|
F = gaya yang bekerja pada benda ( N )
A = luas bidang tekan (m2)
Tekanan Pada Zat Cair
Tekanan pada zat cair adalah tekanan yang diakibatkan oleh zat cair dalam keadaan diam disebut tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri.
Secara matematis tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai berikut :
Ph=hρg (2.2)
Keterangan:
Ph = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis zat cair ( kg/m3)
g= gravitasi (m/s2)
h = kedalaman
Hukum Pascal
Blaise Pascal menyatakan bahwa gaya yang bekerja pada suatu zat cair dalam ruangan tetutup, tekanannya diteruskan oleh zat cair itu ke segala arah sama besar inilah yang disebut dengan hukum Pascal.
Secara matematis hukum Pascal dituliskan:
F_1/A_1 =F_2/A_2 ……………………………………………………………………………..(2.3)
Keterangan :
F1 = gaya yang bekerja pada penghisap I
F2 = gaya yang bekerja pada penghisap II
A1 = luas penampang penghisap I
A2 = luas penampang penghisap II
Tekanan 1 Pascal (Pa) adalah gaya 1 Newton yang bekerja pada bidang seluas 1 m2 atau 1 Pa = 1 N⁄m^2 . Dengan mengunakan alat dan prinsip Pascal, kita dapat mengangkat beban hanya menggunakn gaya yang kecil (Kanginan, 2006).
Contoh-contoh alat-alat yang bekerja berdasarkan hukum Pascal.
Dongkrak hidrolik
Jika suatu ketika ban mobilmu kempis, maka kamu bisa mengganti ban tersebut dengan menggunakan alat bantu dongkrak hidrolik, dengan cara memasangkan dongkrak dekat ban yang akan diganti dan menggerakkan pengungkitnya, sehingga mobil terangkat. Cara kerja dongkrak saat ditekan adalah penghisap kecil menekan cairan yang ada dalam reservoir. Tekanan yang ditimbulkan cairan selanjutnya mengangkat penghisap besar
Jembatan angkat
Dengan prinsip Pascal, ketika mencuci/memperbaiki bagian bawa mobil kita mengalami kesulitan karena bisa diangkat sampai ketinggian tertentu sehingga bisa diperbaiki atau dicuci tanpa harus merangkak-rangkak di bawah mobil. Cara kerja jembatan angkat adalah udara bertekanan tinggi dimampatkan di atas permukaan minyak udara yang mampat ini meneruskan tekanan ke bawah penghisap yang mengangkat mobil. Dengan cara demikian, mobil dengan berat 1 – 2 ton dapat diangkat dengan mudah.
Kempa hidrolik
Kempa hidrolik digunakan untuk mengempa kertas/kapas, meremas air buah-buahan atau minyak dari biji-bijian, membuat lubang dalam lempengan baja, dan membuat logam timbul.
Perangkat lain yang cara kerjanya menggunakan hukum Pascal misalnya pompa ban mobil, kursi dokter gigi, elevator hidrolik (pesawat untuk menaikan barang atau orang dan rem hidrolik pada mobil).
Hukum Archimedes
Berat setiap benda yang dicelupkan ke dalam zat cair berkurang karena memperoleh gaya tekanan dari atas. Gaya tekanan dari atas oleh zat cair adalah gaya yang diberikan zat cair terhadap benda yang dicelupkan ke dalam zat cair sehingga menyebabkan berat benda tersebut kerkurang. Bunyi hukum Archimedes adalah suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair, atau seluruhnya, akan mendapat gaya tekan dari atas yang besarnya sama dengan besar zat cair yang dipindahkan (didesak) oleh benda tersebut. Secara matematis hukum Archimedes dapat ditulis:
FA=Vρg (2.4)
Keterangan :
FA = gaya tekan ke atas (Newton)
V = volume zat cair yang didesak
vulome benda yang tercelup (m3)
ρ = massa jenis zat cair ( kg/m3)
g= konstanta gravitasi (m/s2)
Contoh Pengunaan Prinsip Archimedes
Kapal laut
Mengapa kapal yang terbuat dari kayu bahkan dari baja yang sangat berat bisa terapung di laut? hal ini terjadi karena kapal dari kayu atau baja tersebut dibuat berrongga sehingga kapal bermassa jenis lebih kecil daripada massa jenis air laut. Semakin besar volume kapal, semakin banyak zat cair yang dipindahkan. Akibatnya semakin besar gaya angkat yang dialami kapal.
Galanggan kapal
Galangga kapal digunakan untuk mengangkat kapal ke atas permukaan air ketika kapal itu diperbaiki.
Hidrometer
Hidrometer digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Jika hidrometer di masukkan ke dalam zat cair, maka hidrometer akan terapung dengan ketinggian sesuai dengan massa jenis zat cair tesebut. Skala hidrometer menunjukkan angka pengukuran massa jenis zat cair.
Balon udara
Balon udar berisi gas yang massa jenis lebih kecil daripada massa jenis udara misalnya hidrogen. Balon udar juga bekerja atas dasar hukum Archimedes, yaitu udara mempunyai gaya tekan ke atas. Ketika balon yang sangat besar dan melebihi seluruh berat balon (gaya ke atas lebih besar daripada gaya berat balon), akibatnya balon naik ke atas.
Kapal selam
Kapal selam dapat mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dilakukan dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam kapal.
Jembatan ponton
Jembatan ini terbuat dari drum-drum kosong yang dirakit dan di atasnya dipasang papan-papan. Jembatan ini terapung di atas air.
Tenggelam, Melayang dan Terapung
Tengelam
Mengapa kapal bisa tengelam? alasannya tentu beraneka ragam bisa karena tabrakan antar kapal, kapal menabrak batu karang, karena sebab lain. Namun, yang jelas kapal besar yang bervolume besar mengalami ketidakseimbangan karena kelebihan muatan pada badan kapal, baik muatan barang, atau muatan air, yang telah masuk ke dalam kapal akibat terjadi kebocoran pada kapal sehingga air masuk ke dalamnya. Hal tersebut menunjukan bahwa massa jenis air laut massa jenis kapal bertambah sedangkan volume kapal tetap, daya serap air ke atas juga tetap, sedangkan gaya berat kapal menjadi lebih besar dari pada gaya tekan ke atas. Jadi, suatu benda bisa tenggelam dalam zat cair apabila massa jenis benda tersebut lebih besar daripada massa jenis zat cair.
Melayang
Ketika kamu melihat seorang penyelam, dia terlihat melayang-layang di dalam laut karena mengambang di atas dasar laut. Ini terjadi karena gaya berat penyelam sama dengan desak ke atas dari air laut, atau sampah plastik yang terapung di sungai. Sampah dalam kedudukan tersebut dikatakan melayang karena massa jenis sampah sama dengan massa jenis air sungai. Jadi, suatu benda melayang dalam zat cair apabila massa jenis benda tersebut sama dengan massa jenis zat cair.
Terapung
Contoh dari benda yang terapung adalah pelampung. Pelampung akan terus terapung karena pelampung tersebut berisi udara sehingga massa jenis pelampung lebih kecil daripada massa jenis kolam. Jadi, sebuah benda akan terapung dalam suatu zat cair apabila massa jenis tersebut lebih kecil daripada massa jenis zat cair (Kanginan, 2006).
| 