TEKANAN

10,008 views

Published on

Tekanan didefinisikan sebagai
besarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itu
bekerja. Tekanan merupakan besaran skalar karena tidak
memiliki arah tertentu.

  • Be the first to comment

TEKANAN

  1. 1. Bab 14 - Tekanan 177padaRuang terbukaRuang tertutupHukum BoyledipelajariTekanan pada zatpadatBab14Peta KonsepTekananKapal laut dapat terapung di atas lautan. Oleh karena itu,kapal laut dijadikan sebagai salah satu alat transportasi. Apayang menyebabkan kapal laut terapung di lautan? Teori apayang menjelaskan hal ini? Bagaimana kaitannya dengan teori-teori tentang IPA yang lainnya? Ayo temukan jawabannyadalam bab ini.Setelah mempelajari bab ini, diharapkan kamu dapatmendeskripsikanprinsiptekananpadazatpadat,cair,dangas,sertamenjelaskanprinsipHukumPascal,HukumArchimedes,Hukum Boyle, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.Gambar 14.1Kapal laut terapung dilautanSumber:image.google.comjenisnyaTekananTekanan pada zatcairTekanan pada zatgasBlaise PascalditemukandipelajariHukum PascalHukum ArchimedesBejana berhubunganterlihatpada
  2. 2. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII178P = —FAdengan: P = tekanan (N/m2atau Pascal)F = gaya (N)A = luas permukaan (m2)A. Tekanan pada Zat PadatTekanan pada zat padat merupakan ilustrasi yangnyata untuk dapat memahami pengertian tekanan. Jikakamu main atau berada di desa dan melihat hamparansawah yang luas, kamu akan melihat tanah-tanah lumpuryang lembek. Di sekitar tempat itu pula akan mudahdijumpai bebek-bebek dan ayam yang berkeliaran denganbebasnya. Sesekali bebek-bebek dan ayam-ayam itu berjalandalam kelompoknya di tanah, sesekali mereka berjalan dilumpur. Jika kamu amati lebih lanjut jejak bebek-bebek danayam-ayam itu pada lumpur, kamu akan melihat bahwakedalaman jejak antara kaki ayam dan kaki bebek yangmemiliki ukuran relatif sama, akan berbeda. Kedalamanjejak yang ditimbulkan menunjukkan adanya tekanan yangdiberikan oleh berat kedua hewan ini terhadap lumpur yangdiinjaknya. Lalu, mengapa kedalaman jejak kaki bebek danayam yang ukurannya relatif sama memiliki kedalamanyang berbeda? Untuk menjawab hal ini, coba kamu ingatdan perhatikan kembali permukaan kaki ayam dan kakibebek, lalu bandingkan. Permukaan kaki bebek memilikiselaput yang berfungsi untuk membantu bebek ketikaberenang, sedangkan kaki ayam tidak memiliki selaputtersebut. Jika kita bandingkan, maka dapat dikatakan bahwakaki bebek memiliki luas permukaan yang lebih besar darikaki ayam. Hal inilah yang menyebabkan kedalaman jejakitu berbeda.Selain tekanan, uraian di atas menyebutkan besaranlain, yaitu luas permukaan dan berat. Dari dua besaran inilahkita dapat membuat definisi tentang tekanan yang tentunyasesuai dengan ilustrasi di atas. Tekanan didefinisikan sebagaibesarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itubekerja. Tekanan merupakan besaran skalar karena tidakmemiliki arah tertentu. Tekanan dinotasikan dengan hurufP. Definisi tekanan ini dapat dirumuskan sebagai berikut:InfoTekanan adalah besarnyagaya per satuan luaspermukaan tempat gayaitu bekerja.Definisi ini pertama kali ditemukan oleh Blaise Pascal.Untuk menghargainya, satuan tekanan dalam sisteminternasional, yaitu N/m2disebut juga Pascal.
  3. 3. Bab 14 - Tekanan 179Contoh:Seorang anak yang sedang belajar berjalan memiliki berat100 N. Ia melangkah jingjit dengan luas ujung telapakkaki yang menekan permukaan tanah adalah 50 cm2.Berapakah tekanan yang dilakukan anak itu terhadaptanah?Penyelesaian:Diketahui: F = 100 NA = 50 cm2= 0,005 m2Ditanya: PJawab:P = — = ———— = 20.000 N/m2Jadi, tekanan yang diberikan oleh anak itu terhadap tanahadalah 20.000 Pa.FA1000,05Sebuah drum minyak tanah memiliki jari-jari alas 35 cm dan tinggi 100 cm. Jikamassa drum itu adalah 100 kg, hitunglah tekanan maksimum drum tersebutterhadap tanah! (percepatan gravitasi g = 10 N/kg)Menguji DiriDari rumusan tersebut, dapat diketahui bahwa:1) Makin besar gaya tekan yang diberikan, makin besartekanan yang dihasilkan.2) Makin kecil luas permukaan bidang tekan, makin besartekanan yang dihasilkan.B. Tekanan pada Zat CairJika kamu amati kondisi air di danau dan di sungai,kamu dapat melihat bahwa air di danau akan lebih tenangdibandingkan air di sungai. Mengapa demikian? Karenaair di danau itu diam, sedangkan air di sungai akan terusmengalir. Air mengalir akibat adanya perbedaan tekanansehingga dapat dikatakan bahwa air sungai memilikitekanan. Lalu, apakah air danau yang diam dapat dikatakantidak memiliki tekanan? Ternyata, tidak demikian. Airyang diam pun memiliki tekanan yang disebabkan olehzat cair yang berada pada kedalaman tertentu, disebut
  4. 4. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII180dengan tekanan hidrostatis. Besarnya tekanan hidrostatisbergantung pada ketinggian zat cair, massa jenis zat cair,dan percepatan zat cair.Untuk memahami hal ini, coba kamu perhatikan aliranair yang diberi tiga lubang bagian atas (A), tengah (B),dan bawah (C)! Pancaran air paling jauh ditunjukkan olehlubang bawah (C), lalu tengah (B), kemudian atas (A). Halini menunjukkan bahwa tekanan pada lubang bawah (C)lebih besar daripada tekanan pada lubang tengah (B) danlubang atas (A). (PC> PB> PA).Dari konsep ini, diperoleh rumus:Gambar 14.2Pancaran air dalamtabung yang diberi tigalubangP = ρghdengan: P = tekanan hidrostatis (N/m2atau Pa)ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)g = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/s2)h = tinggi zat cair di atas titik yang diukur (m)Bagi para penyelam, tekanan hidrostatis ini harusdiperhatikan agar mereka tidak mengalami kerusakan ketikamenyelam, terutama pada bagian telinga dan mata.Contoh:Sebuah bejana berbentuk tabung tingginya 100 cm diisipenuh oleh air. Tentukanlah tekanan zat cair pada:a. dasar tabungb. tengah-tengah tabungc. ketinggian 25 cm dari alas bejanaPenyelesaian:Diketahui: h = 100 cm = 1 m (tinggi bejana)g = 10 m/sρ = 1000 kg/m3Ditanya: a. P pada dasar bejanab. P pada tengah-tengah bejanac. P pada ketinggian 25 cm dari alas bejanaJawab:a. Tekanan di dasar bejana disebabkan oleh zat cairsetinggi bejana tersebut.P = ρgh = (1000 kg/m3)⋅(10 m/s)⋅(1 m) = 10.000 N/m2.Jadi, tekanan zat cair pada dasar bejana adalah10.000 N/m2.PikirkanlahMengapa ketika kitaberada di dalam airdengan kedalamantertentu, kitamerasakan seolah-olahada yang mendorongkita ke atas? Jelaskan!!ABC
  5. 5. Bab 14 - Tekanan 181b. Tekanan pada tengah-tengah bejana adalah tekananpada ketinggian 50 cm dari permukaan, berartitinggi zat cair yang mempengaruhi adalah 50 cm =0,5 m:P = ρgh = (1000 kg/m3)⋅(10 m/s)⋅(0,5 m) = 5.000 N/m2Jadi, tekanan zat cair pada tengah-tengah bejanaadalah 5.000 N/m2c. Tekanan pada ketinggian 25 cm dari alas bejana,berarti tinggi zat cair yang mempengaruhi adalah1 m – 0,25 m = 0,75 m.P=ρgh=(1000kg/m3)⋅(10m/s)⋅(0,75m)=7.500N/m2.Jadi, tekanan zat cair pada ketinggian 25 cm darialas bejana adalah 7.500 N/m2.1. Hukum PascalPerhatikan kembali contoh tabung yang dilubangi tadi!Jika kita menekan permukaan atasnya dengan kayu, apayang akan terjadi? Ya, air yang keluar dari lubang-lubangtadi akan makin deras. Untuk lebih memahami kondisi ini,ikutilah kegiatan berikut!Bagian berbentuk tabung pada sebuah botol tingginya 30 cm, diisi penuh olehair. Tentukanlah:a. tekanan pada dasar botolb. tekanan pada ketinggian 10 cm dari dasar botolMenguji DiriLakukan aktivitas berikut secara berkelompok.Tujuan:Mempelajari Hukum PascalAlat dan Bahan:Sebuah kantong plastik, air, dan jarumCara Kerja:1. Isikan air pada kantong plastik yang telah kamu sediakan.2. Buatlah beberapa lubang pada kantong plastik tersebut dengan menusukkanjarum secara perlahan.3. Peraslah ujung kantong plastik yang kamu pegang dan perhatikan lubang-lubang telah kamu buat.Aktivitas Siswa
  6. 6. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII182Gejala ini pertama kali diteliti oleh seorang ahli fisika,yaitu Blaise Pascal (1623-1662) hingga muncul hukum yangdisebut Hukum Pascal. Hukum Pascal berbunyi: “Apabilatekanan diberikan pada satu bagian zat cair dalam suatu ruangantertutup, akan diteruskan oleh zat cair ke segala arah dengan samabesar”. Penerapan Hukum Pascal dalam keseharian banyakdimanfaatkan, terutama dalam bidang otomotif, di antaranyapada dongkrak hidrolik dan rem piringan hidrolik.a. Dongkrak HidrolikDongkrak hidrolik adalah alat yang digunakan untukmengangkat mobil ketika mengganti ban mobil. Alat inimemanfaatkan dua buah silinder, yaitu silinder besar dansilinder kecil.Ketika dongkrak ditekan, minyak pada silinder kecilakan tertekan dan mengalir menuju silinder besar. Tekananpada silinder besar akan menimbulkan gaya sehingga dapatmengangkat benda/beban berat.Jika kamu menekan silinder kecil dengan gaya F1, makatekanan yang dikerjakan adalah:P1= ——F1A1P2= P1→ —— = ——F1A1F2A2Contoh:Sebuah dongkrak hidrolik memiliki dua silinder dengandiameter salah satu silinder berukuran 4 cm. Gaya yangdiberikan pada silinder itu adalah 100 N. Jika gaya angkatpada silinder yang lain adalah 400 N, hitunglah diameterdari silinder tersebut!Sesuai hukum Pascal, tekanan ini juga dialami olehsilinder besar sehingga berlaku:Sahabatku,IlmuwanBlaise Pascal(1623-1662) adalahahli filsafat, ahlimatematika,dan ahli fisikadari Prancis yangmerupakan salahsatu pemikir besardalam sejarahintelektual dinegara-negara barat.Ia dilahirkan diClermont-Ferrandpada 19 Juni 1623dan tinggal bersamakeluarganyadi Paris pada1629. Kontribusiilmiahnya yangterpenting adalahasal usul tentangHukum Pascal, yangmenyatakan bahwafluida atau zat cairmemberikan tekananyang sama ke segalaarah.a. Apakah air memancar dari semua lubang?b. Apakah pancaran air dari masing-masing lubang sama kuat?4. Buatlah kesimpulan dari kegiatan tadi!
  7. 7. Bab 14 - Tekanan 183Penyelesaian:Diketahui: diameter silinder kecil (d1) = 4 cm, makajari-jarinya(r1) = 2 cm, F1= 100 N, F2= 400 NDitanya: d2Jawab:—– = —– ⇔ —– = —— ⇔ r2= ——–r2= ——————— = 16 cm2= 4 cmJadi, diameter silinder yang lain pada dongkrak hidroliktersebut adalah 8 cm.b. Rem Piringan HidrolikPemanfaatan hukum Pascal juga diterapkan dalam rem(piringan) hidrolik. Rem ini menggunakan fluida minyak.Ketika kaki menginjak pedal rem, piston (pipa penghubung)akan menekan minyak yang ada di dalamnya. Tekananini diteruskan pada kedua piston keluaran yang berfungsimengatur rem. Rem ini akan menjepit piringan logam yangakibatnya dapat menimbulkan gesekan pada piringan yangmelawanarahgerakpiringansehinggaputaranrodaberhenti.Ketika piston pertama (A1) ditekan, maka permukaan pistonkedua (A2) akan naik. Dari keadaan ini, berdasarkan hukumpascal dapat diperoleh hubungan volume minyak yangdidesak sama dengan volume minyak yang naik. Jika volumeminyak yang didesak (V1) sama dengan A1h1dan volumeminyak yang naik (V2) sama dengan A2h2, maka:Sebuah dongkrak hidrolik mempunyai dua silinderdengan jari-jarinya berturut-turut sebesar 6 cm dan 30cm. Jika pada silinder kecil diberi beban 30 kg, makapiston pada silinder besar akan naik setinggi 15 cm.Tentukanlah penurunan yang terjadi pada permukaansilinder kecil pada piston tersebut!Menguji DiriGambar 14.3Rem hidrolikSumber:google.co.idF1A1A1A2F1A1πr12πr22F2r12F1400 N × (2)2100 N
  8. 8. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII184dengan: h1= tinggi fluida pada piston pertamah2= tinggi fluida pada piston keduaA1= luas penampang piston pertamaA2= luas penampang piston keduaV1= V2A1h1= A2h2——= ——A1A2h1h2Contoh:Sebuah pompa hidrolik menggunakan dua buah silinder,yaitu silinder input dan silinder output yang diameternyamasing-masing adalah 8 cm dan 24 cm.a. Jika pada silinder input diterapkan gaya sebesar 5N, berapakah gaya angkat pada silinder output?b. Jika silinder outputnya ditekan, silinder input naiksetinggi 12 cm. Hitunglah penurunan permukaanpada silinder output!Penyelesaian:Diketahui: Diameter silinder input (d1= 8 cm): F1= 5NDiametersilinderoutput(d2=24cm):h1=10cmDitanya : a. F2b. h2Jawab:a. Ingat bahwa d = 2r, jadi r1= 4 cm dan r2= 12 cm,maka:— = —– ⇒ —– = ——– ⇔ F2= —–—⇔ F2= —–—–—–—–⇔ F2= 45 NJadi, gaya angkat pada silinder output adalah 45 N.b. Menghitung penurunan permukaan pada silinderoutputh2= h1× —– ⇒ h2= —–—– = —–—–—–—–—–⇔ h2= —–—–= 1,11 cmJadi, piston pada silinder output turun sejauh 1,11 cm.F1F2A1A2F1r22r125N ⋅ (12 cm)2(4 cm)2F1F2πr12πr22A1A2h1r12r2210 cm ⋅ (4 cm)2(12 cm)210 cm39 cm2
  9. 9. Bab 14 - Tekanan 185dengan: Wsemu= berat benda dalam zat cair (Kg⋅m/s2)Wbenda= berat benda sebenarnya (Kg⋅m/s2)Fa= gaya apung (N)Wsemu= Wbenda– Fadengan: ρcair= massa jenis zat cair (kg/m3)Vb= volume benda yang tercelup (m3)g = percepatan gravitasi (m/s2)Fa= ρcairVbgSebuah pompa hidrolik memiliki dua buah silinderyang jari-jarinya berturut-turut adalah 3 cm dan 5 cm.Jika ujung pompa pada silinder kecil ditekan hinggapermukaan zat cairnya turun sejauh 50 cm, hitunglahkenaikan permukaan zat cair pada ujung silinder besardari pompa hidrolik tersebut!Menguji Diri2. Hukum ArchimedesPernahkah kamu berjalan di dalam air? Jika kamupernah berjalan atau berlari di dalam air, kamu tentunyaakan merasakan bahwa langkahmu lebih berat dibandingkanjika kamu melangkah di tempat biasa. Gejala ini disebabkanadanya tekanan dari zat cair. Ilmuwan pertama yangmengamati gejala ini adalah matematikawan berkebangsaanYunani bernama Archimedes (187-212 SM). Pengamatanini memunculkan sebuah hukum yang dikenal HukumArchimedes, yaitu: “Jika sebuah benda dicelupkan ke dalamzat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya yang disebutgaya apung sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”. Akibatadanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akanberkurang. Benda yang diangkat dalam zat cair akan terasalebih ringan dibandingkan diangkat di darat. Berat inidisebabkan berat semu dan dirumuskan sebagai berikut:a. Konsep Terapung, Melayang, dan TenggelamJika kamu memasukkan batu dan kertas secarabersamaan ke dalam seember air, apa yang terjadi? Ya, kamudan besarnya gaya apung dirumuskan sebagai berikut:Sahabatku,IlmuwanArchimedes (187-212 SM) adalahseorang penemudan ahli matematikaYunani yang handal.Ia menulis sesuatuyang penting bagiperkembangangeometri, aritmatika,dan mekanika.Archimedesdilahirkan diSyracuse, Sicily,dan belajar diAlexandria, Mesir.Dalam mekanika,Archimedesmenggambarkanprinsip pengungkitdan katrolcampuran. Selamatinggal di Mesir, iamenemukan pompahidrolik untukmengangkat airdari tempat yangrendah ke tempatyang lebih tinggi.Ia terkenal sebagaipenemu hukumhidrostatika atauyang sering disebutHukum Archimedes.Penemuan inidiperoleh olehArchimedes ketikaia mandi. Padasaat masuk ke bakrendamnya, iamerasakan bahwaair di bak tersebutmeluap.
  10. 10. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII186dengan: Vair= volume air yang dipindahkanm = massa benda di udarams= massa semu benda (di air)ρbenda= massa jenis bendaρair= massa jenis airρbenda= ——— = –—mVbendamVair(ingat hukum Archimedes,Vbenda= Vair)ρbenda= ———— × ρairmm – mskarena Vair= ——–—m – msρair2) Penerapan dalam bidang teknikPenerapan Hukum Archimedes dalam bidang teknikadalah sebagai berikut.a) Kran otomatis pada penampungan airJika di rumah kita menggunakan mesin pompa air,maka dapat kita lihat bahwa tangki penampungnya harusdiletakkan pada ketinggian tertentu. Tujuannya adalahagar diperoleh tekanan besar untuk mengalirkan air. Dalamtangki tersebut terdapat pelampung yang berfungsi sebagaiPikirkanlahCoba kamu tanyakankepada teman, guru,atau orang tuamutentang kran otomatispada penampunganair! Jelaskanlah carakerja kran otomatistersebut! Manfaat apayang kamu dapatkandengan adanya kranotomatis? Kemukakanpendapatmu!!akan melihat kertas di permukaan dan batu akan beradadi dasar ember. Peristiwa ini dapat dijelaskan oleh konsepmassa jenis benda yang telah dipelajari sebelumnya.Massajenisbendamenentukanbesarkecilnyagayaberatbenda. Sedangkan, massa jenis zat cair menentukan besarkecilnya gaya Archimedes (gaya apung) zat tersebut. Jikagaya berat suatu benda lebih besar dari gaya Archimedes,maka benda akan tenggelam. Tetapi, jika gaya Archimedesyang lebih besar, maka benda akan terapung, dan bendaakan melayang jika gaya berat benda sama dengan gayaarchimedes. Dengan kata lain, dapat disebutkan bahwa:1) Benda akan tenggelam jika ρbenda> ρzat cair2) Benda akan melayang jika ρbenda= ρzat cair3) Benda akan terapung jika ρbenda< ρzat cairb. Penerapan Hukum ArchimedesBerikut ini adalah beberapa contoh penerapan HukumArchimedes dalam kehidupan sehari-hari.1) Menentukan massa jenis benda
  11. 11. Bab 14 - Tekanan 187Contoh:Sebuah benda di udara memiliki berat sebesar 30 N.Benda tersebut dimasukkan ke dalam air dengan gayaArchimedes yang terjadi sebesar 10 N. Tentukanlah:a. volume bendab. berat benda di airPenyelesaian:Diketahui : Wbenda= 30 N ; Fa= 10 NDitanya : a. volume bendab. berat benda di airJawab:a. Fa= ρairVbgVb= ——— = ——————————— = 0,001m3Jadi, volume benda tersebut adalah 0,001 m3.b. Berat benda di air merupakan berat semu benda,jadi:Wsemu= Wbenda– Fa= 30 N – 10 N = 20 NJadi, berat benda di air adalah 20 N.Faρair⋅ g10 N(1.000 kg/m3)⋅ (10 m/s2)Gambar 14.4Kapal selam bekerjasesuai dengan HukumArchimedesSumber:google.co.idGambar 14.5HidrometerSumber:google.co.idkran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga iaakan bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Ketika airkosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkanair. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampungakan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis krantertutup.b) Kapal selamPada kapal selam terdapat tangki yang jika di darat iaterisi udara sehingga ia dapat mengapung di permukaanair. Ketika kapal dimasukkan ke dalam air, tangki ini akanterisi air sehingga kapal dapat menyelam.c) HidrometerHidrometer adalah alat yang digunakan untuk meng-ukur massa jenis zat cair. Alat ini berbentuk tabung yangberisi pemberat dan ruang udara sehingga akan terapungtegak dan stabil seketika. Hidrometer bekerja sesuai denganprinsip Archimedes.
  12. 12. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII188Jika kamu perhatikan, permukaan minyak danpermukaan air tidak mendatar dan kedua pemukaantersebut tidak sejajar. Permukaan minyak akan lebih tinggidaripada permukaan air karena adanya perbedaan massajenis zat cair dalam kedua pipa, yaitu massa jenis minyakyang lebih kecil daripada massa jenis air.Berdasarkan pengertian tekanan hidrostatis, makatekanan yang dilakukan zat cair yang sejenis pada kedalamanyang sama adalah sama besar. Dengan menerapkanpengertian tekanan hidrostatis dan membuat bidang batasGambar 14.7Permukaan zat cair padabejana berhubunganyang diisi oleh zat cairberbeda jenisairminyakairgaris batasGambar 14.6Permukaan zat cair padabejana berhubunganyang diisi oleh zat cairsejenisTujuan:Menyelidiki permukaan zat cair tak sejenis dalam bejanaberhubungan.Alat dan Bahan:Pipa berbentuk U, minyak, dan air.Cara Kerja:1. Simpan pipa U dalam posisi berdiri tegak. Isi pipa Utersebut dengan air, lalu biarkan sampai permukaanair dalam kedua pipa sama tinggi.2. Tuangkan minyak pada salah satu pipa. Amati apayang terjadi!3. Buatlah kesimpulanmu tentang pengamatan ini.Aktivitas SiswaSuatu benda yang memiliki massa jenis 6 g/cm3dimasukkan ke dalam 5 liter air. Jika massa semu bendaadalah 120 N, berapakah massa benda sebenarnya?(massa jenis air 1.000 kg/m3)Menguji Diri3. Bejana BerhubunganBejana berhubungan adalah suatu wadah atau bejanayang tidak memiliki sekat atau saling berhubungan. Jikabejana ini diisi zat cair yang sejenis, maka permukaanzat cair ini akan sama tinggi. Namun, jika zat cair yangdiisikan berbeda jenis, maka permukaannya tidak akansama tinggi.Untuk mengamati konsep ini, ikutilah kegiatanberikut.
  13. 13. Bab 14 - Tekanan 189Contoh:Ke dalam sebuah pipa U yang berisi air, dimasukkanalkohol pada salah satu lubang pipanya sepanjang 10cm. Hitunglah selisih ketinggian permukaan zat cairpada kedua pipa U tersebut! (ρ alkohol = 800 kg/m3:ρ air = 1.000 kg/m3)Penyelesaian :Diketahui : h1= 10 cmρ1= 800 kg/m3ρ2= 1.000 kg/m3Ditanya : h2Jawab:ρ1h1= ρ2h2h2= h1—–= 10 cm ———————= 8 cmJadi, selisih ketinggian zat cair pada kedua pipa U adalah8 cm.ρ1ρ2800 kg/m31000 kg/m3Sebuah pipa U berisi dua jenis zat cair yang berbeda, yaitu air pada satu sisi danraksa pada sisi lainnya. Perbedaan ketinggian kedua zat cair tersebut pada pipaU massa jenis air adalah 1.000 kg/m3dan massa jenia raksa adalah 13.600 kg/m3,berapakah ketinggian air dari garis batas?Menguji Diridengan: ρ1= massa jenis zat cair pertamaρ2= massa jenis zat cair keduah1= tinggi permukaan zat cair pertama di atasbatash2= tinggi permukaan zat cair kedua di atas batasP1= P2atau ρ1h1= ρ2h2antara zat cair yang berbeda jenis (lihat Gambar 14.7),diperoleh:
  14. 14. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII190Gambar 14.8BarometerSumber:google.co.idGambar 14.9Tekanan udara dipegunungan lebihrendah dibanding didaerah pantaiSumber:google.co.idC. Tekanan pada GasTekanan pada gas berbeda untuk ruangan terbukadan ruangan tertutup. Untuk lebih jelasnya, pelajari uraianberikut ini.1. Tekanan pada Gas dalam Ruang TerbukaTekanan pada gas dalam ruang terbuka lebih akrabdisebutdengantekananudarayangdidefinisikansebagaigayapersatuanluasyangbekerjapadasuatubidangolehgayaberatkolom udara yang berada di atasnya. Tekanan udara diukurmenggunakan alat yang disebut barometer. Alat ini pertamakali dibuat secara sederhana oleh Evangista Torricelli (1608-1647). Saat ini, terdapat 4 macam barometer, yaitu barometerraksasederhana(sesuaiyangdibuatolehTorricelli),barometerFoertin(barometerraksayangdapatmengukurtekananudarasampai dengan ketelitian 0,01 cmHg), barometer aneroid(barometerkeringtanpazatcair),danbarometerair(barometeryang menggunakan air sebagai pengganti raksa). Adanyaperbedaan tekanan udara di suatu tempat dapat menimbulkanangin. Angin bertiup dari daerah yang tekanan udaranya tinggikedaerahyangtekanannyalebihrendah.Pengaruhtekananudaradapat dirasakan pada beberapa peristiwa, di antaranya:1) Ketika memasak air, di pegunungan akan lebih cepatmendidih dibandingkan memasak air di pantai. Hal inidisebabkan tekanan udara di pegunungan lebih rendahdaripada di pantai sehingga gas oksigennya pun lebihrendah.2) Ketikakitapergikedaerahyanglebihtinggi(misalnyadaripantaikepegunungan),padaketinggiantertentukitaakanmerasakan dengungan di telinga kita. Hal ini disebabkanoleh selaput gendang telinga yang lebih menekuk keluarpada tekanan udara yang lebih rendah.3) Pada tekanan udara tinggi, suhu terasa dingin, tetapilangit cerah. Sebaliknya, saat tekanan udara rendah,dapat dimungkinkan terjadinya hujan, bahkan badai.Ketiga peristiwa di atas memberikan gambaran bahwatekanan udara memiliki hubungan yang cukup erat denganketinggian suatu tempat. Hal ini ternyata telah dibenarkanmelalui suatu penelitian yang dilakukan para ahli. Hasilpenelitian tersebut menunjukkan bahwa setiap kenaikkan10 m, tekanan udara berkurang 1mmHg sehingga makintinggi suatu tempat dari permukaan air, makin rendahtekanan udaranya. Pernyataan ini dapat digunakan untukmemperkirakan ketinggian suatu tempat di atas permukaanlaut, asalkan tekanan udara di sekitarnya diketahui.InfoTekanan udara adalahgaya per satuan luasyang bekerja padasuatu bidang oleh gayaberat kolom udara yangberbeda di atasnya.
  15. 15. Bab 14 - Tekanan 1912. Tekanan pada Gas dalam Ruang TertutupIlustrasi yang akan mudah membantumu memahamimateri ini adalah tekanan pada balon gas yang telah diisiudara, kemudian perlahan-lahan kamu buat beberapalubang pada balon tersebut. Setelah itu, kamu tekan balondan rasakan tekanan gas yang keluar dari masing-masinglubang.Jika dalam tekanan udara digunakan barometer untukmengukurnya, maka tekanan pada gas dalam ruang tertutupdapat diukur menggunakan manometer. Ada tiga macammanometer, yaitu manometer terbuka, manometer tertutup,dan manometer bourdon.1. Tinggi sebuah gunung adalah 3.500 m. Berapakahtekanan udara di puncak gunung tersebut?2. Tekanan udara di puncak Gunung Leuser adalah 40cmHg. Berapakah ketinggian Gunung Leuser?Menguji DiriContoh:Tekanan udara suatu kota yang ditunjukkan oleh sebuahalat ukur adalah 56 cmHg. Hitunglah ketinggian kotatersebut di atas permukaan laut!Penyelesaian:Diketahui: P = 56 cmHgPo= 76 cmHg (tekanan udara padaketinggian 0 m)Ditanya: hJawab:ΔP = Po– P = 76 cmHg – 56 cmHg = 20 cmHg = 200 mmHg.Maka,H = ————— ⋅ 10 m = ———————–– ⋅ 10 m = 2000 mJadi, ketinggian kota tersebut adalah 2.000 m di ataspermukaan laut.ΔP1 mmHg200 mmHg1 mmHg
  16. 16. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII192b. Manometer TertutupPrinsip kerja manometer tertutup hampir sama denganmanometerterbuka.Hanyasaja,jikapadamanometerterbuka,salah satu ujungnya terhubung dengan udara luar sehinggapadamanometeriniujungtersebutditutup.Dengandemkian,perbedaantinggiyangterjadiakibatmasuknyagasdariruanganyang akan diukur tekanannya secara langsung menunjukkantekanan udara ruangan tersebut. Secara matematis dapatditulis:dengan: Pgas= tekanan udara yang diukur (mm Hg)h = perbedaaan ketinggian raksa setelah gasmasukPgas= hc. Manometer BourdonManometer ini terbuat dari logam (bahannya bukanzat cair) yang digunakan untuk mengukur tekanan uap(gas) yang sangat tinggi, seperti uap dalam pembangkitlistrik tenaga uap. Di masyarakat, secara umum alat inidigunakan untuk memeriksa tekanan udara dalam ban olehpara penambal ban.Gambar 14.11Manometer BourdonSumber:google.co.idGambar 14.10Manometer terbukaSumber:google.co.iddengan: Pgas= tekanan udara yang diukur (mmHg)Po= tekanan udara atmosfer (mmHg)h = perbedaaan ketinggian raksa setelah gasmasuk (mm)Pgas= (Po+ h)a. Manometer TerbukaAlat ini berbentuk tabung U yang kedua ujungnyaterbuka. Tabung ini diisi dengan zat cair (biasanya raksakarena mempuyai massa jenis tinggi). Salah satu ujungtabung selalu berhubungan dengan udara luar sehinggatekanannya sama dengan tekanan atmosfer. Ujung yang laindihubungkandenganruanganyangakandiukurtekanannya.Saat ujung tabung dihubungkan dengan ruangan, ketinggianraksa pada kedua ujungnya akan berubah. Besar tekanan gasruangan yang menyebabkan ketinggian raksa dapat berubahdapat dihitung dengan rumus:
  17. 17. Bab 14 - Tekanan 193Tekanan pada suatu ruangan tertutup adalah 2 cmHg. Volume gas yang ada padaruangan tersebut adalah 0,4 l. Jika tekanan ruangan tersebut diperbesar tiga kali,hitunglah volume gas pada ruangan tersebut!Menguji DiriPV = konstan atau P1V1= P2V2= ....Contoh:Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume200 ml. Jika tekanan ruangan tersebut adalah 60 cmHg,hitunglah tekanan gas pada ruangan yang volumenya150 ml?Penyelesaian:Diketahui: V1= 200 mL ; P1= 60 cmHg ; V2= 150 mlDitanya : P2Jawab:P1V1= P2V2atau P2= —–—P2= —————————– = 80 cmHgJadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 mladalah 80 cmHg.Penerapan Hukum Boyle terdapat pada prinsipkerja pompa. Pompa adalah alat yang digunakan untukmemindahkan gas atau zat cair. Berdasarkan prinsip kerjaini, pompa dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu pompahisap dan pompa tekan.P1V1V2200 ml ⋅ 60 cmHg150 mlSahabatku,IlmuwanRobert Boyle(1627-1691) adalahahli filsafat alamidan salah satupendiri prinsipkimia modern yangberasal dari Inggris.Ia terkenal denganHukum Boyle,yaitu hukum fisikayang menjelaskanbagaimana kaitanantara tekanan danvolume suatu gas. Iamerupakan pendiriRoyal Society, yaituorganisasi Britaniayang dibuat untukmemajukan ilmupengetahuan. Boylejuga merupakanpelopor dalammenggunakaneksperimen danmetode ilmiah untukmenguji teorinya.3. Hukum BoyleRobert Boyle (1627-1691) telah melakukan penelitianuntuk mengetahui hubungan antara tekanan dan volumegas pada suhu yang konstan. Dari hasil penelitiannya, iamenyatakan bahwa: “Hasil kali tekanan dan volume gas dalamruangan tertutup adalah tetap/konstan”.Secara matematis dapat ditulis:
  18. 18. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII194Kilasan Materi• Tekanan adalah besaran skalar yang menunjukkan besarnya gaya per satuanluas permukaan tempat gaya itu bekerja, yang secara matematis dirumuskansebagai:P = —• Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh zat cair yangberada pada kedalaman tertentu, secara matematis dirumuskan sebagai:P = ρ g h• Bunyi Hukum Pascal adalah:"Apabila tekanan diberikan pada satu bagian zat cair dalam suatu ruangan tertutup,akan diteruskan oleh zat cair ke segala arah dengan sama besar".• Dongkrak hidrolik adalah alat yang digunakan untuk mengangkat mobilketika mengganti ban mobil.• Bunyi Hukum Archimedes adalah:"Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapatgaya apung sebesar berat zat cair yang dipindahkannya".• Alat yang bekerja dengan prinsip Hukum Archimedes adalah kran otomatispada penampungan air, hidrometer, dan kapal selam.• Bejana berhubungan adalah suatu wadah atau bejana yang tidak memilikisekat atau saling berhubungan.• Tekanan udara adalah gaya per satuan luas yang bekerja pada suatu bidangoleh gaya berat kolom udara yang berada di atasnya.• Bunyi Hukum Boyle adalah:"Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruangan tertutup adalah tetap/konstan".FASetelah kamu mempelajari tentang tekanan, ide kreatif apa yang muncul dalampemikiranmu yang berkaitan dengan prinsip tekanan? Bagian mana yang belumkamu mengerti dari pelajaran ini? Diskusikanlah bersama guru dan teman-temanmu!
  19. 19. Bab 14 - Tekanan 1951. Yang bukan merupakan satuantekanan adalah ....a. dyne/cm2b. N/m2c. Watt/m2d. cmHg2. Jika luas permukaan diperkecil, makayang akan terjadi pada tekanannyaadalah ....a. makin kecilb. makin besarc. tetapd. tidak ada perubahan3. Pada suatu wadah berisi air, tempatyang tekanan zat cairnya paling besaradalah ....a. bagian dasar dari wadahb. bagian atas wadahc. bagian tengah wadahd. semuanya sama4. Yang tidak mempengaruhi tekanansuatu benda adalah ....a. luas permukaanb. massa bendac. gayad. suhu benda5. Sebuah balok yang beratnya 150 Ndiletakkan di atas tanah. Jika luaspermu-kaan alas balok itu 5000 cm2,maka tekanan yang diberikan baloktersebut terhadap tanah adalah ....a. 3 × 104N/m2b. 3 × 102N/m2c. 3 × 10-2N/m2d. 3 × 10-4N/m26. Sebuah kayu terapung di dalam air.Jikasetengahbagiandarikayutersebutberada di atas permukaan air, makamassa jenis kayu adalah ....a. 0,20 g/cm3c. 0,50 g/cm3b. 0,25 g/cm3d. 0,75 g/cm37. Sebuah dongkrak hidrolik memilikipenampang kecil berjari-jari 10 cmdan penampang besar berjari-jari20 cm. Jika pada penghisap kecildiberikan gaya sebesar 300 N, makaberat benda yang dapat diangkatadalah ....a. 1500 N c. 1200 Nb. 3000 N d. 1000 N8. Manometer yang dapat digunakanuntuk mengukur uap pada pembang-kit listrik tenaga uap adalah ....a. manometer terbukab. manometer tertutupc. manometer Bourdond. semuanya benar9. Tekanan udara dimanfaatkan padaprinsip kerja alat-alat di bawah ini,kecuali ....a. balon udarab. alat suntikc. sedotan minumd. pengisap karet10. Tekanan pada suatu ruangan tertutupadalah2atmdanvolumegasyangadapada ruangan itu adalah 0,6l.Jika tekanan ruangan tersebutdiperbesar tiga kali, maka volumegas pada ruangan tersebut adalah ....a. 0,2 l c. 0,4 lb. 0,3 l d. 0,6 lA. Pilihlah jawaban yang paling tepat!Uji Kemampuan
  20. 20. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas VIII1961. Coba kamu deskripsikan alat yang cocok untuk membuat lubang di tembok!Mengapa demikian? Jelaskan kaitannya dengan prinsip tekanan!2. Di kamar mandi tersedia satu bak air yang terisi penuh. Ketika akan mandi,kamu memasukkan seluruh badanmu ke bak tersebut untuk berendamsejenak. Apa yang terjadi dengan air yang ada di dalam bak? Mengapademikian? Jelaskan!3. Sebutkandanjelaskanperistiwadalamkehidupansehari-harimuyangberkaitandengan prinsip tekanan! Diskusikan dengan teman sekelompokmu!B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini!1. Sebuah balok berukuran 5 cm × 10 cm × 12 cm memiliki massa 50 kg berada diatas tanah yang lembek dengan percepatan gravitasi 10 m/s2. Untuk memperolehtekanan yang paling kecil, permukaan balok bagian manakah yang harusmenyentuh tanah? Jelaskan!2. Sebuah pompa hidrolik memiliki ukuran diameter besar sama dengan 6 kalidiameter kecil. Jika gaya 1500 N dikerjakan pada penghisap kecil, berapa massabenda yang dapat diangkat oleh pompa tersebut?3. Sebuah pompa hidrolik memiliki dua buah silinder yang jari-jarinya berturut-turut adalah 2 cm dan 5 cm. Jika ujung pompa pada silinder kecil ditekan hinggapermukaan zat cairnya turun sejauh 25 cm, hitunglah kenaikan permukaan zatcair pada ujung silinder besar dari pompa hidrolik tersebut!4. Sebuah batang berbentuk tabung memiliki jari-jari alas 10 cm dan tinggi 35 mdimasukkan ke dalam air.a. Jika 30% bagian dari batang berada di atas permukaan air, berapakah massajenis batang tersebut?b. Jika garam dilarutkan ke dalam air sehingga permukaan kubus yang terendamhanya 50 %, tentukanlah massa jenis garam yang dilarutkan!5. Pada dua buah ruangan berbentuk kubus, diketahui tekanan di ruang yang satudelapan kali tekanan di ruang yang lain. Hitunglah perbandingan sisi dari keduaruangan tersebut!

×