2 Apakah yang mempengaruhi besamya tekanan hidrostatis dalam zat cair jawab?

Rumus tekanan termasuk dalam materi pembelajaran fisika. Setiap hari, manusia hidup dekat dengan fenomena ini. Contoh paling sederhana dapat dirasakan ketika berdiri, di mana kaki menekan permukaan tanah untuk menjaga keseimbangan atau saat menyelam di kedalaman laut.

Dalam ilmu fisika, tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan atau bidang tekanan. Fenomena tersebut timbul sebagai akibat dari gaya tekan yang bekerja pada benda per satuan luas permukaan dengan arah yang tegak lurus.

Suatu tekanan akan sangat bergantung pada besarnya gaya. Besarnya tekanan yang dihasilkan sejalan dengan besar gaya yang diberikan atau berbanding lurus dengan gaya. Di satu sisi, tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Apabila luas permukaan tekan bidang diperbesar, maka tekanan akan mengecil.

Satuan dan Simbol Tekanan

Mengutip Zenius dan berbagai sumber terkait lannya, dalam ilmu fisika, satuan internasional tekanan adalah Newton per meter kuadrat atau N/m2. Sementara, besaran tekanan disimbolkan dengan huruf P atau p.

Selain N/m2, tekanan memiliki satuan ukur lainnya, yakni Pascal (Pa), yang diambil dari nama tokoh fisikawan asal Prancis, Blaise Pascal.

Tekanan termasuk ke dalam besaran turunan yang diturunkan dari besaran pokok massa, panjang, dan waktu. Di samping itu, terkanan termasuk besaran vektor yang dinyatakan dalam nilai dan angka.

Advertising

Advertising

Adapun rumus tekanan, yaitu:

p = F/A

Keterangan:

p = tekanan (N/m2 atau Pa).

F = Gaya tekan (N).

A = Luas permukaan (m2)

Rumus tekanan jika diketahui massa benda:

p = m.g/A

Keterangan:

m = massa benda (kg).

g = percepatan gravitasi (m/s2).

A = luas permukaan (m2).

Jenis-jenis Tekanan dan Rumusnya

Tekanan dibagi menjadi tiga. Pembagian tersebut mengacu pada jenis zat, yaitu tekanan zat padat, tekanan zat cair dan tekanan zat gas.

1. Rumus Tekanan zat padat

Tekanan pada zat padat merupakan gaya yang bekerja pada satuan luas bidang tekan. Jika suatu zat padat diberi gaya dari atas otomatis akan menimbulkan tekanan. Semakin besar luas alas bidang tekannya, tekanan akan semakin kecil.

Adapun rumusnya:

p = F/A

2. Rumus Tekanan zat cair (hidrostatik)

Tekanan pada zat cair dipengaruhi oleh kedalaman. Tekanan dapat dilihat dari daya pancar yang keluar dari sebuh tabung berlubang yang disi oleh zat cair. Semakin dalam, tekanan zat cair akan semakin besar. Tekanan pada zat cair yang diam disebut tekanan hidrostatik.

Tekanan hidrostatik memiliki sifat sebagai berikut:

- Semakin dalam letak suatu titik atau benda dari permukaan zat cair, maka tekanan akan semakin besar.

- Tekanan hidrostatis ke segala arah memiliki ukuran yang sama besar.

- Tekanan hidrostatis tergantung pada kedalaman, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi.

- Tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk wadahnya.

Terdapat tiga hukum fisika yang bekerja pada tekanan zat cair, yaitu hukum Pascal, bejana berhubungan, dan hukum Archimedes.

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan zat cair pada ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan besarnya sama.

Sementara itu, bejana berhubungan adalah rangkaian beberapa bejana yang saling berhubungan satu sama lainnya dengan bagian atas yang terbuka. Keadaan permukaan air yang sama jenisnya selalu mendatar, sekalipun bejana dimiringkan.

Dalam hukum Archimedes membahas tentang gaya tekan ke atas zat cair. Besarnya gaya tekan ke atas (Fa) sama dengan hasil kali antara volume benda (Vb), massa jenis zat cair (ρ), dan gravitasi (g).

Rumusnya:

Ph = p . g . h atau Ph = S . h

Keterangan:

ph = Tekanan hidrostatis (N/m2 atau Pa).

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3).

g = percepatan gravitasi (m/s2).

h = kedalaman zat cair (m).

S = berat jenis zat cair (N/m3).

3. Rumus Tekanan zat gas

Tekanan zat gas, misalnya udara dipengaruhi oleh ketinggian suatu tempat. Sehingga, tekanan udara di setiap tempat akan berbeda-beda. Adapun rumusnya sebagai berikut:

Tekanan Udara = 76 cmHg - (Ketinggian/100 meter)

atau

Tekanan Udara = 760 mmHg - (Ketinggian/10 meter)

Sementara itu, gas yang berada pada ruang tertutup akan berlaku Hukum Boyle. Tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah konstan selama suhu gas tetap.

Rumus tekanan gas pada ruang tertutup adalah sebagai berikut:

p . V = konstan

p1. V1 = p2 . V2

Untuk gas campuran:

Pcampuran = (p1. V1) - (p2 . V2)/(V1 + V2)

Tekanan pada gas sering dinyatakan dengan satuan atmosfer (atm), di mana:

1 atm = 105 Pa, atau

1 atm = 76 cmHg

Keterangan:

P1 = tekanan awal (atm)

V1 = volume awal (m3)

P2 = tekanan akhir (atm)

V2 = volume akhir (m3)

Contoh Soal Rumus Tekanan

1. Berapakah tekanan hidrostatik air pada kedalaman 5 meter (ρ = 1.000 kg/m3) dan percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2.

Jawaban:

Diketahui:

h = 5 meter

ρ = 1.000 kg/m3

g = 10 m/s2

Ditanya:

Ph?

Penyelesaian:

Ph = ρ . g . h

= 1.000 . 10 . 5

= 50.000 N/m2 atau Pa, atau

= 50 kPa (kPa = kilopascal)

2. Kota Kebumen berada 200 m di atas permukaan air laut. Jika tekanan di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg, tentukan tekanan udara di kota Kebumen, nyatakan dalam cmHg!

Jawaban:

Diketahui

Setiap kenaikan 100 m tekananudara luar turun 1

h Kebumen = 200 m tekanan turun 2

Penyelesaian

P = 76 – 2

P = 74 cmHg

Jadi, tekanan udara di Kebumen adalah 74 cmHg.

3. Gaya 800 N bekerja pada permukaan seluas 5 m2. Berapa besar tekanan yang dihasilkan gaya tersebut.

Diketahui

F = 800 N

A = 5 m2

Penyelesaian

p = F/A

p = 800/5

p = 160 Pa

Jadi, besar tekanan pada soal tersebut adalah 160 Pa.

Tekanan hidrostatis (ph) adalah tekanan dalam zat cair diam yang disebabkan oleh zat cair itu sendiri karena pengaruh kedalaman.

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang tekanan hidrostatis.

Materi tekanan hidrostatis sendiri merupakan subbab pembahasan dari materi tekanan yang sering dipelajari oleh siswa SMP kelas 8 dan SMA kelas 11.

Sebelumnya, kita telah menuntaskan pembahasan seputar tekanan secara umum. Di dalamnya telah kita singgung sedikit tentang tekanan hidrostatis, kalian bisa membacanya di sini: Tekanan. 

Jadi, materi ini bisa disebut sebagai pengembangan dari materi sebelumnya. Sengaja kakak bahas lebih lanjut karena luasnya pembahasan tentang tekanan hidrostatis.

Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Tekanan Hidrostatis

Apa yang dimaksud dengan tekanan hidrostatis? Dalam ilmu fisika, tekanan hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair diam yang disebabkan oleh zat cair itu sendiri karena pengaruh kedalaman.

Sedangkan, ilmu yang mempelajari tentang zat cair dalam keadaan diam disebut hidrostatika (statika fluida).

Tekanan yang dialami oleh suatu titik di dalam zat cair diakibatkan oleh gaya berat zat cair yang berada di atas titik tersebut.

Gaya berat zat cair bekerja pada bidang dasar karena adanya pengaruh gaya gravitasi sehingga menimbulkan tekanan.  

 

Semakin banyak air yang berada di atas bidang dasar, semakin besar tekanan di bidang dasar. Tekanan akibat pengaruh gaya gravitasi bumi inilah yang disebut tekanan hidrostatis.

Sifat-sifat tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut:

• Tekanan hidrostatis makin ke bawah dari permukaan zat cair akan semakin besar.
• Pada kedalaman yang sama, tekanan hidrostatis besarnya sama.
• Tekanan hidrostatis menekan ke segala arah.
  

Tekanan hidrostatis ditentukan oleh kedalaman zat cair yang diukur dari permukaan dan tidak tergantung pada luas penampang wadah zat cair tersebut.Artinya, tekanan hidrostatis tidak tergantung pada wadah atau bentuk penampangnya. Dengan demikian, jika suatu zat cair dituangkan ke dalam bejana berhubungan maka tinggi permukaan zat cair akan sama.

Hukum tekanan hidrostatis menyatakan bahwa tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam zat cair yang sejenis dalam keadaan seimbang adalah sama. 

Berdasarkan seluruh uraian di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa besarnya tekanan hidrostatis bergantung pada:

Semakin besar massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan hidrostatisnya. Jadi, jika terdapat 3 jenis zat cair, misalnya larutan garam, air, dan minyak, dimasukkan secara terpisah ke dalam tiga wadah identik.

Ketika kita menunjuk titik dengan kedalaman yang sama pada masing-masing wadah tersebut, maka tekanan hidrostatis pada titik larutan garam akan lebih besar daripada air, dan tekanan hidrostatis air akan lebih besar daripada minyak.

Perbedaan itu disebabkan oleh massa jenis larutan garam lebih besar daripada massa jenis air, dan massa jenis air lebih besar daripada massa jenis minyak.

Semakin jauh suatu titik dalam zat cair dari permukaan, maka semakin besar tekanan hidrostatisnya. Dengan kata lain, tekanan hidrostatis semakin meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman.

Perhatikan gambar berikut ini!

Jarak pancaran air pada titik paling bawah lebih jauh daripada titik di atasnya. Penyebabnya adalah titik tersebut mengalami tekanan hidrostatis paling besar daripada kedua titik lainnya.

Tekanan hidrostatis juga dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Besaran ini akan menghasilkan besaran berat jenis zat cair (S) ketika dikombinasikan dengan massa jenis zat cair, dengan persamaan:

S = ρ . g

Keterangan:

S = berat jenis zat cair (N/m3)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh bentuk wadah. Dari uraian di atas, dijelaskan bahwa tekanan hidrostatis hanya bergantung kepada massa jenis, kedalaman, dan percepatan gravitasi.

Perhatikan gambar di bawah ini!

Meskipun bentuk wadahnya berbeda, namun tekanan hidrostatis ketiga titik tersebut besarnya sama.

Dalam fisika, tekanan hidrostatis disimbolkan dengan ph, sedangkan satuannya dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah N/m2 atau Pascal (Pa). 

1 N/m2 = 1 Pa

Tekanan hidrostatis termasuk ke dalam besaran turunan, yakni diturunkan dari besaran pokok panjang, massa, dan waktu. 

Selain itu, tekanan hidrostatis juga termasuk ke dalam besaran skalar sehingga untuk menyatakannya cukup dengan nilai/angka saja, tidak mempunyai arah.

Pada bagian ini, kita akan menurunkan rumus tekanan hidrostatis dari persamaan umum tekanan. 

Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat zat cair (F) dan luas permukaan bejana (A). 

p = F/A....(1)

Gaya berat zat cair merupakan perkalian antara massa zat cair (mh) dengan percepatan gravitasi bumi (g), dituliskan F = mh . g. Sehingga, rumus (1) di atas bisa dituliskan menjadi: 

p = mh . g/A .....(2)

Oleh karena mh = ρ . V (massa jenis kali volume), maka persamaan (2) di atas bisa dituliskan lebih lanjut menjadi:

p = ρ . V . g/A....(3)

Volume zat cair di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan kedalaman zat cair dalam bejana (h) atau V = A . h, sehingga rumus (3) di atas bisa dituliskan menjadi: 

p = ρ . (Ah) . g/A = ρ . h . g.....(4)

Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, maka rumus tekanan hidrostatis adalah:

ph = ρ . g . h

Keterangan:

• ph = tekanan hidrostatis (Pa)
• ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
• g = percepatan gravitasi (m/s2)
  
• h = kedalaman titik (m) 

Jika tekanan udara luar (tekanan atmosfer) diperhitungkan (p0), maka tekanan hidrostatis pada suatu titik di dalam zat cair pada kedalaman h dari permukaan zat cair dirumuskan: 

ph = p0 + ρ . g . h

Keterangan:

• p0 = tekanan udara luar/atmosfer (Pa) 

Sementara itu, gaya hidrostatis (F) dirumuskan:

F = ρ . g . h . A

Keterangan:

• F = Gaya hidrostatis (N)
• A = Luas alas bidang (m2)
  

Cara Menghitung/Mencari Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis dihitung menggunakan rumus: 

ph = ρ . g . h

Langkah-langkah menghitung tekanan hidrostatis, antara lain sebagai berikut:

1. Tentukan terlebih dahulu nilai massa jenis zat cair (ρ).
2. Tentukan juga nilai dari percepatan gravitasi (g).
3. Ukur berapa kedalaman titik dari permukaan zat cair (h).
4. Perkalikan semua besaran di atas untuk mendapatkan nilai tekanan hidrostatis (ph). 

Contoh tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut: 

1. Tekanan saat menyelam, semakin dalam menyelam maka tekanan hidrostatis semakin besar.
2. Dasar bendungan semakin ke bawah semakin tebal untuk menahan tekanan hidrostatis yang semakin ke bawah juga semakin besar.
3. Pemasangan infus, semakin tinggi posisi botol infus maka semakin besar tekanannya membuat cairan infus dapat masuk ke aliran darah.
4. Lubang pembuangan bak air diletakkan dekat bagian dasar agar air bisa keluar dengan deras.

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang tekanan hidrostatis dan jawabannya. Contoh soal ini bisa digunakan oleh SMP kelas 8 dan SMA kelas 11:

1. Penyelam mengalami tekanan hidrostatis terbesar ketika berada di titik?

Jawab:

Penyelam mengalami tekanan hidrostatis terbesar ketika berada di titik terendah sebuah sungai, atau laut, atau kolam.

2. Tekanan hidrostatis ikan pada gambar tersebut adalah...Jika massa jenis air = 1 gr/cm3 dan percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2.

Jawab:

Diketahui:

• ρ = 1 gr/cm3 = 1.000 kg/m3
• g = 10 m/s2 
• h = 100 cm - 15 cm = 85 cm = 0,85 m

Ditanyakan:

Penyelesaian:

ph = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 0,85 

     = 8.500 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami ikan adalah 8.500 Pa. 

3. Tekanan hidrostatik suatu zat cair pada kedalaman 50 cm adalah 300 Pa. Besar tekanan hidrostatis zat cair tersebut pada kedalaman 1,5 meter adalah?

Jawab:

Diketahui:

• h1 = 50 cm = 0,5 m
• ph1 = 300 Pa
• h2 = 1,5 m

Ditanyakan:

Soal ini menggunakan zat cair yang sama, jadi:

ρ1 = ρ2 

ph1/g.h1 = ph2/g.h2

ph1/h1 = ph2/h2

ph2 = ph1 . h2/h1 

      = 300 . 1,5/0,5

      = 300 . 3  

      = 900 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis pada kedalaman 1,5 meter adalah 900 Pa.

4. Tekanan hidrostatis yang diterima benda yang berada di dalam air sedalam 350 cm jika massa jenis air 1.000 kg/m3 dan besar gravitasi 10  N/kg adalah?

Jawab:

Diketahui:

• h = 350 cm = 3,5 m
  
• ρ = 1.000 kg/m3
• g = 10 N/kg

Ditanyakan:

Penyelesaian:

ph = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 3,5 

     = 35.000 Pa, atau

     = 35 kPa

Jadi, besar tekanan hidrostatis pada benda tersebut adalah 35 kPa.

5. Tekanan hidrostatis pada dasar bejana dapat diperkecil dengan cara.... 

A. Menambah tinggi zat cairB. Memperbesar massa jenis zat cairC. Memperbesar luas dasar bejana, tetapi volume zat cair tetapD. Memperkecil luas dasar bejana, tetapi volume zat cair tetap

E. Memperbesar luas alas bejana dan volumenya

Jawab:

C. Memperbesar luas dasar bejana, tetapi volume zat cair tetap. 

Alasannya adalah ketika luas dasar bejana diperbesar dan volume zat cair tetap, maka tinggi permukaan air bejana akan turun. Sehingga, kedalaman dasar bejana akan berkurang saat diukur dari permukaan zat cair. Akibatnya, tekanan hidrostatis pada dasar bejana jadi mengecil.

Jawab:

Berkurang. Alasannya adalah tekanan hidrostatis (ph) berbanding lurus dengan besarnya berat jenis (S) zat cair, yang dirumuskan S = ρ . g, di mana (ρ) adalah massa jenis zat cair dan (g) adalah percepatan gravitasi.

7. Tekanan hidrostatis yang dialami ikan sebesar...(g = 10 m/s2)

Jawab:

Diketahui:

• ρ = 1000 kg/m3
• g = 10 m/s2
• h = 50 cm - 40 cm = 10 cm = 0,1 m

Ditanyakan:

Penyelesaian:

ph = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 0,1      

     = 1.000 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami ikan adalah 1.000 Pa. 

8. Sebuah bak mandi berbentuk persegi panjang memiliki panjang 2 m, lebar 1 m, dan tinggi 0,5 m. Bak air tersebut berisi 50 liter air ( ρ = 1.000 kg/m3). Jika g = 10 m/s2, tentukan:a. Tekanan hidrostatis pada dasar bak.

b. Besar gaya hidrostatis pada dasar bak tersebut. 

Jawab:

Diketahui:

• p = 2 m
• l = 1 m
• t = 0,5 m
• V = 50 liter = 0,05 m3
• ρ = 1.000 kg/m3 
• g = 10 m/s2

Ditanyakan:

a. ph di dasar bak

b. F di dasar bak

Penyelesaian:

a. ph di dasar bak

A = p . l

    = 2 . 1

    = 2 m2

h = V/A

   = 0,05/2

   = 0,025 m

ph = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 0,025

     = 250 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis di dasar bak adalah 250 Pa.

b. F di dasar bak

F = ρ . g . h . A 

   = ρ . g . h . A

   = 1.000 . 10 . 0,025 . 2

   = 500 N

Jadi, gaya hidrostatis di dasar bak adalah 500 N

Jadi, tekanan hidrostatis (ph) adalah tekanan dalam zat cair diam yang disebabkan oleh zat cair itu sendiri karena pengaruh kedalaman.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Referensi:

• Pauliza, Osa. 2008. Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan untuk SMK Kelas XI. Bandung: Grafindo Media Pratama. 
  
• Saripudin, Aip dkk. 2007. Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI SMA/MA Program IPA. Jakarta: Visindo Media Persada.
  

Tekanan Hidrostatis: Pengertian, Rumus, Contoh Soal (Lengkap) 2020-10-01T02:33:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Afdan Fisika