Tekanan pada zat serta hukumnyaRating: 2.5/5(4 votes cast)dibaca
14,612 kali 25 Komentarditulis oleh :sangdedi, pada tanggal 24 June
2010 Definisi TekananTekanan merupakan suatu ukuran yang terdiri
dari besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda untuk setiap satu
satuan luas permukaan bidang tekan. Tekanan dapat dinotasikan
sebagai simbolp(pressure)dan memiliki satuan SI Nnr2. Satuan
tekanan yang lain adalah pascal (Pa) dan bar.1 Nnr-2=1 PaTekanan
pada Zat Padattekanan pada suatu zat padat dapat dinyatakan sebagai
gaya per satuan luas penampang. Secara matematis, tekanan dapat
dinyatakan sebagai berikut.dengan: p = f/ap =tekanan (N/m2)F = gaya
(N)A = luas bidang tekan (m2)Contoh soalSebuah truk mempunyaii
delapan roda berisi 2,5 ton muatan dan akan melintasi jembatan.
luas permukaan bidang sentuh roda dengan permukaan jalan seluruhnya
adalah 400 cm2. Berapakah tekanan yang dialami setiap
ban?Penyelesaian:Diketahui: m = 2,5 ton = 2500 kgA = 400 cm2= 4 x
102m2g = 10 m/s2Ditanyakan: p =.?p = f/a =m.g/A=2500100,04= 625.000
N/m2Tekanan seluruh ban adalah 625.000 N/m2atau 625.000 Pa. Dengan
demikian, tekanan untuk setiap ban adalah: I/8 x p = 1/8 x 625000 =
78.125 Pa.Tekanan pada Zat CairTekanan 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.hdengan:ph= tekanan hidrostatis
zat cair (N/m2)p= massa jenis (kg/m3)g= percepatan gravitasi
(m/s2)h =kedalaman dari permukaan (m)Contoh SoalSeorang anak
menyelam di kedalaman 100 m di bawah permukaan air. Jika massa
jenis air adalah 1.000 kg/m3dan percepatan gravitasi adalah 9,8
m/s2maka berapakah tekanan hidrostatis yang dialami anak
tersebut?Penyelesaian:Diketahui: h = 100 mp = 1000 k g/m3g = 9,8
m/s2Ditanyakan: ph-.?Jawab: ph= p . g . h= 1000 . 9,8 . 100= 9,8 x
105N/m2Tekanan pada Zat GasGas-gas yang ada di dalam ruangan yang
tertutup akan mengeluarkan udar dan menekan ke segala arah dengan
sama besar. Tekanan gas pada ruang tertutup bisa diukur dengan
menggunakan 2 alat yang berbeda yang masing-masing namanya
sepertimanometer terbukadanmanometertertutup.Tekanan gas dalam
ruang terbuka dapat diukur dengan menggunakanbarometer.Manomemeter
terbuka ini terdiri dari tabung pipa kapiler yang bentuknya seperti
huruf U yang terhubung dengan tabung gas. Besar tekanan udara yang
terbaca pada suatu sisi pipa yang terbuka sama dengan tekanan gas
dalam suatu tabung. Perhatikan diagram manometer terbuka berikut
ini.Hukum PascalHukum Pascal adalah hukum yang menerangkan tentang
suatu sifat tekanan pada zat cair. Hukum Pascal menyatakan
bahwa:Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup
akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.dengan:F1= gaya
pada penampang A1(N)F2= gaya pada penampang A2(N)A1= luas penampang
1 (m2)A2= luas penampang 2 (m2)Peralatan yang menggunakan prinsip
hukum Pascal, antara lain seperti rem hidrolik, pompa hidrolik, dan
dongkrakhidrolik.Contoh SoalSebuah beban akan diangkat dengan
menggunakan dongkrak hidrolik. Massa beban 64 ton diletakkan di
atas penampang A seluas 0,5 m2. Berapakah gaya yang harus
diberikanpada penampang B (luasnya 11/88 kali penampang A) agar
beban dapat terangkat?Penyelesaian:Diketahui: A1= 0,5 m2A2= 1/8 A1g
= 10 m/s2Fi = w = m . g = 64000 kg x 10 = 640.000 N Ditanyakan: F2=
.?Jawab: f1/f2= f2/A2640000/A1= F2/1/8 A1F2= 1/8x 640000 =
80.000NHukum Bejana BerhubunganDalam suatu Hukum bejana berhubungan
menyatakan bahwa:apabila bejana berhubungan diisi dengan zat cair
yang sama, maka pada keadaan kesetimbangan permukaan zat cair dalam
bejana berada dalam satu bidang datar.Hukum ini tidak berlaku pada
suatu bejana yang berisi kan cairan tak sejenis dan pipa kapiler.
Secara matematis, hukum bejana berhubungan dirumuskan sebagai
berikut.P, = P2P1.g.h1=p2.g.h2dengan:p1= tekanan zat cair 1 (Nnr2)
p2= massa jenis zat cair 2 (kgnr3)p2= tekanan zat cair 2 (Nnr2) h1=
tinggi permukaan zat cair 1 (m)P1= massa jenis zat cair 1 (kgnr3)
h2= tinggi permukaan zat cair 2 (m)Contoh SoalKe dalam kaki 1 pipa
U dimasukkan cairan setinggi 32 cm dan ke dalam kaki 2 dimasukkan
raksa dengan massa jenis 13,6 gr/cm3. Ketinggian bidang batas
adalah 1,4 cm. Berapakah massa jenis cairan
tersebut?Penyelesaian:Diketahui:32 cmh2= 1,4 cmp2=13,6
gr/cm3Ditanyakan:p1=.? Jawab: pt. g . h1= p2g.h2p1.10. 32 = 13,6 .
10 .1,4 pl= 0,595 gr/cm3Hukum ArchimedesHukum Archimedes hanya
berlaku pada zat yang dinamakanfluida.Zat yang termasuk dalam
fluida adalah zat cair dan gas.Benda yang dicelupkan sebagian atau
seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang
besarnya itu sebanding dengan berat zat cair yang dipindahkan.Dalam
hukum Archimedes ternyata bisa diterapkan dalam kehidupan
sehari-hari kita antara lain sebagai berikut.1.Hidrometer,yaitu
alat untuk mengukur massa jenis relatif zat cair terhadap
air.2.Jembatan ponton,yakni jembatan yang menggunakan drum-drum
kosong berisi udara.3. Kapal laut dan kapal seiam.4.Galangan
kapal,yakni alat untuk mengangkat kapal laut ke permukaan air.5.
Balon udara.
Tekanan Benda Padat
Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja per satuan luas
permukaan tempat gaya itu bekerja.Rumus Tekanan:
P = F/A
Segitiga rumus tekanan
DenganF= gaya (N),A= luas bidang sentuh (m2), danp= tekanan
(pascal, disingkat Pa)
Dalam satuan SI, satuan tekanan adalah pascal (disingkat Pa).,
sehingga dari persamaan(1)diperoleh hubungan satuan:1 Pa =1 N/1
M2atau 1 Pa = 1 N/M2
Jadi dengan demikiansatu pascal( 1 Pa) adalah tekanan yang
dilakukan oleh gaya satu newton pada luas permukaan satu meter
persegi.
Contoh 1.Seorang pria dengan massa 80 kg menggunakan sepatu
dengan ukuran alas sepatu tertentu. Ketika pria itu melangkah pada
lantai dan seluruh berat badannya ditumpu oleh salah satu
sepatunya, ia memberikan tekanan 40 kPa pada lantai. Hitunglah luas
alas sepatu pria itu!
Penyelesaian:Diketahui:m= 80 kg p= 40 kPa = 40.000 Pag= 10
N/kg
Ditanya: luas alas sepatu (A)= .....?
Jawab:Gaya berat pria ini F = m x g = (80 kg) x (10N/kg) = 800
NA = F/P(lihat segitiga rumus tekanan) =800/40.000 =0,02 m2Berikut
ini beberapa contoh tekanan pada zat padat:
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.
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.
Memahami pemuaian zat padat, zat cair, dan gas serta
pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hariNama : Abraham
ImmanuelNPM : 19511498Kelas : 1PA08Jurusn : Psikologi
Indikator
1. Menjelaskan konsep pemuaian pada zat padat2. Menjelaskan
konsep pemuaian zat cair3. Menjelaskan konsep pemuaian gas4.
Menggunakan persamaan muai panjang untuk menyelesaikan persoalan5.
Memberikan contoh pemanfaatan pemuaian dalam kehidupan
sehari-hari
Pemuaian Zat
Pemuaian adalah bertambahnya volume suatu zat akibat
meningkatnya suhu zat. Semua zat umumnya akan memuai jika
dipanaskan.
Pemuaian zat padat, zat cair, dan gas menunjukkan karakteristik
yang berbeda. Pemuaian dapat digambarkan sebagai berikut, jika
sekelompok orang berdiri dan tidak bergerak mereka dapat berdiri
berdekatan, sehingga tidak membutuhkan ruang yang besar, tetapi
jika orang-orang tersebut mulai bergerak, maka akan dibutuhkan
ruang yang lebih besar.
Hal ini terjadi jika suatu zat dipanaskan. Partikel-partikel zat
bergerak lebih cepat, sehingga membutuhkan ruang yang lebih besar.
Ruang yang ditempati partikel-partikel pembentuk zat bergantung
pada suhunya.
- Pemuaian Zat Padat
A. Muai Panjang
Pemuaian zat terjadi ke segala arah, sehingga panjang, luas, dan
ukuran volume zat akan bertambah. Untuk zat padat yang bentuknya
memanjang dan berdiameter kecil, sehingga panjang benda jauh lebih
besar daripada diameter benda seperti kawat, pertambahan luas dan
volume akibat pemuaian dapat diabaikan. Dengan demikian, hanya
pertambahan ukuran panjang yang diperhatikan. Pemuaian yang hanya
berpengaruh secara nyata pada pertambahan panjang zat disebut muai
panjang. Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki muai
panjang zat padat adalah Musschenbroek.Alat ini mengukur muai
panjang zat berbentuk batang. Salah satu ujung batang ditempatkan
pada posisi tetap, sehingga ujung yang lain dapat bergerak bebas,
ujung yang bebas akan mendorong sebuah jarum yang menunjuk ke skala
saat memuai. Besar pemuaian dapat dilihat dari skala yag ditunjuk
jarum. Makin besar pemuaian, maka makin besar perputaran jarum pada
skala.
Pertambahan panjang suatu zat secara fisis:
1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu
3. Bergantung dari jenis zat
Pemuaian yang terjadi pada zat padat dapat berupa muai panjang,
muai luas, atau muai volume. Pemuaian juga bergantung dari jenis
bahannya (zat). Koefisien muai panjang aluminium jauh lebih besar
daripada tembaga maupun besi sehingga pertambahan panjang yang
terbesar terjadi pada aluminium (Al), tembaga (Cu), kemudian besi
(Fe).
B. Muai Luas
Pada logam yang berbentuk lempengan tipis (berupa segiempat,
segitiga, atau lingkaran), ukuran volume dapat diabaikan. Ketika
lempengan tersebut mendapat pemanasan, maka dapat diamati hanya
pemuaian luasnya saja. Dengan kata lain, zat padat tersebut
mengalami muai luas.
Muai luas dapat diamati pada kaca jendela, pada saat suhu udara
panas, dan suhu kaca menjadi naik sehingga terjadi pemuaian, maka
kaca memuai lebih besar daripada pemuaian bingkainya, akibatnya
kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai. Benda yang
mengalami muai luas akan menjadi lebih besar daripada semula.
Pemuaian yang terjadi pada sebuah benda padat jika ketebalannya
jauh lebih kecil dibandingkan panjang dan lebarnya, maka yang
terjadi adalah muai luas.
Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:
1. Berbanding lurus dengan luas mula-mula2. Berbanding lurus
dengan perubahan suhu 3. Bergantung dari jenis zat
C. Muai Volume
Jika benda yang kita panaskan berbentuk balok, kubus, atau
berbentuk benda pejal lainnya, muai volumlah yang harus kita
perhatikan (paling dominan).
Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis:1.
Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat2. Berbanding lurus
dengan perubahan suhu zat3. Bergantung dari jenis bahan
- Pemuaian Zat Cair
Pada zat cair hanya dikenal ukuran volume, karena itu pada zat
cair hanya dikenal muai volume.
Makin tinggi kenaikan suhu, makin besar penambahan volume zat
cair. Pemuaian zat cair yang satu dengan yang lain umumnya berbeda,
meskipun volume zat cair mula-mula sama. Untuk seluruh zat cair
pemuaian makin besar jika kenaikan suhu bertambah besar.
Pemuaian zat cair dapat dimanfaatkan dalam penggunaan termometer
zat cair, biasanya zat cair yang digunakan adalah raksa atau
alkohol. Sifat naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler
sebagai akibat pemuaian zat cair inilah yang digunakan untuk
mengukur suhu. Permukaan zat cair naik sepanjang pipa kapiler dan
berhenti pada posisi tertentu yang sesuai dengan suhu benda. Suhu
yang terukur dinyatakan oleh skala yang berimpit dengan permukaan
zat cair pada pipa kapiler tersebut.
Pemuaian yang terjadi pada zat cair adalah muai volume. Air yang
keluar dari bejana merupakan indikasi perbedaan pemuaian yang
berbeda antara zat padat dan zat cair. Air yang tertumpah dari
bejana menandakan pemuaian zat cair yang lebih besar dari muai zat
padat, dalam hal ini adalah bejananya.
Prinsip kerja termometer zat cair menggunakan prinsip dasar
pemuaian zat cair. Naiknya permukaan raksa mengindikasikan adanya
pemuaian, semakin besar panas yang diterima semakin besar pula
tingkat kenaikan raksa.
Selain termometer zat cair terdapat termometer lain yaitu
termometer digital. Keuntungan dari termometer digital adalah hasil
pengukuran lebih akurat dan langsung dapat dilihat, tetapi
termometer digital memiliki kekurangan yaitu memerlukan baterai
sebagai sumber energi.
Anomali Air
Hampir semua zat akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika
didinginkan. Tetapi, air memiliki sedikit pengecualian. Jika suhu
diturunkan, memang volume air akan makin kecil seperli lainnya.
Namun pada suatu ketika volume air justru membesar meskipun suhunya
tetap diturunkan. Jadi ada suhu dimana air memiliki volume paling
kecil. Jika pada suhu tersebut airdipanaskan, volumenya akan
bertambah besar, jika pada suhu tersebut air didinginkan, volumenya
akan membesar.
Sifat air yang demikian disebut anomali air. Pada tekanan 1 atm,
volume terkecil yang dimiliki air pada suhu 4C . Dengan demikian,
volume es lebih besar daripada volume air pada suhu 4C . Karena
volumenya paling kecil maka,massajenis yang terbesar terjadi saat
suhu 4C.
Ketika danau di daerah yang bersuhu dingin membeku, es yang
terbentuk akan mengapung di atas permukaan air. Hal ini terjadi
karenamassajenis es lebih kecil daripada air yang bersuhu 1C sampai
4C. Itulah sebabnya permukaan danau sudah menjadi es, namun di
dasarnya masih menjadi air. Begitu juga bila kita membuat es batu
dengan menggunakan pendingin (refrigerator) , volume air sebelum
menjadi es akan jauh lebih kecil dibandingkan setelah seluruh air
telah berubah menjadi es.
-Pemuaian Gas
Gas mengalami pemuaian ketika suhunya bertambah dan mengalami
penyusutan jika suhunya turun. Pada gas tidak dikenal muai panjang
dan muai luas, yang ada hanyalah muai volume gas. Dari penelitian
yang dilakukan menunjukkan bahwa koefisien muai volume semua gas
sama yaitu : 0,00367 /K.
Penerapan Sifat Pemuaian Zat
Zat-zat tertentu mempunyai koefisien muai yang besar, akibatnya,
benda yang terbuat dari zat tersebut akan bertambah ukurannya
secara mencolok saat udara panas atau suhu benda tinggi, sebaliknya
benda tersebut akan menyusut jika udara dingin. Efek pemuaian zat
harus diperhitungkan pada konstruksi jembatan, bangunan, atau
peralatan rumahtangga lainnya. Berikut ini adalah beberapa manfaat
pemuaian.
Pengelingan
Pengelingan adalah penyambungan dua plat logam dengan
menggunakan paku keling. Kedua plat yang akan disambung. Paku
keling yang sudah dipanaskan hingga membara kemudian digunakan
untuk menyambung, setelah itu dipukul hingga rata. Pada saat dingin
kembali, paku menyusut dan kedua plat dapat tersambung erat.
Keping Bimetal
Bimetal artinya dua buah logam. Keping bimetal adalah dua keping
logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda (biasanya
kuningan dan besi) yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal
sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang kedua
logam sama, jika suhunya naik, kedua logam memuai dengan
pertambahan panjang yang berbeda, akibatnya keping bimetal
membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien terkecil.
Pembengkokan bimetaldapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan
misalnya saklar alarm bimetal, atau termometer bimetal.
Pada gedung-gedung keping bimetal digunakan sebagai saklar alarm
kebakaran. Jika terjadi kebakaran, suhu ruangan akan naik, keping
bimetal akan melengkung dan menghubungkan rangkaian listrik
sehingga alarm kebakaran berbunyi.
Pemasangan Jaringan Listrik atau Telepon
Kabel listrik atau telepon harus dipasang kendur dari satu tiang
ke tiang yang lain. Jika suhu turun pada malam hari atau saat hari
dingin, kawat akan menyusut sehingga panjangnya akan berkurang.
Jika tidak dipasang kendur, penyusutan panjang dapat menyebabkan
kabel putus.
Kontruksi Jembatan
Jembatan seringkali dibuat dari kerangka besi. Rangka jembatan
yang terbuat dari besi akan memuai jika suhunya naik, antara ujung
rangka jembatan dengan tiang beton diberi celah pemuaian. Selain
itu ujung tersebut diletakkan di atas roda. Ketika terjadi
pemuaian, rangka bertambah panjang. Keberadaan roda dan celah
memudahkan gerak memanjang dan memendeknya rangka, sehingga
terhindar dari pembengkokan.
Sambungan Rel Kereta Api
Pemasangan rel kereta api harus menyediakan celah antara satu
batang rel dengan batang rel yang lain. Jika pada siang hari dan
suhu meningkat, batang rel akan memuai sehingga terjadi pertambahan
panjang, dengan adanya celah tidak terjadi tabrakan antara dua
batang rel yang berdekatan yang dapat menyebabkan rel kereta
menjadi bengkok.
Tekanan Pada Zat CairTekanan hidrostatis adalah tekanan pada zat
cair yang diam.Besarnya tekanan hidrostatis tergantung pada jenis
dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada bentuk wadahnya
(asalkan wadahnya terbuka).
Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan dengan :P = p g hP =
tekanan (Pa)p = massa jenis zat cair (kg/m3)g = perepatan gravitasi
bumi (m/s2)h = kedalaman (m)
Contoh :Suatu kolam yang dalamnya 2 meter diisi penuh air (pair
= 1000 kg/m3). Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2,
berapa tekanan hidrostatis suatu titik yang terletak 20 cm dari
dasar kolam?Penyelesaian :
Diketahui :p = 1000 kg/m3g = 10 m/s2h = (2 - 0,2) m = 1,8
mDitanya : P = ?
Jawab :P = p g h = 1000. 10. 1,8 = 18.000 Pa
Hukum PascalTekanan yang dikerjakan pada zat cair di dalam ruang
tertutup diteruskan secara merata ke segala arah sama besar.
F1/A1 = F2/A2Alat-alat yang bekerja berdasar hukum Pascal1.
Dongkrak hidrolik2. Jembatan angkat3. Kempa Hidrolik
Bejana BerhubunganZat cair selalu menyesuaikan bentuk seperti
wadah yang ditempatinya. Selain itu, zat cair yang selalu dalam
keadaaan tenang selalu memiliki permukaan yang mendatar/. Permukaan
zat cair juga tidak tergantung pada bentuk wadahnya.
Hukum Bejana berhubungan ini tidak berlaku jika- ada pipa
kapiler- tekanan bejana tidak sama- diisi zat cair yang tidak
sejenis
Jika bejana berhubungan yang berbentuk U, jika diisi dua zat
cair yang berbeda dapat digunakan untuk mencari massa jenis zat
cair.
Hukum Archimedes"Jika suatu benda dicelupkan sebagian atau
seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapatkan gaya ke atas yang
besarnya sama dengan berat zat cair yang didesak oleh benda
tersebut."