada stabilitas hidrostatik kapal yang mengapung di permukaan air.

Hukum Archimedes diterapkan pada kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang dapat mengubah-ubah massa jenisnya agar dapat menyelam, melayang dan mengapung di permukaan air. Untuk mengubah massa jenisnya, kapal selam menambahkan massa atau  mengurangi massanya dengan cara memasukkan air atau mengeluarkan air. Agar dapat menyelam, kapal selam memasukkan air sehingga massa kapal bertambah besar, begitu pula sebaliknya jika kapal selam ingin kembali muncul ke permukaan. Prinsip kapal selam dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Tentang Archimedes

Archimedes adalah seorang matematikawan, ilmuwan, insinyur, penemu, dan astronomer dari Yunani yang diperkirakan hidup sekitar 287 hingga 212 sebelum Masehi. Kisahnya yang paling terkenal adalah ketika ia menemukan satu metode untuk menentukan volume suatu objek yang memiliki bentuk yang tidak rata (irregular). Alkisah sebuah mahkota untuk Raja Hiero II dipesan oleh sang raja dengan bahan baku yang disuplai dari sang raja yakni emas murni. Setelah mahkota emas tersebut telah dibuat dan dipersembahkan kepada raja, namun sang raja menduga adanya kecurangan yang dilakukan oleh si pembuat mahkota. Oleh karena itu, Archimedes diperintahkan oleh raja untuk menentukan apakah mahkota tersebut terbuat seluruhnya dari emas murni atau dipalsukan dengan mengganti bahan bakunya menjadi perak seperti dugaan raja.

Archimedes harus memecahkan masalah tersebut tanpa harus merusak mahkota raja tersebut yang berarti ia tidak boleh mencairkan mahkota tersebut untuk kemudian dicetak menjadi bentuk yang rata agar dapat dihitung massa jenisnya. Ketika ia sedang berendam di bak mandinya, dia menyadari bahwa ketinggian air pada bak mandi bertambah seiring ia masuk ke dalam air. Iapun menyadari bahwa efek ini dapat digunakan untuk menentukan volume mahkota raja (yang kita sebut dengan hukum Archimedes).

Air dianggap fluida yang tidak mampu mampat, jadi mahkota yang dicelupkan ke air akan memindahkan volume air sebanyak volume mahkota tersebut. Dengan membagi massa mahkota dengan volume air yang dipindahkan maka didapatkan massa jenis mahkota (massa jenis emas lebih berat dari massa jenis perak, dan nilanya telah diketahui). Saking gembiranya mengetahui hal ini, Archimedes kemudian berlari dari bak mandinya dengan keadaan telanjang sambil meneriakkan “Eureka!” (dari bahasa Yunani yang berarti “Aku telah menemukannya”). Hasil tes sesungguhnya dari mahkota raja telah menunjukkan bahwa mahkota emas tersebut telah dicampur dengan perak.

sumber : https://www.studiobelajar.com/hukum-archimedes/

Read More →

Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh air ke semua arah pada titik ukur manapun akibat adanya gaya gravitasi. Tekanan hidrostatis akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air.

Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Jadi, semakin dalam kita menyelam dari permukaan air, maka akan semakin banyak volume air yang ada di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang diberikan air pada tubuh kita (tekanan hidrostatis) akan semakin besar.

Rumus Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis pada titik kedalaman berapapun tidak dipengaruhi oleh berat air, luasan permukaan air, ataupun bentuk bejana air. Tekanan hidrostatis menekan ke segala arah. Satuan tekanan adalah Newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa).

Rumus tekanan hidrostatis diformulasikan dengan:

dimana:

 adalah berat jenis air (untuk air tawar, );
g adalah besar percepatan gravitasi (percepatan gravitasi di permukaan bumi sebesar g = 9,8 m/s2;
h adalah titik kedalaman yang diukur dari permukaan air.

Jadi semakin besar jarak titik ukur dengan permukaan air, maka akan semakin besar tekanan hidrostatis pada titik tersebut. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar dibawah dimana semakin besar ketinggian air, maka akan semakin besar pula tekanan hidrostatis di dasar bejana. Akibatnya, air akan muncrat lebih jauh pada bejana sebelah kanan karena tekanan yang lebih tinggi dibandingkan bejana di sebelah kiri.

Rumus diatas digunakan untuk mengetahui nilai tekanan hidrostatis pada bejana tertutup (contohnya: tekanan pada titik tertentu pada air di dalam botol tertutup, tangki air atau tong air yang tertutup).

Jika kita ingin menghitung besar total tekanan pada suatu titik di bawah permukaan air pada tempat terbuka seperti pada danau dan laut dan segala kontainer/wadah terbuka, maka kita perlu menambahkan besar tekanan atmosfer pada perhitungan. Sehingga, total tekanan hidrostatis pada kondisi terbuka adalah sama dengan tekanan hidrostatis air pada titik tersebut ditambah besar tekanan yang bekerja pada permukaan air yang dirumuskan dengan:

dimana  adalah tekanan atmosfer (tekanan atmosfer pada permukaan laut sebesar ).

Agar dapat lebih memahami prinsip tekanan, perhatikan gambar diatas.

• Tekanan total yang diterima oleh si pemancing adalah sebesar tekanan atmosfer (kita senantiasa menerima tekanan atmosfer setiap saat), sehingga: .
• Tekanan total yang diterima penyelam bertangki kuning adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman h2, sehingga: .
• Tekanan total yang diterima penyelam bertangki merah adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman h3, sehingga: .

Karena , maka .

sumber : https://www.studiobelajar.com/tekanan-hidrostatis/

Read More →

tekanan gas

Tekanan Pada Gas

Besar tekanan udara dapat diukur dengan percobaan Torricelli yang dilakukan oleh Evangelista Torricelli (1608-1647). Percobaan itu berhasil menciptakan barometer, yaitu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara dan menetapkan bahwa: Tekanan udara 1 atm = 76 cmHg “Setiap kenaikan 100 m dari permukaan laut, tekanan udara berkurang 1cmHg”

Ketinggian suatu tempat dapat dihitung dengan rumus:

h= (76 cmHg- Pbar) x100 m

Pgas = (Pbar ± h) cmHg

Tekanan udara dalam ruang tertutup dapat diukur dengan manometer.

keterangan:

Pgas = tekanan gasPbar = tekanan pada barometerh      = ketinggi8an tempat (m)

• Hukum Boyle

Robert Boyle (1627-1691) menyatakan dalam hukumnya bahwa:

“Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap/konstan bila suhu gas tidak berubah”

P.V= konstan atau P1. V1 = P2. V2

Keterangan:

P1= tekanan awal

V1= volume awal

P2= tekanan akhir

V2= volume akhir

• Tekanan Gas dalam Ruang Tertutup dan Konsep Tekanan Udara dalam Kehidupan Sehari-hari

Alat untuk mengukur tekanan udara dalam ruang tertutup dinamakan manometer. Manometer ada dua macam, yaitu manometer raksa dan manometer logam.

a. Manometer Raksa

Manometer raksa dibedakan menjadi:

1) Manometer Raksa Terbuka

Manometer raksa terbuka adalah sebuah tabung U yang kedua ujungnya terbuka. Salah satu kaki dibiarkan terbuka berhubungan dengan udara luar sedangkan kaki lainnya dihubungkan ke ruang yang akan diukur tekanan gasnya. Besar tekanan gas dapat dihitung dengan rumus: Pgas = Pbar + h

2) Manometer Raksa Tertutup

Manometer raksa tertutup adalah sebuah tabung U yang salah satu ujungnya tertutup.

b. Manometer Logam

Digunakan untuk mengukur tekanan udara yang sangat tinggi.

• Seperti pada tekanan zat padat dan zat cair, berikut diberikan beberapa contoh kejadian yang berkaitan dengan tekanan udara.

a. Angin

    Angin adalah udara yang bergerak dari suatu tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang tekanannya lebih rendah. Jika suatu daerah mempunyai tekanan udara yang sangat rendah, udara di sekelilingnya akan mengitari daerah tersebut sehingga membentuk pusaran angin. Kekuatan angin ini bisa sangat besar dan menerbangkan benda-benda yang dilaluinya. Bentuk angin seperti ini disebut angin siklon. Angin ini bersifat merusak jika tempat terjadinya pusaran dekat dengan tempat tinggal penduduk.

b. Prakiraan Cuaca

Para ahli meteorologi mencatat perubahan tekanan udara di suatu tempat, kemudian data hasil pengamatan tersebut dianalisis dan diinterpretasi. Misalkan, jika pada suatu tempat tekanan udara rendah, udara dari tempat yang bertekanan lebih tinggi akan bergerak ke daerah tersebut. Angin tersebut membawa uap air. Karena tekanan udaranya rendah, uap air tersebut akan jatuh ke Bumi dalam bentuk hujan. Begitu pun sebaliknya, di suatu daerah cuacanya akan cerah jika tekanan di daerah tersebut tinggi yang berarti udara dari tempat tersebut akan bergerak ke daerah lain yang tekanan udaranya lebih rendah. Alat untuk mencatat perubahan tekanan udara secara terus menerus disebut barograf.

sumber : https://sumadewiblog.wordpress.com/tekanan/tekanan-pada-gas-2/

Read More →

tekanan zat cair

Tekanan pada Zat Cair

Tekanan zat cair bergantung pada kedalaman zat cair yaitu makin dalam, tekanan zat cair makin besar. Hal ini menjadi alasan kenapa saat membuat tanggul atau bendungan tembok bagian bawah dibuat lebih tebal daripada bagian atasnya. Tekanan yang ditimbulkan zat cair juga ditentukan oleh massa jenis zat cair. Semakin besar massa jenis zat cair, makin besar tekanan di dalam zat cair tersebut. Sehingga tekanan yang ditimbulkan oleh air akan lebih besar dibandingkan tekanan yang yang ditimbulkan oleh minyak atau alkohol.

Proses Fisika yang terjadi pada bejana U seperti itu diselidiki oleh Blaise Pascal. Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Pascal yang dikemukakan oleh Pascal pada 1653. Berdasarkan hukum pascal ini diperoleh prinsip bahwa dengan gaya yang kecil dapat menghasilkan suatu gaya yang lebih besar.

Air memancar keluar dengan kekuatan sama, jauh pancaran sama, hal ini menunjukkan bahwa tekanan yang dialami air tersebut sama besar. Air yang memancar melalui lubang-lubang itu mendapat tekanan dari itu yang tertekan, tekanan itu diteruskan air ke segala arah dengan sama besar.

sumber : https://prodiipa.wordpress.com/kelas-viii/tekanan-dalam-tubuhku/tekanan-pada-zat-cair/

Read More →

Tekanan zat Padat

Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja pada benda tiap satuan luas bidang tekan.

Besar tekanan dapat ditulis dalam bentuk rumus berikut.

P=F/A

Keterangan:

P = tekanan (N/m2)

F = gaya tekan (N)

A = luas bidang tekan (m2)

Dalam SI satuan tekanan adalah pascal (Pa) atau N/m2.

Semakin besar gaya tekan, semakin besar tekanannya. Semakin luas bidang tekan, semakin kecil tekannya.

Dari rumus tersebut dapat diketahui bahwa:

1. Makin besar gaya tekan yang diberikan, makin kecil tekanan yang dihasiilkan
2. Makin kecil luas permukaan bidang tekan, makin besar tekanan yang dihasilkan.

Contoh menghitung besarnya tekanan, luas bidang tekan dan gaya yang bekerja pada benda:

Indah kalalo memiliki massa 50 kg pergi ke pasar dengan menggunakan sepatu hak lancip, jika tekanan yang indah berikan pada lantai 1500 N/m2, hitunglah berapa luas permukaan sepatu indah….!! (g = 10 m/s2 )

Jawab:

Pada penjelasan di awal, diberikan beberapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut ini diberikan contoh lain penerapan konsep tekanan.

1. Kapak

Mata kapak dibuat tajam untuk memperbesar tekanan sehingga memudahkan tukang kayu dalam memotong atau membelah kayu. Orang yang memotong kayu dengan kapak yang tajam akan lebih sedikit mengeluarkan tenaganya daripada jika ia menggunakan kapak yang tumpul dengan gaya yang sama. Jadi, kapak yang baik adalah kapak yang mempunyai luas permukaan bidang yang kecil. Dalam bahasa sehari-hari luas permukaan kapak yang kecil disebut tajam.

2. Sirip Ikan

Sirip ikan yang lebar memungkinkan ikan bergerak dalam air karena memperoleh gaya dorong dari gerakan siripnya yang lebar. Sirip ini memberikan tekanan yang besar ke air ketika sirip tersebut digerakkan. Akibatnya, ikan memperoleh gaya dorong air sebagai reaksinya.

3. Sepatu Salju

Orang-orang yang hidup di daerah bersalju secara langsung atau tidak telah memanfaatkan konsep tekanan. Mereka membuat sepatu salju yang luas alasnya besar sehingga mampu memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju. Hal ini mempermudah mereka berjalan di atas salju.

sumber : https://sumadewiblog.wordpress.com/tekanan/tekanan-zat-padat/

Read More →