TEKANAN 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.

Hukum Pascal dapat dirumuskan secara matematik sebagai berikut.

P1 = Tekanan pada penampang 1 (Pascal)
P2 = Tekanan pada penampang 2 (Pascal)
F1 = Gaya yang terjadi pada penampang 1 (N)
F2 = Gaya yang terjadi pada penampang 2 (N)
A1 = Luas penampang 1 (m2)
A2 = Luas penampang 2 (m2)

Satuan gaya F1 maupun F2 harus sama, demikian juga satuan A1 dan A2. Untuk memudahkan ubahlah semua satuan ke dalam Sistem Internasional.

Perhatikan video berikut ini agar kalian lebih dapat memahami materi ini

dan kerjakan LKPD TEKANAN ZAT CAIR berikut.

Hukum Pascal dapat juga terjadi pada aliran darah pada tubuh kita. Aliran darah pada tubuh kita berada dalam suatu ruang tertutup yakni di dalam ruang tertutup. Darah mengalir melalui suatu pembuluh darah. Jika orang yang sehat (normal), pembuluh darah orang yang sehat bersih tanpa ada penghambat. Sehingga orang yang normal aliran tekanan darahnya pun stabil.

Tetapi jika orang yang misalnya terkena penyakit tekanan darah tinggi karena kelebihan kolesterol makan pembuluh darahnya akan lebih menyempit. Sehingga jantung akan bekerja lebih keras dalam memompa lebih keras yang bahkan dapat menyebabkan pecahnya pembuluh darah. Penyebab lain tekanan darah tinggi yang dapat menyempitkan pembuluh darah adalah faktor keturunan, stres, usia, kebiasan merokok, dan minuman beralkohol.

1. Hukum Pascal

Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam suatu ruang (wadah) tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar (sama kuat)

Penerapan hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari.

Prinsip pascal dimanfaatkan oleh banyak alat teknik yang sering kita temui. Tiga diantaranya adalah dongkrak hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, dan rem hidrolik.

1. dongkrak hidrolik

Adapun cara kerja dongkrak hidrolik tersebut adalah sebagai berikut. Ketika sebuah gaya F1 diberikan melalui tuas dongkrak untuk menekan penghisap kecil A1, tekanan ini akan diteruskan oleh minyak ke segala arah. Oleh karena dinding bejana terbuat dari bahan yang kuat, gaya ini tidak cukup untuk mengubah bentuk bejana. Satu-satunya jalan, tekanan ini diteruskan oleh minyak ke penghisap besar A2.

Tekanan pada penghisap kecil A1 dapat dituliskan:

Tekanan ini sama dengan tekanan yang diterima pengisap besar A2. (Ingat Hukum Pascal)

Keterangan:

F1 = gaya pada penghisap kecil (N)

F2 = gaya pada penghisap besar (N)

A1 = luas penampang pengisap kecil (m2)

A2 = luas penampang pengisap besar (m2)

Contoh

Sebuah dongkrak hidrolik dengan luas pengisap kecil A1 = 10 cm2 dan luas pengisap besar 60 cm2 digunakan untuk mengangkat beban 6.000 N. Berapa gaya tekan yang harus diberikan pada pengisap kecil supaya beban tersebut terangkat?

Jawab:

A1 = 10 cm2 = 10-3 m2

A2 = 60 cm2 = 6 × 10-3 m2

F2 = 6000 N

Jadi, diperlukan gaya 1.000 N untuk mengangkat beban seberat 6.000 N.

2. Rem Hidrolik

Tak terbayangkan jika sistem rem pada mobil tidak menggunakan Hukum Pascal. Pengendara  mobil akan memerlukan tenaga besar untuk menghentikan laju mobilnya. Akan tetapi, dengan menerapkan Hukum Pascal pada sistem rem mobil, pengemudi hanya perlu memberikan gaya kecil untuk mengurangi laju kendaraannya. Gaya ini berupa injakan kaki pada pedal rem.

Gambar diatas menunjukkan skema sistem rem pada mobil. Gaya diberikan pengemudi pada pedal rem. Gaya ini diteruskan oleh minyak melalui pipa sehingga memberikan gaya yang lebih besar pada rem yang terdapat di ban mobil. Dengan demikian, laju mobil dapat dikurangi.

c. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Gambar diatas memperlihatkan sebuah mesin hidrolik pengangkat mobil yang digunakan di tempat pencucian mobil. Secara umum, cara kerja mesin hidrolik tersebut sama dengan dongkrak hidrolik.

Jika zat cair yang sejenis (misalnya air) dimasukkan dalam bejana berhubungan yang memiliki empat tabung kaca yang berbeda bentuknya tampak bahwa permukaan air dalam keempat tabung tetap mendatar dan sama tinggi. Perhatikan Gambar 8.10!

Sekarang, bagaimana kalau dua jenis cairan dimasukkan ke dalam bejana berhubungan?

Jika dalam bejana berhubungan terdapat dua jenis cairan yang berbeda (misal: minyak goreng dan air), tinggi permukaan kedua zat tersebut dalam bejana berhubungan tidak akan sama. Hal ini disebabkan oleh massa jenis kedua zat cair tersebut tidak sama.

Pada gambar terlihat bahwa tinggi permukaan air dan minyak goreng tidak sama. Titik P adalah titik khayal yang terletak di perbatasan antara minyak goreng dan air. Titik Q adalah titik khayal pada air di ujung bejana lain. Tinggi titik P dan Q sama jika diukur dari dasar bejana. Di titik P dan Q, tekanannya adalah sama. Dengan demikian, dapat dituliskan sebagai berikut.

Karena harga g sama, maka:

ρ1 × h1 = ρ2 × h2

Keterangan:

ρ1 = massa jenis zat cair 1

ρ2 = massa jenis zat cair 2

h1 = tinggi permukaan zat cair 1

h2 = tinggi permukaan zat cair 2

Contoh

Pada sebuah pipa U, terdapat air (massa jenis = 1.000 kg/m3). Kemudian dimasukkan zat cair lain hingga mengisi 10 cm bagian kiri pipa. Jika diketahui beda ketinggian permukaan zat cair adalah 1 cm, hitunglah massa jenis zat cair tersebut.

Jadi, massa jenis zat cair tersebut adalah 900 kg/m3.

Berikut, mari kita pelajari aplikasi bejana berhubungan dalam kehidupan sehari-hari!

a. Tukang Bangunan

Tukang bangunan menggunakan konsep bejana berhubungan untuk membuat titik yang sama tingginya. Kedua titik yang sama ketinggiannya ini digunakan untuk membuat garis lurus yang datar. Biasanya, garis ini digunakan sebagai patokan untuk memasang ubin supaya permukaan ubin menjadi rata dan memasang jendela-jendela supaya antara jendela satu dan jendela lainnya sejajar. Tukang bangunan menggunakan slang kecil yang diisi air dan kedua ujungnya diarahkan ke atas. Akan dihasilkan dua permukaan air, yaitu permukaan air kedua ujung slang. Kemudian, seutas benang dibentangkan menghubungkan dua permukaan air pada kedua ujung slang. Dengan cara ini, tukang bangunan akan memperoleh permukaan datar.

b. Teko Air

Perhatikan teko air di rumahmu. Teko tersebut merupakan sebuah bejana berhubungan. Teko air yang baik harus mempunyai mulut yang lebih tinggi daripada tabung tempat menyimpan air. Mengapa demikian?

c. Tempat Penampungan Air

Biasanya, setiap rumah mempunyai tempat penampungan air. Tempat penampungan air ini ditempatkan di tempat tinggi misalnya atap rumah. Jika diamati, wadah air yang cukup besar dihubungkan dengan kran tempat keluarnya air menggunakan pipa-pipa. Jika bentuk bejana berhubungan pada penjelasan sebelumnya membentuk huruf U, bejana pada penampungan air ini tidak berbentuk demikian. Hal ini sengaja dirancang demikian karena sistem ini bertujuan untuk mengalirkan air ke tempat yang lebih rendah dengan kekuatan pancaran yang cukup besar

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

SUMBER : https://www.terasfisika.com/2012/12/tekanan-zat-cair.html