09. ipa kls 8 bab 8

48
213 Bab 8 Gaya dan Tekanan 213 Gaya dan Tekanan BAB 8 A. Gaya B. Gerak Dipercepat C. Aksi dan Reaksi D. Tekanan Sumber: http://www.k53.pbase.com

Upload: choliex

Post on 02-Jul-2015

582 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Materi Pelajaran IPA Kelas VIII

TRANSCRIPT

Page 1: 09. IPA KLS 8 BAB 8

213 Bab 8 Gaya dan Tekanan 213

Gaya dan TekananBAB 8

A. GayaB. Gerak DipercepatC. Aksi dan ReaksiD. Tekanan

Sumber: http://www.k53.pbase.com

Page 2: 09. IPA KLS 8 BAB 8

214 IPA SMP Kelas VIII

Peta KonsepPe

ta K

onse

p G

aya

dan

Teka

nan

 ga

ya

bentu

k

dije

lask

an d

enga

n

Huku

m Ne

wton

dapa

t men

guba

h m

enim

bulk

an

tekan

an

gera

k

mel

iput

i

Huku

m I

Newt

on

Huku

m II

Newt

on

Huku

m III

Newt

on

zat

zat c

air

zat g

as

dapa

t ter

jadi

fluida

prins

ip

Arch

imed

terg

olon

g

ada

prins

ip P

asca

l

di

ruan

g ter

tutup

huku

m Bo

yle

berl

aku

beru

pa

tarika

n atau

doro

ngan

sentu

h tak

sentu

h

ada

yang

pa

dat

men

giku

ti

men

giku

ti

pada

Page 3: 09. IPA KLS 8 BAB 8

215 Bab 8 Gaya dan Tekanan 215

Peta Konsep

H

ukum

New

ton

Huku

m Ke

dua N

ewton

meli

puti

Bend

a diam

tet

ap di

am

Men

jelas

kan

kaita

n

Huku

m Ke

lemba

man

men

yata

kan

bila

tidak

ada

gay

a lua

r

Huku

m Pe

rtama

New

ton

Huku

m Ke

tiga N

ewton

diseb

ut ju

ga

diseb

ut ju

ga

Bend

a yan

g be

r-GLB

tetap

be

r-GLB

Gaya

Rea

ksi

Sama

Bes

ar

deng

an G

aya A

ksi

Huku

m Ak

si-Re

aksi

men

yata

kan

Gaya

(F

) Ma

ssa

(m)

perce

patan

(a

)

deng

an h

ubun

gan

mFa=

Ga

ya R

eaks

i Be

rlawa

nan A

rah

deng

an G

aya A

ksi

Peta

Kon

sep

Huk

um N

ewto

n

Page 4: 09. IPA KLS 8 BAB 8

216 IPA SMP Kelas VIII

Amatilah gerak benda-benda di sekitarmu; dedaunan yang melambai-lambai, lalu lalangkendaraan di jalan raya atau seorang anak yang berlari-lari. Renungkan, bagaimana benda-benda itu dapat bergerak? Apa yang menyebabkan benda dapat bergerak? Apa yang kamurasakan bila kamu menyelam? Kamu akan menemukan jawabannya setelah mempelajaribab ini, yang mendiskusikan tentang gaya dan tekanan. Kamu akan mengawali kegiatanmudengan menyelidiki keterkaitan penting antara gerak dan gaya, yang dapat menjelaskanbanyak pengamatan yang kamu jumpai sehari-hari. Lakukan Kegiatan Penyelidikan di bawahini untuk mengeksplorasi gaya dan akibatnya terhadap gerak benda.

1. Letakkan sebuah pensil atau pulpenberbentuk silinder di atas sehelaikertas.

2. Peganglah ujung kertas itu.3. Tariklah dengan cepat kertas itu

dengan arah horizontal. Apa yangterjadi pada pensil atau pulpenmu?

4. Lakukan lagi kegiatan di atasberulang-ulang, dengan tarikankertas sangat lambat, lambat, agakcepat, dan cepat.

5. Ulangi kegiatan di atas untuk benda-benda lain yang diletakkan di ataskertas.

6. Catatlah hasil pengamatanmu.

Gaya danTekanan

BAB8

Menemukan kaitan Gerak dan Gaya

Kegiatan Penyelidikan

Dalam Jurnal IPAmu, jelaskanmengapa pensil, pulpen, atau benda-benda lain tersebut berkelakuanseperti yang kamu amati!

Page 5: 09. IPA KLS 8 BAB 8

217 Bab 8 Gaya dan Tekanan 217

Apakah Gaya Itu?Doronglah daun pintu sehingga terbuka. Tariklah

sebuah pita karet. Tekanlah segumpal tanah liat. Angkatlahbukumu. Pada setiap kegiatan itu kamu mengerahkansebuah gaya. Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yangdikerahkan sebuah benda terhadap benda lain. Kadang-kadang, akibat suatu gaya tampak demikian jelas, sepertisaat sebuah mobil sedang melaju dan menabrak sebatangpohon. Akan tetapi, akibat gaya-gaya lain tidak sejelaspohon yang ditabrak itu. Dapatkah kamu merasakan gayadari lantai yang bekerja pada kakimu?

Catatlah semua gaya yang mungkin kamu lakukan ataualami pada suatu hari tertentu. Bayangkan tindakan-tindakan seperti mendorong, menarik, merenggangkan,meremas, membengkokkan, dan menjatuhkan benda. Padasaat itu kamu mengerahkan gaya kepada benda tersebut.

Bagaimana kamu dapat mengukur besar gaya? Besargaya diukur dengan neraca pegas, seperti ditunjukkan padaGambar 8.1. Gaya diukur dalam satuan newton (N).

Gaya Sentuh dan Gaya Tak SentuhPada saat kamu mendorong meja, kamu harus

menyentuh meja itu untuk mengerahkan gaya kepada mejaitu. Demikian pula jika kamu hendak melontarkan batudengan menggunakan ketapel. Gaya otot pada saat kamumendorong meja dan gaya pegas pada saat kamumelontarkan batu dengan ketapel termasuk gaya sentuh.Disebut gaya sentuh karena sebuah benda yang memberikangaya harus menyentuh benda lain yang dikenai gayatersebut. Contoh lain gaya sentuh adalah gaya gesekan, yangakan kita bahas nanti.

Jika kamu melepaskan kapur dari ketinggian tertentu,maka kapur itu akan jatuh ke bawah, ditarik oleh gayagravitasi Bumi. Gaya gravitasi termasuk gaya tak sentuh,karena tanpa harus melalui sentuhan kapur dan Bumi. Gayalistrik dan gaya magnet adalah contoh lain gaya tak sentuh.

Gambar 8.1Neraca pegas.

Sumber: Dok. Penulis

Gaya A

Kata-kata IPAGaya

Gaya-gaya setimbangGaya resultanKelembaman

Hukum I NewtonGesekan

Page 6: 09. IPA KLS 8 BAB 8

218 IPA SMP Kelas VIII

Akibat Gaya terhadap BendaApa yang terjadi pada sebuah benda saat gaya

dikenakan pada benda tersebut? Apabila sebuah bendasedang bergerak, apakah gaya tersebut mengubah kecepatanbenda itu? Perhatikan anak yang baru saja menendang bolaseperti ditunjukkan pada Gambar 8.2. Kecepatan bolatersebut tentunya berubah begitu benturan terjadi. Jadi gayadapat mengubah kecepatan benda.

Perhatikan plastisin yang ditekan padaGambar 8.3. Pada saat menekan plastisin,tangan itu memberikan gaya kepada plastisinitu. Bagaimana bentuk plastisin setelahditekan? Ternyata gaya juga dapatmenyebabkan bentuk benda berubah.

Gaya-gaya SetimbangGaya-gaya tidak selalu mengubah kecepatan. Gambar

8.4 memperlihatkan pertandingan tarik tambang. Kedua timtersebut sama-sama mengerahkan gaya dengan arahberlawanan. Bila kedua tim tersebut tidak bergerak, makagaya yang dilakukan kedua tim pada tali tersebut samabesar. Gaya yang menarik tali ke kiri diimbangi dengan gayayang menarik tali ke kanan. Gaya-gaya yang besarnya samadan arahnya berlawanan yang bekerja pada sebuah bendadisebut gaya-gaya setimbang.Gambar 8.2

Gaya yang dikerahkan kaki Danangpada bola membuat kecepatan bolaitu berubah.

Gambar 8.3Gaya dapat mengubah bentuk benda.

Sumber: Dok. Penulis.

Sumber: Dok. Penulis

Page 7: 09. IPA KLS 8 BAB 8

219 Bab 8 Gaya dan Tekanan 219

Gaya-gaya Tak setimbangPernahkah kamu menarik sebuah gerobak yang

bermuatan? Untuk membuat gerobak bergerak, kamu harusmenarik gerobak tersebut. Jika gaya yang kamu kerahkantidak cukup besar, kamu mungkin meminta bantuantemanmu. Temanmu mungkin akan menarik gerobak itubersamamu atau mendorongnya dari belakang. Dua gayatersebut, yaitu gaya dari kamu dan temanmu akan bekerjapada arah yang sama. Jika dua gaya bekerja pada arah yangsama, maka kedua gaya itu dijumlahkan, seperti ditunjukkanpada Gambar 8.5a. Gaya total atau gaya resultan padagerobak tersebut sama dengan jumlah kedua gaya itu. Jika

Gambar 8.5Dua gaya dapat bergabungsehingga dua gaya itu dapatdijumlahkan (a), menjadi setimbang(b), atau dikurangkan (c).

Gambar 8.4Dalam permainan tarik tambang,kedua tim mengerahkan gaya.Mengapa tambang itu tidakbergerak?Sumber: Dok. Penulis.

+

+

+

=

=

= 0

(a)

(c)

(b)

Page 8: 09. IPA KLS 8 BAB 8

220 IPA SMP Kelas VIII

gaya total pada suatu benda menuju ke arah tertentu, gayatersebut disebut gaya-gaya tak setimbang. Gaya-gaya taksetimbang selalu mengubah kecepatan sebuah benda.

Apabila temanmu mendorong gerobak dengan arahyang berlawanan dengan arah gaya dorongmu, gaya-gayaitu digabung dengan cara yang berbeda. Jika dua gayaberlawanan arah, maka gaya total kedua gaya tersebutmerupakan selisih kedua gaya. Jika satu gaya lebih besardaripada gaya yang lain, gerobak itu akan bergerak ke arahgaya yang lebih besar (Gambar 8.5c). Dalam hal ini temanmujelas tidak membantu kamu. Menurut pendapatmu apa yangterjadi jika gaya dorongmu dan gaya dorong temanmu samadan berlawanan arah, seperti Gambar 8.5b?

Jadi seperti ditunjukkan Gambar 8.5, gaya dapatdigambarkan sebagai anak panah. Panjang anak panahmenunjukkan besar gaya, dan arah anak panahmenunjukkan arah gaya. Dengan menggunakan anak panahini kamu dapat menyatakan berapa besar hasil gabungangaya-gaya itu dan ke mana arahnya.

Kelembaman dan MassaAndaikan kamu sedang duduk di dalam sebuah mobil

yang melaju kencang. Apa yang terjadi padamu saat mobiltersebut tiba-tiba direm? Kamu akan terdorong ke depan.Terdorongnya badanmu itu memperlihatkan contoh sifatkelembaman. Kelembaman (inersia) adalah kecenderungansetiap benda melawan tiap perubahan dalam geraknya.Dengan kata lain kelembaman adalah kecenderungansebuah benda untuk mempertahankan geraknya. Kamudapat membayangkan hal ini sebagai sifat “malas” sebuahbenda. Jika sebuah benda sedang bergerak, benda itu akanterus bergerak dengan kelajuan dan arah yang sama kecualiada gaya-gaya tak setimbang yang bekerja pada benda itu.Dengan kata lain kecepatan benda tersebut tetap, kecualiada suatu gaya mengubah kecepatan benda itu. Jika sebuahbenda diam, benda tersebut cenderung tetap diam.Kecepatannya tetap nol kecuali ada gaya yang menyebabkanbenda itu bergerak. Dapatkah kamu meramalkan apa yangterjadi dengan buku di pangkuan anak pada Gambar 8.6seandainya kursi roda yang meluncur tiba-tiba berhenti?

Gambar 8.6Dapatkah kamu memprediksi, apa yangterjadi dengan buku di pangkuan anak iniseandainya kursi roda tersebut tiba-tibaberhenti?

Sumber: Dok. Penulis

Page 9: 09. IPA KLS 8 BAB 8

221 Bab 8 Gaya dan Tekanan 221

Apakah sebuah bola besi tolak peluru memilikikelembaman yang sama dengan kelembaman kelereng?Tentu saja kelembamannya berbeda, karena kamu lebihmudah menggerakkan kelereng dibanding bola besi tolakpeluru. Semakin besar massa sebuah benda, kelem-bamannya juga semakin besar. Ingatlah kembali bahwamassa adalah jumlah materi dalam sebuah benda, dan bolabesi tolak peluru tentunya mengandung materi lebih banyakdaripada sebuah kelereng. Jadi bola besi tolak peluru itumemiliki kelembaman lebih besar daripada kelembamankelereng. Oleh karena bola besi tolak peluru memilikikelembaman lebih besar, maka lebih banyak gaya yangdiperlukan untuk mengubah kecepatannya.

Hukum Pertama NewtonKamu telah mempelajari bahwa setiap benda memiliki

kelembaman, dan gaya dapat mengubah gerak benda. SirIsaac Newton (lihat Gambar 8.7) merumuskan hukum-hukum yang mengatur keterkaitan gaya dengan gerak. Adatiga hukum Newton tentang gerak. Kita akan bahas dahuluhukum pertama Newton.

Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakanbahwa sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akanterus bergerak dengan kecepatan tersebut kecuali ada gaya resultanbekerja pada benda itu. Jika sebuah benda dalam keadaan diam, bendatersebut tetap diam kecuali ada gaya resultan yang bekerja pada bendaitu.

Perhatikan, hukum ini sama dengan peristiwakelembaman. Jadi, kamu akan dapat memahami mengapahukum ini kadang-kadang disebut hukum kelembaman. Apakamu lakukan dan amati dalam Kegiatan Penyelidikan salahsatunya memperlihatkan berlakunya hukum kelembamanini. Demikian juga halnya dengan peristiwa pada Gambar8.6. Untuk lebih meyakinkan kamu tentang berlakunyahukum ini dalam kehidupan sehari-hari, perhatikan Gambar8.8. Selanjutnya bacalah dengan cermat “Sabuk Pengaman”untuk mendapatkan penjelasan bagaimanakah caramencegah bahaya yang ditimbulkan oleh kelembamantubuhmu.

Gambar 8.7Sir Isaac Newton (1642-1727), ilmuwanyang tekun dan jenius dari Inggris,merumuskan tiga hukum tentang gerak.Hukum ini selanjutnya dikenal sebagaiHukum Newton tentang gerak.

http://www.imechanica.org.

Page 10: 09. IPA KLS 8 BAB 8

222 IPA SMP Kelas VIII

(b) Gerobak menabrak penghalang, dan berhenti. Sementara itu, jerigen-jerigen kecil itu terusbergerak ke depan walaupun tidak ada yang mendorongnya. Kelembaman jerigen-jerigen itumembuatnya bergerak ke depan. Jerigen-jerigen itu juga mulai jatuh ke bawah karena gayagravitasi menariknya ke bawah.

(c) Akhirnya jerigen-jerigen kecil itu diamtergeletak di tanah.

(a) Orang itu mendorong gerobak dengankecepatan tetap. Jerigen-jerigen itu jugabergerak dengan kecepatan tetap. Tidak adagaya total yang bekerja pada gerobak maupunpada jerigen tersebut.

Gambar 8.8Kamu dapat mengamati berbagai contohhukum pertama Newton beraksi dalamkehidupan sehari-hari.

Sumber: Dok. Penulis.

Page 11: 09. IPA KLS 8 BAB 8

223 Bab 8 Gaya dan Tekanan 223

Sabuk Pengaman

Apakah kamu selalu menggunakan sabuk pengaman pada saat mengendaraimobil? Atau, pernahkah kamu melihat atau mendengar anjuran menggunakan sabukpengaman pada saat mengendarai mobil? Mengapa orang yang mengendarai mobilperlu menggunakan sabuk pengaman?

Melalui berbagai eksperimen, para ilmuwan mengetahui bahwa luka parah dankematian pada penumpang akibat kecelakaan mobil dapat dicegah. Caranya adalahdengan menggunakan sabuk pengaman yang menyilang pada bahu, dada, danpangkuan penumpang.

Apa yang terjadi dalam sebuah tabrakan? Apabila sebuah mobil yang melajudengan kecepatan sekitar 50 km/jam menabrak benda besar yang padat, mobiltersebut akan ringsek dan berhenti mendadak dalam waktu sekitar 0,1 s. Karenakelembamannya, penumpang yang tidak memakai sabuk pengaman akan terusbergerak maju dengan kecepatan 50 km/jam, sama dengan kecepatan mobil tersebut.Kecepatan ini kurang lebih sama dengan kecepatan penumpang itu apabila jatuhdari lantai tiga sebuah gedung! Dalam waktu sekitar 0,02 s setelah mobil berhenti,penumpang itu akan membentur dashboard, kemudi, atau bagian belakang kursi didepannya.

Sumber: Dok. Penulis.

Penerapan

Penumpang yangmengenakan sabuk pengamanseperti gambar di samping iniakan tetap tertahan di kursi.Penumpang itu akan melambatseiring dengan melambatnyamobil. Gaya yang diperlukanuntuk mem-perlambatseseorang dari 50 km/ jammenjadi nol dalam waktu 0,1 ssama dengan 14 kali beratnya.

Sabuk pengaman itu“memberi” sedikit waktutambahan untuk me-lambat bagipenumpang itu, pada saat sabuksedikit meregang menahan or-ang tersebut. Disamping itu,sabuk tersebut jugamenyebarkan gaya, sehinggagaya itu tidak memusat hanyapada satu bagian tubuh orangtersebut.

Page 12: 09. IPA KLS 8 BAB 8

224 IPA SMP Kelas VIII

GesekanKamu baru saja mempelajari bahwa

kelembaman menyebabkan sebuah bendayang bergerak dengan kecepatan tetap akantetap bergerak pada kecepatan tersebut,kecuali ada gaya-gaya tak setimbang yangbekerja padanya. Akan tetapi, sepertiditunjukkan Gambar 8.9, jika kamumeluncurkan sebuah buku di atas meja,

gerak buku semakin lama semakin pelan, dan akhirnyaberhenti. Mengapa buku itu berhenti?

Sebuah gaya tak terlihat bekerja antara buku dan mejatersebut. Gaya itu adalah gesekan. Gesekan adalah gaya yangmelawan gerakan antara dua permukaan yang salingbersentuhan. Gesekan itulah yang menyebabkan gerakanbuku itu menjadi semakin lambat dan akhirnya berhenti.Menurut pendapatmu, gesekan manakah yang lebih besar:antara jalan basah dengan sepatumu ataukah antara jalankering dengan sepatumu? Besar gesekan bergantung padadua faktor, yaitu tingkat kekasaran kedua permukaan dangaya yang menekan terhadap kedua permukaan yangbergesekan itu. Perhatikan permukaan dua benda yangbergesekan pada Gambar 8.10. Lakukan kegiatan dalam LabMini 6.1 untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaanterhadap mudahnya benda bergerak.

Gambar 8.10Dua permukaan yang bersentuhan ketikadi-perbesar, tampak amat tidak teratur dankasar. Besar kecilnya gesekan yangtimbul pada kedua permukaan inidipengaruhi oleh kekasaran permukaantersebut.

Sumber: Dok. Penulis.

Gambar 8.9Buku yang diluncurkan di atas meja akhir-nya berhenti. Mengapa hal ini terjadi?

Sumber: Dok. Penulis.

Page 13: 09. IPA KLS 8 BAB 8

225 Bab 8 Gaya dan Tekanan 225

Gesekan Statis dan Gesekan KinetisTentunya kamu pernah melihat orang yang sedang

mendorong atau menarik sesuatu benda yang berat di ataslantai kasar. Untuk membuat benda itu mulai bergerak,orang itu mengerahkan gaya yang besar. Namun ketikabenda sudah bergerak, orang itu lebih santai dan hanyamengerahkan gaya yang tidak sebesar gaya sebelumnyauntuk membuat benda tetap bergerak.

Gambaran di atas mirip dengan apa yang kamu lakukandalam Lab Mini 8.2, diperlihatkan pada Gambar 8.11.Ketika kamu mengerahkan gaya yang relatif kecil padabalok, balok itu belum bergerak. Hal ini karena terdapatgaya gesekan antara permukaan balok dengan meja. Gayagesekan ini besarnya sama dengan gaya yang kamukerahkan, sehingga membentuk gaya-gaya setimbang danbenda diam. Gaya gesek yang terjadi pada saat benda masihdiam disebut gaya gesek statis. Bila gaya yang kamu

Lab Mini 8.1

Menganalisis Data GesekanPapan luncur di tempat bermain anak-anak tidak menyenangkan apabilagesekan antara papan dengan anak yangterlalu besar. Apa yang mempengaruhibesarnya gesekan itu?

Langkah-langkah1. Gunakan karton tebal dan kamu tahan

salah satu sisinya agar membentukbidang miring.

2. Aturlah kemiringan bidang miring itusedemikian rupa sehingga uang logamseratusan dapat meluncur turun sampaidi bawah.

3. Lekatkan bahan dengan jenispermukaan yang berbeda (misalnyakertas folio, kertas koran, dan kertasmanila) pada bidang miringmu. Temukansudut kemiringan tiap jenis permukaanuntuk membuat uang logam tersebutmeluncur ke bawah. Ukur sudutkemiringan tersebut dengan busur

derajat seperti ditunjukkan padagambar di atas. Catat datamu padasebuah tabel data.

Analisis1. Di antara tiga jenis permukaan tersebut,

permukaan manakah yang memerlukansudut paling kecil bagi logam itu untukmeluncur ke bawah? Apa perbedaanpermukaan itu dengan permukaan lain?

2. Bagaimanakah kamu dapat mengubahpermukaan itu, agar sudut kemiringanuntuk menggerakkan uang logamtersebut lebih kecil?

Sumber: McLaughin & Thonson, 1997.

Page 14: 09. IPA KLS 8 BAB 8

226 IPA SMP Kelas VIII

kerahkan pada balok semakin besar, maka gaya gesekstatisnya juga semakin besar, sampai dengan benda tepat akanbergerak. Pada saat ini gaya geseknya terbesar, disebut gayagesek statis maksimum. Bila kamu memperbesar gayatarikmu pada balok, maka gaya yang kamu kerahkanmelebihi gaya gesek statis maksimum dan benda menjadibergerak.

Pada saat kamu menarik balok dengan kecepatan tetap,sesuai hukum pertama Newton resultan gaya yang bekerjapada balok sama dengan nol. Hal ini berarti gaya yang kamukerahkan tersebut disetimbangkan oleh gaya gesek antarapermukaan balok dengan meja. Gaya gesek yang terjadipada saat benda bergerak disebut gaya gesek kinetis. Sesuaidengan hasil pengukuran yang kamu lakukan dalam LabMini 8.2, besar gaya gesek kinetis lebih kecil daripada gayagesek statis maksimum.

Gambar 8.11Balok yang terletak di atas permukaan kasar ditarik dengan gaya F.

Sumber: Dok. Penulis.

F

fs

F

fs

F fs max

F Fk

(a) Saat gaya kecil Fdikerahkan, timbul gayagesek statis (fs) antarapermukaan balokdengan lantai.

(b) Bila gaya F diperbesar,gaya gesek statis (fs)juga semakin besar.

(c) Pada saat balok tepatakan bergerak, gayagesek statisnyamaksimum (fs max).

(d) Bila balok bergerak,maka gesekan yangterjadi adalah gayagesek kinetis (fk)

Page 15: 09. IPA KLS 8 BAB 8

227 Bab 8 Gaya dan Tekanan 227

Hidup Tanpa Gesekan?Gesekan tidak selalu merugikan. Jika tidak ada gesekan,

hidupmu menjadi sangat berbeda. Kamu tidak akan dapatberjalan atau bahkan menggenggam suatu benda. Gesekanantara sol sepatumu dengan lantai memungkinkan kamuberjalan. Kamu dapat menggenggam sebuah benda denganjari-jarimu karena ada gesekan. Temukan contoh gayagesekan yang lain dalam kehidupan sehari-hari.

Pada saat kamu menyelesaikan subbab ini, kamuseharusnya lebih menyadari bahwa gaya dan gerakmerupakan bagian dari segala sesuatu yang kamu lakukandan yang terjadi di sekitarmu.

Gesekan Statis dan Kinetis

Prosedur1. Letakkan balok berpengait di atas meja. Kaitkan neraca pegas pada balok tersebut.2. Tariklah balok tersebut, dengan gaya makin lama semakin besar. Perhatikan besar

gaya yang kamu kerahkan pada neraca pegas. Perbesar terus gaya tarikmu, hinggabalok tepat akan bergerak. Ukurlah gaya yang kamu perlukan untuk menarik balokpada saat itu.

3. Tariklah balok tersebut, sehingga balok bergerak dengan kecepatan tetap. Ukurlahgaya yang kamu perlukan untuk menarik balok pada saat itu.

AnalisisApa yang menyebabkan balok tersebut belum bergerak, walaupun kamu mengerahkangaya padanya? Bandingkan penunjukan gaya pada neraca pegas, saat balok tepatakan bergerak dan saat balok bergerak dengan kecepatan tetap.

Lab Mini 8.2

Kelembaman memegang peran pentingdalam berbagai olah raga. Dalam JurnalSainsmu, tulislah sebuah karangan yangmenggambar-kan peran kelembaman dalamolah raga kesukaanmu.

Page 16: 09. IPA KLS 8 BAB 8

228 IPA SMP Kelas VIII

Intisari Subbab

1. Jelaskan, manakah yang memiliki kelembaman lebih besar, mobil sedanyang melaju cepat ataukah truk yang sedang parkir.

2. Kamu tentunya pernah melihat orang melumasi bagian-bagian tertentu sepedanya.Mengapa mereka melakukan hal itu?

3. Berpikir kritis: Pikirkan dan kemudian jelaskan 3 contoh olah raga yang memanfaatkangaya untuk mengubah kecepatan sebuah benda atau seseorang.

Bina KeterampilanMengenal Sebab AkibatJelaskan apa yang terjadi pada tubuhmu ditinjau dari kelembaman, gesekan,

dan gaya pada saat kamu terpeleset dan jatuh di atas tanah yang licin.

Page 17: 09. IPA KLS 8 BAB 8

229 Bab 8 Gaya dan Tekanan 229

(a) (b)

Kata-kata IPAHukum kedua Newton

tentang gerakPercepatan gravitasi

Hambatan udara

Gambar 8.12(a) Percepatan yang terjadi pada mobil-mobilan bergantung pada besar gaya yang dikerahkan

anak tersebut.(b) Agar mobil-mobilan yang bermuatan itu dapat bergerak dengan percepatan sama, anak

tersebut harus menariknya dengan gaya yang lebih besar.

Hukum Kedua Newton tentangGerak

Pernahkan kamu menarik mobil-mobilanmu?Perhatikan Gambar 8.12. Jika kamu tarik, mobil mainanmumulai bergerak. Semakin kuat kamu menariknya, semakincepat mobil itu bergerak. Jadi semakin besar gaya yangdikerahkan, semakin besar pula percepatannya. Jika mobil-mobilanmu kamu beri beban, kamu harus menarik lebihkuat untuk membuatnya bergerak. Gaya lebih besar jugadiperlukan untuk mempercepat mobil-mobilanmu yangtelah kamu beri beban tersebut.

Jadi gaya yang dikerahkan pada sebuah benda sehinggabenda tersebut mengalami percepatan sebanding denganmassa benda dan percepatan benda itu. Secara matematispernyataan tersebut dapat ditulis:

Gaya = massa × percepatan

atau

F = m × a

Persamaan ini dikenal dengan hukum kedua Newtontentang gerak.

Sumber: Dok. Penulis.

BGerak Dipercepat

Page 18: 09. IPA KLS 8 BAB 8

230 IPA SMP Kelas VIII

Bila massa bersatuan kilogram (kg) dan percepatanbersatuan m/s2, maka gaya bersatuan kg m/s2. Perhatikan,satuan kg m/s2 disebut juga newton (N). Satu newton samadengan gaya yang diperlukan untuk mempercepat bendabermassa 1 kg dengan percepatan 1 m/s2. Dengan kata lain1 N = 1 kg × 1 m/s2.

Perhatikan pemain tenis meja pada Gambar 8.13. Pemainitu memanfaatkan sebuah raket untuk menghasilkanpercepatan pada bola tenis meja tersebut. Pengaruh apa yangakan diperoleh terhadap percepatan bola, jika pemaintersebut menggunakan bola tenis yang lebih berat (misalnyabola tenis lapangan)? Apa yang harus dilakukan pemain ituagar bola tenis mejanya memiliki percepatan besar saatdipukul?

Gaya yang bekerja pada sebuah benda menyebabkanbenda tersebut dipercepat dalam arah yang sama denganarah gaya itu. Percepatan itu ditentukan oleh besar gaya danmassa benda tersebut. Gaya lebih besar yang bekerja padasuatu benda menyebabkan percepatan yang lebih besar.Benda bermassa lebih besar memerlukan gaya yang lebihbesar daripada benda yang bermassa lebih kecil untukmencapai percepatan yang sama. Berarti sekarangseharusnya kamu dapat menjawab pertanyaan Gambar 8.13.

Dapatkah kamu menjelaskan dengan hukum keduaNewton, mengapa mobil kecil mengkonsumsi lebih sedikitbensin untuk menempuh jarak yang sama dengan yangditempuh mobil besar? Perhatikan contoh soal berikut agardapat menerapkan hukum keduaNewton dalam kehidupansehari-hari.

Gambar 8.13Apa yang dapat dilakukan pemain tenismeja tersebut agar mendapatkanpercepatan yang besar pada bolanya?

Sumber: Dok. Penulis.

Page 19: 09. IPA KLS 8 BAB 8

231 Bab 8 Gaya dan Tekanan 231

Penggunaan Matematika

Menghitung GayaSoal ContohSeseorang mendorong meja 250 kg dengan gaya 75 N. Berapakahpercepatan meja tersebut?Langkah-langkah Penyelesaian:1. Apa yang diketahui?

massa meja, m = 250 kggaya, F = 75 N

2. Apa yang tak diketahui?percepatan, a

3. Pilih persamaannya, F = m x a4. Penyelesaian:

F = m x a, maka a = = = 0,3 m/s2

Soal ContohBerapakah besar gaya yang diperlukan untuk mempercepat sepedamotor bermassa 200 kg dan pengendara bermassa 70 kg sebesar4 m/s2?Langkah-langkah Penyelesaian:1. Apa yang diketahui?

massa pengendara, mp = 70 kgmassa sepeda motor, ms = 200 kgpercepatan, a = 4 m/s2

2. Apa yang tak diketahui?gaya yang diperlukan, F

3. Pilih persamaannya, F = ma4. Penyelesaian:

Massa total, m , adalah70 kg + 200 kg = 270 kg

F = 270 kg x 4 m/s2

= 1080 kg m/s2 = 1080 N Diperlukan gaya sebesar 1080 N

Soal Latihan1. Diperlukan gaya 3000 N untuk mempercepat sebuah mobil kosong

bermassa 1000 kg pada percepatan 3 m/s2. Jika seorang pegulatbermassa 160 kg berada di dalam mobil tersebut, berapakahgaya yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan yang sama?

2. Seorang anak menarik sebuah mobil-mobilan bermassa 2,5 kgdengan gaya 4 N. Berapakah percepatan mobil-mobilan itu?

Fm

75250

Sumber: http:www//triatmono.worldpress.com.

Page 20: 09. IPA KLS 8 BAB 8

232 IPA SMP Kelas VIII

Benda JatuhSulit dipercaya, jika kamu menjatuhkan bola besi tolak

peluru dan kelereng dari atas jembatan secara serentak,kedua benda tersebut akan tercebur ke dalam air pada saathampir bersamaan. Hal ini berarti percepatan gerak keduabenda tersebut juga hampir sama. Apakah kamu mendugabola besi tolak peluru menghantam air lebih dulu, karenamemiliki massa lebih besar? Memang benar bahwa gayagravitasi pada bola boling lebih besar, karena massanyalebih besar. Namun massa yang lebih besar membuatkelembaman bola boling tersebut menjadi lebih besar pula,sehingga lebih banyak gaya diperlukan untuk mengubahkecepatannya. Kelereng memiliki massa jauh lebih kecildaripada bola boling, namun kelembamannya juga jauhlebih kecil. Gambar 8.14 memperlihatkan foto gerak jatuhdua bola. Bola besar memiliki massa lebih besar daripadabola kecil, namun dapat kamu lihat kedua bola tersebut jatuhdengan kecepatan yang sama.

Percepatan oleh GravitasiDi dekat permukaan Bumi, gravitasi menyebabkan

semua benda jatuh dipercepat sebesar 9,8 m/s2,. Jikademikian, berapakah gaya gravitasi yang bekerja padabenda itu? Gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah bendadisebut juga berat benda itu. Sesuai dengan hukum keduaNewton, gaya dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan:

F = m × a.

Berat suatu benda, w, adalah gaya gravitasi F yangbekerja pada massa benda tersebut. Oleh karena itu, kitadapat mengganti F dengan w dan menuliskan

w = m × a.Di permukaan bumi, percepatan oleh gravitasi adalah

9,8 m/s2, sehingga:

w = m × 9,8 m/s2.

Berarti benda dengan massa 1 kg, beratnya dipermukaan bumi 9,8 kg m/s2 atau 9,8 N. Kamu dapatmenghitung beratmu dalam newton jika kamu mengtahuimassa tubuhmu. Sebagai contoh, jika massa tubuhmu 50 kg,maka berat badanmu 490 N.

Gambar 8.14Seperti ditunjukkan foto ini, percepatansebuah benda jatuh tidak dipengaruhi olehmassa benda itu. Apa pengaruhkelembaman terhadap benda jatuh?

Sumber: Awater et al., 1998.

Page 21: 09. IPA KLS 8 BAB 8

233 Bab 8 Gaya dan Tekanan 233

Ingatlah bahwa pembahasan ini hanya berlakuuntuk benda jatuh bebas, yakni benda yangdilepaskan dari ketinggian tertentu dan hanyadipengaruhi oleh gaya gravitasi. Pada saatdilepaskan kecepatan benda tersebut sama dengannol. Jika benda dilempar ke bawah, benda tersebutdipengaruhi oleh gravitasi dan gaya ke bawah dariayunan tangan. Oleh karena itu pada saat benda tersebutdilempar ke bawah, percepatan ke bawah benda itu lebihbesar daripada 9,8 m/s2.

Hambatan UdaraPercepatan gravitasi (g) adalah sama untuk semua

benda, tidak memandang berapapun besar massanya. Iniberarti jika tidak ada gaya lain selain gaya gravitasi,percepatan semua benda adalah 9,8 m/s2.Pikirkan hal ini beberapa saat . Apakahsehelai daun jatuh secepat buahnya? Apakahkertas jatuh secepat kapur?

Perhatikan Gambar 8.15. Apa yangterjadi jika dua lembar kertas yang sama,salah satunya diremas menjadi bola kertas,kemudian keduanya dijatuhkan secarabersamaan? Jika jawabanmu bahwa bolakertas tersebut sampai di tanah lebih dulu,kamu benar. Namun kenyataan ini tidaksesuai dengan apa baru saja kamu pelajari.Bagaimanakah ketidak-cocokan ini dapatdijelaskan?

Satu-satunya penjelasan untukkenyataan ini adalah adanya gaya yangbekerja selain gravitasi. Semua benda yangbergerak dalam atmosfer Bumi dipengaruhioleh hambatan udara. Hambatan udaraadalah gaya yang diberikan udara kepadasuatu benda bergerak. Gaya ini berlawanandengan gerak benda tersebut.

Pada sebuah benda jatuh, hambatanudara mendorong ke atas ketika gravitasi menarik bendatersebut ke bawah. Besar hambatan udara bergantung pada

Gambar 8.15Gravitasi dan hambatan udara, dua gayatersebut bekerja pada kertas, tidakkelihatan. Bagaimanakah kita mengetahuibahwa gaya-gaya ini ada?

Sumber: cf. McLaughin & Thonson, 1997.

Page 22: 09. IPA KLS 8 BAB 8

234 IPA SMP Kelas VIII

kelajuan, ukuran, bentuk, dankerapatan benda. Hambatan udara inimembuat parasut pada Gambar 8.16bergerak ke bawah cukup pelansehingga orang tersebut dapatmendarat dengan selamat.

Gambar 8.16Hambatan udara yang bekerja pada parasutmemungkinkan parasut itu bergerak cukup pelansehingga penerjun dapat mendarat dengan selamat.

1. Berapakah gaya gravitasi yang bekerja pada buah kelapa bermassa 5kg yang jatuh dengan percepatan 9,8 m/s2?

2. Bola sepak massanya lebih besar daripada bola kasti. Gunakan hukum kedua Newtonuntuk menjelaskan mengapa pemain bola tidak dapat melemparkan bola sepak sejauhbola kasti.

3. Berpikir kritis: Gunakan apa yang telah kamu pelajari tentang benda jatuh dan hambatanudara untuk menjelaskan mengapa seorang penerjun payung dapat mendarat denganselamat.

Gunakan timbangan untuk menimbang massa balon kosong dan balon berisiudara. Jatuhkan kedua balon tersebut bersamaan dari ketinggian yang sama. Apakahpersamaan dan perbedaan kelajuan jatuh kedua balon tersebut?

Sumber: http://www.resimcity.com.

Intisari Subbab

Bina KeterampilanMenemukan Persamaan dan Perbedaan

Penggunaan Matematika

Hambatan udara

gravitasi

 

 

Sebuah benda dijatuhkan dari puncak menara. Berapakah kecepatan-nya pada saat akhir detik ke-2? Pada akhir detik ke-5? Sesaat sebelum menyentuhtanah setelah akhir detik ke-12?

(Gunakan persamaan kecepatan pada gerak lurus berubah beraturan)

Page 23: 09. IPA KLS 8 BAB 8

235 Bab 8 Gaya dan Tekanan 235

Hukum Ketiga Newton tentangGerak

Doronglah tembok kelas dengan kedua tanganmu. Apayang kamu rasakan? Kamu akan merasakan terdorong kebelakang. Semakin kuat kamu mendorongnya, semakin kuatpula kamu merasa terdorong ke belakang. Kakimu ataubadanmu akan bergeser ke belakang. Jadi bila kamumemberikan gaya aksi pada sebuah tembok, pada saat yangsama tembok tersebut memberikan gaya reaksi kepadamu,seperti ditunjukkan pada Gambar 8.17.

Hukum ketiga Newton tentang gerak menyatakanhubungan gaya aksi-reaksi tersebut, seperti ini: Apabila suatubenda mengerahkan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebutmengerahkan gaya pada benda pertama sama besar dan berlawananarahnya. Dalam bahasa yang lebih sederhana dapat dikatakan“Untuk setiap gaya aksi, terdapat suatu gaya reaksi yang besarnyasama dan arahnya berlawanan.” Dengan kata lain setiap gayapasti memiliki pasangan yang besarnya sama dan arahnyaberlawanan. Pasangan gaya ini disebut pasangan aksi-reaksi.

Pasangan Aksi-ReaksiMarilah kita bahas contoh lain tentang pasangan aksi-

reaksi tersebut. Perhatikan Gambar 8.18. Seorang anaksedang melompat dari skate board. Pada saat anak itumelompat ke depan, skate board meluncur ke belakang.Mengapa hal ini terjadi? Pada saat anak itu melompat, skateboard mengerahkan gaya pada kakinya, mendorong anak itubergerak ke depan. Bersamaan dengan itu, kakinyamengerahkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah kepadaskate board, sehingga skate board itu bergerak ke belakang.

Gambar 8.17Saat orang ini mendorong tembok,tembok tersebut mendorong balikdengan gaya yang sama besar.

Sumber: Dok. Penulis.

Aksi dan Reaksi C

Kata-kata IPAHukum ketiga Newton

tentang gerakGaya aksi

Gaya reaksi

Page 24: 09. IPA KLS 8 BAB 8

236 IPA SMP Kelas VIII

Gaya-gaya yang Bekerja pada Benda yangBerbeda

Hukum ketiga Newton dapat digunakan untukmenjelaskan mengapa perenang pada Gambar 8.19 dapatbergerak melintasi air tersebut. Dengan ayunan lengannya,perenang itu mengerahkan suatu gaya pada air. Air tersebutmendorong balik perenang itu dengan gaya yang sama danarah berlawanan. Namun, jika gaya itu sama, bagaimanaperenang itu dapat bergerak maju? Hal ini dapat terjadikarena gaya-gaya itu bekerja pada benda yang berbeda. Gaya“aksi” bekerja pada air; gaya “reaksi” bekerja pada perenang.Perenang tersebut yang massanya jauh lebih kecil daripadamassa sekolam air, mengalami percepatan lebih besardaripada percepatan air tersebut.

Gambar 8.19Ketika tangan dan kaki perenangmendorong air, air tersebut mendorongpe-renang itu, membuatnya bergerak kedepan.

Gambar 8.18Pada saat anak itu melompat ke depandari skate board, ternyata skate boardbergerak ke belakang. Sumber: Dok. Penulis.

Sumber: www.wikimu.com/News.

Page 25: 09. IPA KLS 8 BAB 8

237 Bab 8 Gaya dan Tekanan 237

Gambar 8.21“Gaya aksi” dari gas yang mengembangmendorong roket ke atas. “Gaya reaksi”

roket mendorong keluar gas itu.

Hal penting yang perlu diingat pada saat berhubungandengan hukum ketiga Newton adalah bahwa gaya aksi-reaksi bekerja pada benda yang berbeda. Jadi, walaupunkedua gaya itu sama, tetapi kedua gaya itu tidak setimbang.Dalam kasus perenang tersebut, air mendorong majuperenang itu, mengatasi gesekan yang ia jumpai. Pasangangaya-gaya yang terlibat dalam pelemparan sebuah bola bas-ket akan menyebaban kursi roda pada Gambar 8.20 bergerakmundur.

Kamu mungkin mengkaitkan gaya dengan benda-bendaaktif seperti manusia, binatang, dan mesin-mesin. Hal inimembuat sulit bagimu untuk membayangkan benda-bendaseperti tembok, meja, atau lantai dapat mengerahkan gaya.Bagai-manapun juga hal ini memang benar. Tekanlah pojokmeja dengan tanganmu. Meja itu mungkin tetap diam, tetapipada telapak tanganmu membekas permukaan meja itu.Bekas ini merupakan bukti bahwa meja tersebutmemberikan gaya kepada tanganmu. Semakin kuat kamumenekannya, semakin kuat pula meja tersebut mendorongtanganmu.

Peluncuran RoketMungkin kamu pernah melihat tayangan

di televisi mengenai peluncuran roket. Gerakroket adalah contoh lain penerapan hukumketiga Newton tentang gerak. PerhatikanlahGambar 8.21. Bahan bakar dinyalakan didalam mesin pembakar, menghasilkan gaspanas. Gas panas mendorong ke segala arahdi dalam roket, dan menyembur keluarmelalui bagian bawah roket. Dorongan gas keatas tersebut meluncurkan ke atas roket itu.Pada saat gas tersebut menyembur ke bawah,bergerak turun, roket itu bergerak ke arahyang berlawanan, atau naik. Dapatkah kamumenjelaskan, mengapa burung pada Gambar8.22 mengepakkan sayapnya? Lakukankegiatan Lab Mini 8.3 untuk lebih memahamigaya aksi dan reaksi.

Sumber: http://www.ocw.mit.edu.

Sumber: Dok. Penulis.

Gambar 8.20Ketika anak itu melemparkan bola basket

ke depan, ia akan terdorong sedikit kebelakang.

Gaya Reaksisemburan gas

Gaya Aksiroket dipercepat

Page 26: 09. IPA KLS 8 BAB 8

238 IPA SMP Kelas VIII

1. Bagaimanakah bunyi hukum ketiga Newton tentang gerak?2. Dengan menggunakan hukum ketiga Newton tentang gerak, jelaskan

apa yang terjadi bila seekor burung mengepakkan sayapnya saat terbang.3. Berpikir kritis: Kamu sedang menarik sebuah mobil mainan. Gaya antara tanganmu

dengan tali mobil itu sama dan berlawanan. Namun mobil itu bergerak dipercepat searahdengan gerakmu, namun tali tidak bergerak berlawanan dengan kamu karena ditarikmobil-mobilan menuju ke kamu. Jelaskan, bagaimana hal ini terjadi.

Gambar 8.22Saat terbang di udara, burung-burungtersebut bergantung pada hukum ketigaNewton tentang gerak. Dapatkah seekorburung terbang andaikata tidak adaudara?

Sumber: http://www.hickerphoto.com.

Intisari Subbab

Bina KeterampilanKeterampilan Menulis

Lab Mini 8.3

Bagaimana kamu dapat mengirimkan “paket”dengan roket balon?

Langkah-langkah1. Buatlah suatu jalur pengarah untuk roket balonmu

dengan membentangkan tali kail 8 m melalui sebuahsedotan. Ikatkan ujung-ujung tali itu pada kursi.

2. Tiup sebuah balon dan tekan rapat-rapat ujungnya.Lekatkan sebuah benda kecil pada balon di tempatyang tidak atau hanya sedikit mengganggu perjalananroket balon itu.

3. Dengan selotip, lekatkan balon yang telahmenggelembung tersebut pada sedotan yang terletakdi salah satu ujung tali.

4. Lepaskan balon itu. Ukurlah jarak perjalanan roketmusampai cm terdekat.

Analisis1. Apa yang membuat roket meluncur ke depan?

Bagaimana peluncuran ini mendemonstrasikanhukum ketiga Newton?

2. Apakah kamu berpikir bahwa roketmu akan bergeraklebih jauh jika tidak membawa beban? Perubahanapa yang dapat kamu lakukan agar roketmu bergeraklebih jauh?

Buatlah tulisan tentang contoh-contoh lain penerapan hukum ketiga Newtontentang gerak.

Page 27: 09. IPA KLS 8 BAB 8

239 Bab 8 Gaya dan Tekanan 239

Gambar 8.23Dua pasang jejak sepatu orang yang sama, memakai sepatu yangberbeda. Apa yang menyebabkan jejak sol sepatu pada Gambar(B) lebih dalam?

Pada saat kamu memikirkan tentang gaya dan hukumNewton tentang gerak, apakah kamu hanya memikirkanbahwa gaya-gaya tersebut hanya bekerja pada benda-bendapadat, seperti mendorong sebuah kotak, menarik sebuahkereta, mengangkat sebuah bangku? Meskipun kamumungkin tidak menyadarinya, gaya secara alamiah juga adadalam fluida.

Apa yang kamu rasakan pada telingamu saat kamumenyelam di dalam air? Telingamu seperti ada yangmenekan. Pengalamanmu itu menunjukkan bahwa airmengerahkan gaya pada telingamu.

Air termasuk fluida. Fluida adalah bahan yang tidakmemiliki suatu bentuk tetap tertentu. Bentuk fluidaberubah-ubah sesuai bentuk tempatnya. Zat cair dan zat gasadalah fluida.

Ketika sedang bernapas, berenang, atau menyelam kamuakan mendapatkan gaya-gaya yang dihasilkan oleh fluida .Kamu mungkin tidak percaya, bahwa pada saat ini ada gayayang menekan punggungmu. Tahukah kamu, gaya apa itu?mengapa kamu tidak merasakannya? Untuk mengetahuinya,marilah kita bahas tekanan.

Sumber: Dok. Penulis.

Tekanan D

Kata-kata IPAFluida

TekananGaya apung

Prinsip ArchimedesPrinsip PascalMesin hidrolik

Tekanan udaraHukum Boyle

Hukum Charles

A B

Page 28: 09. IPA KLS 8 BAB 8

240 IPA SMP Kelas VIII

Apakah Tekanan itu?Kamu mungkin pernah mengamati jejak-jejak sepatu

pada tanah basah, seperti Gambar 8.23. Kedua pasang jejakitu berasal dari orang yang sama, namun orang itumengenakan sepatu yang berbeda. Walaupun berat orangitu sama, namun pengaruhnya terhadap tanah tersebutberbeda. Apa yang membuat berbeda? Perhatikan luas solkedua sepatu itu. Untuk gaya berat yang sama, semakinkecil luas permukaan sol sepatu, ternyata jejak kakinyasemakin dalam. Besaran dalam fisika yang mengkaitkangaya dengan luas permukaan disebut tekanan.

Tekanan dapat dihitung dengan membagi gaya yangdikerahkan dengan luas yang dikenai gaya tersebut.

Gambar 8.24Berbagai peralatan tidak akan bekerjadengan semestinya bila tekanan gas didalamnya tidak normal. Bola basketmanakah yang tekanan udaranya kurang?

tekanan =gayaluas

p =FA

Sumber: Dok. Penulis.

Bila gaya diukur dalam satuan newton (N) dan luas diukurdalam meter persegi (m2), maka tekanan diukur dalamsatuan newton per meter persegi (N/m2). Pascal (Pa) adalahsatuan SI untuk tekanan. Satu pascal tekanan adalah suatugaya sebesar satu Newton per meter persegi. Seringkalitekanan diukur dalam satuan kilopascal (kPa). Satu kPasama dengan 1000 Pa.

Bagaimanakah Fluida dapat MenghasilkanTekanan?

Mungkin kamu telah akrabdengan istilah-istilah tekanan air,tekanan udara, dan tekanandarah. Berbagai peralatan tidakakan bekerja dengan semestinyabila tekanan fluida di dalamnyatidak seperti yang seharusnya,seperti ditunjukkan padaGambar 8.24. Bagaimanakah

fluida dapat menghasilkan tekanan? Perhatikan Gambar8.25. Semua benda tersusun dari partikel-partikel yangsangat kecil. Gaya yang ada dalam fluida disebabkan oleh

Page 29: 09. IPA KLS 8 BAB 8

241 Bab 8 Gaya dan Tekanan 241

Gambar 8.25Susunan dan gerakan partikel-partikel penyusun suatu zat menentukan ciri-ciri zat.Saat pengamatanmu pindah dari padat menuju gas, partikel-partikel dalam gambartersebut menjadi lebih menyebar dan gerakannya bertambah. Bagaimana kenyataanini, menjelaskan mengapa gas menghasilkan tekanan yang paling besar?

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

massa dan gerak partikel-partikel yang membentuk fluidatersebut. Di dalam zat padat, partikel-partikel tersebuttersusun sangat rapat. Oleh karena itu partikel-partikel zatpadat tersebut tidak bebas bergerak. Namun, di dalam zatcair dan gas partikel-partikelnya tidak tersusun secara rapat.Jadi partikel-partikel itu lebih bebas bergerak. Partikel-partikel penyusun fluida tersebut secara terus-menerusbergerak ke segala arah. Pada saat bergerak, partikel-partikelitu menumbuk partikel-partikel lain dan dinding wadahfluida dengan gaya yang besarnya bergantung pada massadan percepatan partikel tersebut. “Dorongan” atau gaya olehpartikel-partikel tersebut yang bekerja pada suatu luastertentu disebut tekanan. Tekanan fluida bekerja ke segalaarah sama besar.

Kegiatan Penyelidikan yang telah kamu lakukan,menunjukkan bahwa udara yang menyelimuti Bumi kita,atau atmosfer Bumi mempunyai tekanan. Tekanan atmosferyang paling besar adalah di permukaan laut. Udara dalamatmosfer mengerahkan tekanan sebesar 10,13 N/cm2 dipermukaan laut. Jika punggungmu memiliki luas 1000 cm2,maka udara menekan punggungmu dengan gaya 10130 N.Gaya ini hampir sama dengan berat sebuah mobil! Apa yangmembuat tubuhmu tidak remuk oleh gaya sebesar ini?Fluida di dalam tubuhmu juga mengerahkan gaya. Tekananudara di luar tubuhmu disetimbangkan oleh tekanan fluidadi dalam tubuhmu. Oleh karena itu kamu tidak merasakangaya dari udara di luar tubuhmu tersebut.

Page 30: 09. IPA KLS 8 BAB 8

242 IPA SMP Kelas VIII

Sumber: Dok. Penulis.

Perbedaan TekananKamu barangkali tidak menaruh banyak

perhatian terhadap apa yang sedang kamulakukan pada saat kamu minum melalui sebuahsedotan. Namun apa yang sesungguhnya kamulakukan pada saat minum dengan menggunakansedotan, seperti Gambar 8.26 adalah menyedotsebagian besar udara di dalam sedotan.Penyedotan itu menyebabkan tekanan udara didalam sedotan menurun. Tekanan udara luarsekarang lebih besar daripada tekanan udara didalam sedotan sehingga mendorong permukaanminumanmu ke bawah. Dorongan inimemberikan gaya kepada minuman dan naikmelalui sedotan, dan kemudian masuk ke dalammulutmu! Prinsip yang memungkinkan kamuminum melalui sedotan merupakan sifat pentingyang dimiliki fluida. Fluida akan bergerak dari daerahbertekanan lebih tinggi menuju daerah bertekanan lebih

rendah. Peristiwa ini juga dapat kamu lihat saat kamumembuka minuman bersoda, seperti Gambar 8.27.

Pelajari contoh soal mengitung tekanan, setelah itukerjakan soal-soal latihannya, agar kamu dapat menerapkancara-cara menghitung tekanan.

Gambar 8.26(a) Air dari dalam gelas dapat naik ke

dalam rongga mulut anak ini melaluisedotan karena tekanan udara yangmendorong ke bawah pada cairan diluar sedotan lebih besar daripadatekanan udara di dalam sedotantersebut.

(b) Perbedaan dalam tekanan inimenyebabkan cairan tersebutmengalir ke atas.

Gambar 8.27Pop... Cessss. Ini adalah bunyi yang kamudengar saat membuka botol minuman.Berbagai jenis minuman ditempatkan padabotol atau kaleng bertekanan udara tinggi.Pada saat botol tersebut dibuka, tekanantersebut lepas dan terjadi bunyi yangkamu dengar tersebut.

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

(a) (b)

tekanan udara

tekanan udaraberkurang

Page 31: 09. IPA KLS 8 BAB 8

243 Bab 8 Gaya dan Tekanan 243

Penggunaan Matematika

Menghitung Tekanan

Soal ContohSeseorang yang beratnya 600 N memakai sepasangsepatu. Luas telapak sepasang sepatu tersebut yangmenyentuh tanah 400 cm2. Berapa pascalkah tekanansepatu itu pada lantai?

Langkah-langkah Penyelesaian:

1. Apa yang diketahui?luas permukaan, A = 400 cm2

gaya, F = 600 N2. Apa yang tidak diketahui?

tekanan, p3. Pilih persamaannya,4. Penyelesaian:

Agar menghasilkan satuan tekanan dalam pascal,maka satuan luas harus dijadikan m2.

A = 400 cm2 = 400 x 10-4 m2 = 4 x 10-2 m2

Soal Latihan

1. Sebuah balok dengan berat 600 N berada di lantai.Luas permukaan balok yang menyentuh permukaanlantai 400 cm2. Berapa kPa tekanan pada lantai olehbalok tersebut?

2. Luas permukaan sepasang sepatu yang dipakaiseorang penumpang pesawat 200 cm2. Beratpenumpang itu 800 N. Berapakah tekananpenumpang tersebut terhadap lantai pesawat?

p =FA

p = = = 1,5 x 104 N/m2 = 1,5 x 104 Pa.F 600 NA 4 x 10-2 m 2

Page 32: 09. IPA KLS 8 BAB 8

244 IPA SMP Kelas VIII

Tekanan HidrostatikApa yang kamu rasakan di telingamu pada saat kamu

menyelam di dalam air? Telingamu akan terasa semakinsakit pada saat kamu menyelam semakin dalam. Hal initerjadi karena semakin dalam kamu menyelam, tekanan airtersebut semakin besar. Karena gaya gravitasi, tekanan didalam fluida bertambah sesuai kedalamannya. Semakinbesar kedalaman tersebut, semakin besar pula tekanantersebut. Mari kita lihat mengapa demikian.

Misalkan air di kolam pada Gambar 8.28 telah dibagimenjadi 5 lapisan. Karena gaya gravitasi menarik ke bawahpartikel-partikel pada lapisan 1, maka lapisan tersebutmemiliki suatu berat tertentu. Gaya berat dari lapisan 1menekan ke bawah pada lapisan 2. Lapisan 2 ini memilikigaya gravitasi pada partikel-partikelnya sendiri ditambahgaya dari berat lapisan 1. Oleh karena itu tekanan padalapisan 2 lebih besar daripada tekanan dalam lapisan 1.Bagaimana halnya pada lapisan 3? Lapisan 3 memiliki gayagravitasi pada partikel-partikelnya sendiri ditambah beratdua lapisan pertama yang mendorong ke bawah lapisan 3

tersebut. Akibatnya, tekanan pada lapisan 3lebih besar dari lapisan manapun di atasnya.Lapisan paling bawah atau kedalaman pal-ing dalam dari setiap fluida akan memilikitekanan paling besar karena lapisan itumendapatkan gaya dorong paling besar darilapisan di atasnya.

Gambar 8.28Seperti yang dirasakan setiap penyelam, tekanan di dalam fluida meningkatsesuai kedalamannya. Dimanakah tekanan terbesar di dalam kolam renang?

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

berat

berat

berat

berat

berat

Gravitasi

Page 33: 09. IPA KLS 8 BAB 8

245 Bab 8 Gaya dan Tekanan 245

Gambar 8.29(a) Akibat tekanan oleh zat cair

bertambah besar bila semakin dalam,pancaran air di bagian bawah gelaslebih kuat daripada di bagian atasnya.

(b) Mengapa bagian bawah sebuahbendungan dibuat lebih tebaldaripada bagian atasnya?

(B)

Bertambahnya tekanan seiring dengan ber-tambahnya kedalaman fluida memiliki berbagai akibatpenting. Perhatikan Gambar 8.29. Aliran air dari lubangpada bagian lebih bawah gelas memancar kuat.Bendungan dirancang semakin bawah semakin tebal,karena bagian bawah bendungan memperoleh tekananlebih besar daripada bagian atasnya. Kapal selam yangmenyelam terlalu dalam di lautan dindingnya dapatmelesak (ringsek) ke dalam karena tekanan air yang amatbesar. Penyelam yang menyelam terlalu dalam bisamendapatkan masalah serius akibat bertambahnyatekanan air.

Bagaimanakah tekanan pada titik-titik yangkedalamannya sama di dalam suatu zat cair? Titik-titikdi dalam suatu zat cair yang kedalamannya sama mempunyaitekanan yang sama. Perhatikan Gambar 8.29(a). Pancarandi sebelah kiri bawah sama dengan pancaran air disebelah kanan bawah karena kedua titik tersebutkedalamannya sama.

Perhatikan Gambar 8.30. Permukaan suatu zat cair yangditempatkan pada sebuah bejana akan datar. Jika pipa Udiisi suatu zat cair, tinggi permukaan zat cair pada pipa itusama. Bahkan jika terdapat bejana berhubungan yangmemiliki berbagai bentuk pipa diisi suatu zat cair, tinggipermukaan zat cair tersebut dalam pipa-pipa tersebut sama.

Kenyataan ini dimanfaatkan untuk menentukan apakahdua titik memiliki ketinggian yang sama, oleh para tukangpembuat bangunan. Apa nama alat yang digunakan itu?

Gambar 8.30Permukaan suatu zat cair dalam bejanaakan datar, bagaimanapun bentuk bejanaitu.

Sumber: Dok. Penulis.

Sumber:http://www.id.wikipedia.org/wiki/Bendungan)

(b)

(a)

Sumber: Awater, et al., 1995)

Page 34: 09. IPA KLS 8 BAB 8

246 IPA SMP Kelas VIII

Prinsip ArchimedesPernahkah kamu bersantai dengan mengapungkan

punggungmu di dalam kolam renang seperti Gambar 8.54.Kamu merasa seperti tidak memiliki berat pada saat airtersebut menopangmu. Jika kamu perlahan-lahan naikkeluar dari kolam, kamu merasa tubuhmu seperti bertambahberat. Semakin tinggi kamu naik, kamu harus semakinbanyak mengerahkan otot-ototmu untuk menopangtubuhmu. Pada saat kamu berada di dalam kolam renangtersebut, kamu mengalami gaya apung. Gaya apung adalahkemampuan suatu fluida, zat cair atau gas, untukmengerahkan suatu gaya ke atas pada suatu benda yangdibenamkan ke dalam fluida tersebut.

Besar gaya apung tersebut menentukanapakah sebuah benda akan terapung atautenggelam di dalam suatu fluida. Jika gayaapung lebih kecil daripada berat bendatersebut, benda itu akan tenggelam. Jika gayaapung tersebut sama dengan berat benda,seperti pada Gambar 8.31, benda tersebutterapung. Kadang-kadang gaya apung padasebuah benda lebih besar daripada berat bendatersebut. Gaya ini adalah gaya yang mengangkatsebuah balon berisi gas helium yang bergerakke atas di udara. Ketika balon tersebut dilepas,gaya apung lebih besar daripada gaya beratbalon, menyebabkan balon bergerak dipercepatke atas.

Bagaimana Kapal Terapung?

Seperti halnya hasil kegiatanmu dalam LabMini 8.4, Archimedes (seorang ahli matematikaYunani yang hidup dalam abad ketiga sebelumMasehi), menemukan penjelasan tentang gaya

apung. Menurut prinsip Archimedes, gaya apung yang bekerjapada suatu benda di dalam suatu fluida sama dengan berat fluidayang dipindahkan oleh benda itu.

Andaikan kamu meletakkan sebuah balok kayu di ataspermukaan air. Balok itu akan memindahkan air pada saatbalok itu mulai bergerak terbenam ke dalam air; namunhanya sampai berat air yang dipindahkan itu sama dengan

Gambar 8.31Gaya-gaya yang bekerja pada orangyang terlentang di lantai berbedadengan orang yang terlentang didalam air.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Sumber: Dok. Penulis.

Page 35: 09. IPA KLS 8 BAB 8

247 Bab 8 Gaya dan Tekanan 247

berat balok tersebut. Balok tersebut terapung, sepertiditunjukkan pada Gambar 8.32.

Misalkan kamu meletakkan balok baja seukuran balokkayu itu di atas permukaan air. Ketika balok baja itudiletakkan di atas permukaan air, balok itu mulai mendesakair saat masuk ke dalam air. Gaya apung mulai menekanbalok itu ke atas. Namun, karena massa jenis balok bajalebih besar daripada balok kayu, maka berat balok baja lebih

Gambar 8.32Perhatikan bahwa berat dan gayaapung setimbang untuk benda-bendaterapung. Benda-benda manakahyang memiliki gaya setimbang?

Sumber: Dok. Penulis.

Lab Mini 8.4

Berapa banyak air yang dipindahkansebuah benda?

Telah kamu ketahui, agar sebuah bendadapat terapung, harus ada gaya apungyang bekerja pada benda tersebut.Namun, seberapa besar gaya itu? Padasaat kamu melakukan aktivitas ini, ingatlahbahwa berat merupakan suatu ukurangaya.

Langkah-langkah1. Isi sebuah gelas kimia dengan air

hingga penuh.2. Letakkan panci di bawah gelas

tersebut, untuk menampung air yangtumpah dari gelas tersebut.

3. Ukurlah berat sebuah benda yang dapattenggelam di dalam air dengan neracapegas.

4. Dengan tetap menggantung di neraca,celupkan benda itu ke dalam air digelas kimia tersebut. Benda itu harustercelup seluruhnya di dalam air, namunjangan sampai menyentuh dasar gelas.Lihatlah gambar di samping. Sebagianair akan tumpah ke dalam panci.

8. Ukurlah beratbenda itu saatbenda itu berada didalam air.

6. Ukurlah berat sebuahwadah kecil yangdilengkapi gantungan.

7. Pindahkan seluruh airyang tumpah di dalampanci itu ke dalamwadah kecil itu, laluukurlah ulang beratwadah kecil itu.Kurangi berat inidengan beratwadah (langkah 6)untuk mendapatkan berat air yangtumpah.

Analisis1. Berapa newton berkurangnya berat

benda yang dicelupkan ke dalam airtersebut?

2. Bagaimanakah hubungan antara beratair yang dipindahkan tersebut denganberkurangnya berat benda yangdicelupkan ke dalam air tersebut?

Page 36: 09. IPA KLS 8 BAB 8

248 IPA SMP Kelas VIII

besar daripada balok kayu. Gaya ke atas ini tidak akan dapatmengimbangi berat balok baja itu, sehingga balok itutenggelam ke dasar.

Apabila demikian, bagaimana kapal dapat terapung?Misalkan kamu membentuk balok baja itu menjadi mangkokbesar dan berongga. Saat mangkok ini di letakkan di ataspermukaan air, ia akan mendesak lebih banyak air daripadabalok baja tersebut. Mangkuk itu mendesak cukup banyakair untuk mengimbangi berat mangkuk baja tersebut, danmangkuk-mangkuk itu terapung.

Pernahkah kamu mendengar atau melihat gambar kapalselam yang melayang di dalam air? Jika pada saat gaya beratbenda setimbang dengan gaya apung seluruh benda yangberada di dalam fluida, maka benda tersebut melayang didalam fluida. Untuk maksud tersebut kapten kapal selamakan memerintahkan untuk memasukkan atau menge-luarkan air laut sesuai kebutuhan. Jika air dimasukkan kedalam kapal selam, maka kapal selam itu bergerak ke bawah,dan sebaliknya jika ingin naik ke permukaan, maka airdikeluarkan dari kapal selam tersebut. Sedangkan pilot-pi-lot balon udara panas, seperti Gambar 8.33, menyesuaikanberat beban balon dengan gaya apung balon udara.

Gambar 8.33Sepintas lalu mungkin kamu tidak melihathubungan antara balon udara yang naiktinggi di angkasa dan kapal selam yangmenyelam di lautan. Sebenarnya,kapalselam maupun balon udara harus diaturberatnya untuk naik, turun, atau melayangpada ketinggian atau kedalaman tertentu.Beratnya diatur berdasarkan besar gayaapungnya.

Sumber: http://www.gifttrap.com.

Page 37: 09. IPA KLS 8 BAB 8

249 Bab 8 Gaya dan Tekanan 249

Gambar 8.34Keluarnya pasta gigi karena ditekankemasannya terjadi berdasar padaprinsip Pascal.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Prinsip PascalMisalkan kamu meniup balon hingga

menggelembung. Lalu kamu meremas satu ujung balonitu. Partikel-partikel udara di dalam balon tetap berada didalamnya, namun menjadi lebih rapat. Apa yang terjadidengan tekanan tambahan yang diberikan pada balon itu?Tekanan akan membesar pada setiap titik di dalam balonitu, termasuk ujung lain balon itu, sehingga ujung lain balonitu semakin menggelembung.

Ilmuwan Perancis, Blaise Pascal (1623-1662) menemukanbahwa tekanan di dalam fluida dipindahkan ke segala arahdengan besar yang sama. Sebagai contoh lain, saat kamumenekan bagian bawah kemasan pasta gigi pada Gambar8.34, pasta gigi itu keluar dari bagian atas kemasan tersebut.Kamu dapat mengamati gejala yang menunjukkan prinsipPascal pada Lab Mini 8.5.

Lab Mini 8.5

Bagaimanakah tekanan yang diberikanmempengaruhi luas fluida yang berbeda?

Prosedur

1. Masukkan air ke dalam pipet tetes kecil, dantempatkan pipet itu ke dalam botol plastik minumanringan ukuran 2-l yang berisi air hingga 1 cm dari ujungmulut botol.

2. Aturlah banyaknya air dalam pipet tetes hingga pipettersebut hampir terapung.

3. Tutup botol itu rapat-rapat.

Analisis

1. Apakah penambahan air di dalam pipet itumempengaruhi massa jenis pipet secarakeseluruhan?

2. Ketika kamu menekan kedua sisi botol itu, pengaruhapakah yang kamu amati pada permukaan air didalam pipet?

3. Di dalam bukumu, paparkan bagaimana prinsip Pas-cal menjelaskan pergerakan air di dalam pipettersebut.

Page 38: 09. IPA KLS 8 BAB 8

250 IPA SMP Kelas VIII

Gambar 8.35Cairan dalam sistem rem sebuah mobilmelipat-gandakan gaya yang diberikanpengemudi menjadi suatu gaya yangcukup besar untuk menghentikan mobilyang sedang bergerak tersebut.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Mesin HidrolikPemindahan tekanan ke segala arah sama besar dalam

suatu cairan merupakan prinsip yang mendasari alat-alathidrolik. Jadi, mesin hidrolik yang dapat mengangkatbenda-benda berat tersebut bekerja dengan memanfaatkanprinsip Pascal. Rem dan dongkrak mobil adalah contohmesin hidrolik. Mesin hidrolik menghasilkan gaya yangbesar dengan hanya mem-berikan gaya yang sangat kecil.Dengan kata lain, mesin hidolik melipat-gandakan gaya.

Perhatikan bagan mesin hidrolik di sebelah ini untukmemahami cara kerjanya. Tabung kecil dan tabung besardihubungkan oleh pipa. Luas penampang tabung kecil 5cm2. Luas penampang tabung besar 50 cm2. Masing-masingtabung diisi dengan fluida cair, biasanya minyak. Padamasing-masing tabung terdapat piston yang tertahan di ataspermukaan minyak.

Misalkan kamu memberikan gaya 500 N kepada pistonkecil. Tekanan pada piston kecil itu adalah:

Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan tersebutdipindahkan melalui fluida tanpa berubah besarnya. Olehkarena itu, piston besar juga mendapat tekanan 100 N/cm2.

Namun luas piston besar adalah 50 cm2.Sehingga, besar gaya total pada pistonbesar adalah:

100 N/cm2 x 50 cm2 = 5000 N.

Dengan mesin hidrolik ini kamudapat menggunakan berat tubuhmuuntuk mengangkat suatu benda yangberatnya sepuluh kali berat badanmu.

Kamu mungkin heran bagaimanamobil dengan massa lebih dari 1000 kgyang melaju kencang dapat dihentikandengan injakan ringan pada pedal rem.Gaya injakan itu sudah barang tentujauh lebih kecil daripada gaya yang

kamu perlukan seandainya kamu hendak menghentikanmobil itu dari luar. Sistem rem mobil itu juga merupakanmesin hidrolik. Dapatkah kamu menjelaskan bekerjanya remmobil, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.35?

p = = = 100 N/cm2.F 500 N

A 5 cm2

piston

minyak

rumahrem

ban

piston

kanvas rem

kanvas rem

PenggunaanMatematika

Luas = 5 cm2 Luas = 50 cm2

500 N 5000 N

Pist

on b

esar

Pist

on k

ecil

Tekanan yangdiberikanpada piston kecildapat dipindahkan kepiston besar melaluifluida. Dongkrakhidrolik bekerjaberdasarkan prinsipini.Hitunglah tekananyang diberikan padamasing-masing piston.

Page 39: 09. IPA KLS 8 BAB 8

251 Bab 8 Gaya dan Tekanan 251

Tekanan UdaraAir bukanlah satu-satunya fluida yang memiliki tekanan

yang berubah sesuai kedalamannya. Bumi kita diselimutilapisan udara, yang disebut atmosfer. Tekanan atmosfer kitajuga bervariasi. Tekanan tersebut berubah sesuai denganketinggian dari atas tanah. Semakin tinggi suatu tempat,maka tekanan udaranya semakin rendah. Pada ketinggianlebih tinggi, dalam suatu daerah tertentu terdapat partikel-partikel udara yang lebih sedikit. Partikel-partikel yang lebihsedikit mendorong satu sama lain menghasilkan tekananlebih rendah.

Pada tempat yang lebih tinggi tekanan di dalamtubuhmu menjadi lebih besar daripada tekanan udara di luartubuhmu. Kamu mungkin merasakan perbedaan tekanantersebut sebagai rasa sakit pada gendang telingamu. Bilaini terjadi, sebagian udara keluar dari telingamu dan kamumendengar suara “pop.” Sebagai hasil dari keluarnyasebagian udara dari bagian dalam gendang telingamu,tekanan di dalam telingamu menjadi sama dengan tekananudara luar. Pada tempat yang sangat tinggi, seperti di puncakHimalaya pada Gambar 8.36, tekanan udara menjadi sangatkecil dan dapat menimbulkan masalah serius bagi parapendaki. Pendaki rentan terkena sindrom kekuranganoksigen karena ketinggian, yang dikenal dengan istilahhipoksi.

Gambar 8.36Pada tempat yang sangat tinggi seperti dipuncak pegunungan Himalaya ini udaramenipis dan tekanan udara menjadisangat kecil.

Sumber: www.thegeminiweb.com.

Page 40: 09. IPA KLS 8 BAB 8

252 IPA SMP Kelas VIII

Gambar 8.38(a) Cara Kerja Barometer Aneroid

Barometer ini memiliki tabung lenturyang volumenya berubah-ubah akibattekanan. Perubahan volume tabung iniditeruskan ke jarum penunjuk.

(b) Bentuk sesungguhnya BarometerAneroid

Alat-alat untuk Mengukur Tekanan

Meskipun kamu dapat membandingkan tekanan gasdengan memijat bola basket yang penuh berisi udara dankurang berisi udara, cara ini tidak memberikan ukuran yangakurat dari dua tekanan tersebut. Apa yang dibutuhkanadalah alat pengukur tekanan.

Salah satu instrumen pertama yang digunakan untukmengukur tekanan gas dirancang oleh ilmuwan ItaliaEvangelista Torricelli (1608-1647). Ia menemukan barometer,suatu instrumen yang mengukur tekanan yang diberikanoleh atmosfer. Gambar 8.37 menjelaskan bagaimanabekerjanya barometer Torricelli. Pipa berisi penuh air raksadibalik dan bagian yang terbuka diletakkan pada bejanaberisi air raksa. Tinggi kolom air raksa itu menunjukkantekanan yang diberikan oleh atmosfer tersebut. Bilapembalikan itu dilakukan di atas permukaan laut, makatinggi kolom air raksa pada pipa itu adalah 760 mm. Olehkarena itu tekanan udara di atas permukaan laut tersebutdapat dinyatakan sebesar 760 mmHg atau 1 atmosfer. Padasaat ini barometer yang digunakan untuk pengukurantekanan tidak seperti percobaan Torricelli, namun sepertiGambar 8.38.

tabunglentur

(a)

(b)

Gambar 8.37Cara Kerja Barometer Torricelli :Pipa kaca berisi air raksa yang ditegakkandi dalam suatu bejana berisi raksa.Karena raksa tersebut berada di dalamsuatu tabung kaca tertutup, kamu dapatmenyimpulkan bahwa atmosfermemberikan tekanan pada permukaanraksa di bejana tersebut. Tekanan iniditeruskan melalui air raksa di dalambejana tersebut. Tekanan tersebutmenahan kolom air raksa di dalam pipakaca tersebut.

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

Sumber: http://www.stanleylondon.com.

air raksa

tekananatmosfer

Sumber: Awater, et al., 1995)

Page 41: 09. IPA KLS 8 BAB 8

253 Bab 8 Gaya dan Tekanan 253

Besaran ini selanjutnya digunakan sebagai satuan untukmengukur tekanan. Atmosfer baku (atm) didefinisikansebagai tekanan yang menyangga 760 mm kolom air raksa.Berdasarkan hal itu 1,00 atm = 760 mmHg. Apabilapembalikan itu dilakukan di tempat yang lebih tinggi, makaketinggian kolom air raksa itu berkurang. Artinya di tempatyang lebih tinggi tekanan udaranya lebih rendah. Alatpengukur tekanan atmosfer semacam ini disebut barometerair raksa.

Barometer jenis lain adalah barometer aneroid.Perhatikan Gambar 8.38. Barometer ini memiliki tabunglentur yang volumenya berubah-ubah akibat tekanan.Perubahan volume tabung ini diteruskan ke jarumpenunjuk. Jika tekanan berubah, maka bentuk tabungberubah, dan penunjukan jarum juga berubah.

Tekanan Udara dalam RuangTertutup

Udara di dalam ruang tertutup memiliki ciri yangberbeda dengan udara di ruang terbuka (atmosfer). Ciri-ciritersebut menyangkut volume, tekanan, dan suhu.

Pengukuran Tekanan Udara dalam RuangTertutup

Alat pengukur tekanan udara dalam ruang tertutup yangpaling sederhana disebut manometer terbuka. PerhatikanGambar 8.39 (a). Pipa-U diisi sebagian dengan zat cair,biasanya air raksa atau air. Perbedaan tekanan udara di

Gambar 8.39Pengukur tekanan udara dalam ruangtertutup.(a)skema manometer terbuka.(b)skema manometer Bourdon.(c)manometer Bourdon.Jelaskan bekerjanya alat-alat itu.

(a) (b)

tekanan atmosfer

tekanan dalamruang tertutup

bedatinggi

pipa U

t e k a n a ndalam ruangtertutup

pipa lentur

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

(c)Sumber: http://www.answers.com/topic/pres-sure-measurement-1.

Page 42: 09. IPA KLS 8 BAB 8

254 IPA SMP Kelas VIII

dalam dan di luar ruang ditunjukkan oleh perbedaanketinggian permukaan zat cair tersebut. Semakin besartekanan udara di dalam ruang, perbedaan ketinggian ini jugasemakin besar.

Alat pengukur tekanan udara dalam ruang jenis lainadalah manometer Bourdon. Perhatikan Gambar 8.39 (b).Tekanan dari dalam ruang tertutup akan mengubahkelengkungan pipa lentur. Ujung pipa itu dihubungkandengan jarum berskala. Ketika pipa itu berubah keleng-kungannya akibat tekanan, penunjukan jarum tersebut jugaberubah.

Hukum BoyleMisalkan kamu menempatkan gas dalam wadah

tertutup yang dapat diubah volumenya, seperti pompasepeda Gambar 8.40. Kamu dapat memperkecil ataumemperbesar wadah itu tanpa mengubah banyaknya gasdi dalamnya. Seperti pada saat memompa ban sepedamu,apa yang kamu rasakan ketika volume gas itu diperkecil?

Tekanan suatu gas bergantung seberapa sering partikel-partikel gas tersebut menumbuk dinding wadah tersebut.Jika kamu menekan gas ke suatu ruang yang lebih kecil,partikel-partikelnya akan lebih sering menumbuk dindingruang tersebut. Akibatnya tekanan gas itu bertambah. Halsebaliknya akan terjadi. Jika kamu memberikan ruang yanglebih besar, partikel-partikel gas tersebut menjadi lebihjarang menumbuk dinding dan tekanan gas tersebutmengecil.

Gambar 8.40Menurut hukum Boyle, bila volume gasdiperkecil, maka tekanan gas semakinbesar asalkan suhu gas tersebut tetap.Gambar nomor berapakah yang tekanangasnya paling kecil, dan yang mana yangpaling besar?

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

Page 43: 09. IPA KLS 8 BAB 8

255 Bab 8 Gaya dan Tekanan 255

Robert Boyle (1627-1691), seorang ilmuwan Inggris,menjelaskan sifat-sifat gas tersebut. Menurut hukumBoyle, jika kamu memperkecil volume suatu wadah gas,tekanan gas tersebut membesar, asalkan suhu gastersebut tetap. Memperbesar volume wadah tersebutmenyebabkan tekanan gas tersebut turun. Penting untukdicatat bahwa hukum ini berlaku asal suhu gas tersebuttetap.

1. Massa jenis air adalah 1,0 g/cm3. Berapa kilogram air yang dipindahkanoleh balok besi 120 cm3 yang terbenam di dalam air tersebut? Satukilogram beratnya 9,8 N. Berapakah gaya apung yang bekerja pada balokitu?

2. Di dalam ruang tertutup yang volumenya 0,1 m3 terdapat udara yangtekanannya 2 atm. Menjadi berapakah tekanan udara dalam ruang tersebut,jika volumenya dijadikan 0,05 m3, sedangkan suhunya sama?

1. Mungkinkah sebuah perahu yang dibuat dari semen dapat terapung?Jelaskan.

2. Kamu mampu mengangkat tubuh temanmu di dalam air kolam, namun tidak mampujika di darat. Gaya apa yang membantumu mengangkatnya? Berasal dari manakah gayaini?

3. Jelaskan bagaimana prinsip bekerjanya mesin hidrolik.4. Bagaimana tekanan dihitung?5. Bagaimana cara mengukur tekanan udara dalam ruang tertutup?6. Berpikir kritis: Jika kamu mengisi balon dengan udara hingga menggelembung, mengikat

mulutnya, kemudian melepaskannya, balon itu akan jatuh ke lantai. Mengapa balon itujatuh, dan tidak melayang di udara?

Intisari Subbab

Bina KeterampilanMenghitung

PenggunaanMatematika

Jika kamu ingin meng-angkat benda seberat20.000 N, berapakahgaya yang harus kamuberikan pada pistonkecil, jika luas piston kecil10 cm2 dan luas pistonbesar 200 cm2?

Page 44: 09. IPA KLS 8 BAB 8

256 IPA SMP Kelas VIII

Bab

A. Gaya1. Gaya berupa tarikan atau dorongan sebuah benda yang dikerahkan pada benda

lain. Gaya pada arah yang sama digabung dengan penjumlahan. Gaya pada arahyang berlawanan digabung dengan pengurangan.

2. Gaya-gaya setimbang yang bekerja pada sebuah benda tidak mengubah gerak bendaitu. Gaya-gaya tak setimbang selalu mengubah gerakan sebuah benda.

3. Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa gerak benda tidak akanberubah kecuali ada resultan gaya total yang bekerja pada benda itu.

4. Terdapat gaya yang melawan gerak dua permukaan yang bersentuhan, yang disebutgaya gesekan.

B. Gerak Dipercepat1. Sesuai dengan hukum kedua Newton, adanya gaya resultan atau gaya total yang

bekerja pada sebuah benda menyebabkan benda tersebut bergerak dipercepat padaarah gaya itu. Besar percepatan tersebut bergantung pada gaya dan massa bendatersebut.

2. Di dekat permukaan Bumi, gaya gravitasi menyebabkan benda jatuh dipercepatdengan suatu percepatan 9,8 m/s2. Dengan mengabaikan hambatan udara, semuabenda jatuh dengan percepatan itu, berapapun massanya.

3. Hambatan udara bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerak benda tersebut.C. Aksi dan Reaksi

1. Gaya selalu bekerja berpasangan. Pasangan gaya itu desebut gaya aksi dan gayareaksi.

2. Gaya-gaya dalam suatu pasangan aksi-reaksi selalu sama besarnya dan berlawananarah.

D. Tekanan1. Gaya yang bekerja pada suatu luasan tertentu menghasilkan tekanan.2. Tekanan fluida disebabkan oleh partikel-partikelnya yang memiliki massa dan selalu

bergerak. Seluruh fluida memberikan tekanan sama besar ke segala arah.5. Fluida mengalir dari tempat yang tekanannya lebih besar ke tempat yang tekanannya

lebih kecil.4. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung pada sebuah benda di dalam

fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan benda itu.5. Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada suatu fluida

diteruskan dengan besar tetap melalui fluida tersebut.

Rangkuman

Page 45: 09. IPA KLS 8 BAB 8

257 Bab 8 Gaya dan Tekanan 257

Pasangkan Kata-kata Kunci IPA berikut denganpernyataan di bawahnya (tidak semua kata kuncidigunakan) .

a. gaya-gaya setimbangb. gayac. gesekand. gaya gravitasie. kelembamanf. gaya-gaya tak setimbangg. berath. hambatan udarai. hukum kedua Newton tentang gerakj. hukum ketiga Newton tentang gerak

1. gaya yang melawan gerak suatu bendayang jatuh di dekat permukaan Bumi

2. tarikan atau dorongan yang bekerja padasebuah benda

3. jenis gaya yang mengubah gerakansebuah benda

4. kecenderungan sebuah benda untukmelawan perubahan dalam gerak

5. suatu gaya yang melawan gerak antaradua permukaan

6. gaya yang dikerahkan oleh setiap bendadi alam terhadap benda lain

7. berhubungan dengan gaya-gaya aksi-reaksi

8. besar gaya gravitasi pada sebuah benda

Pilihlah kata atau kata-kata yang melengkapikalimat atau menjawab pertanyaan berikut.1. Berikut ini manakah yang berupa gaya?

a. kelembamanb. gesekanc. percepatand. kecepatan

2. Gaya gravitasi antara dua bendabergantung pada ... benda itu.a. massab. kelajuanc. bentukd. volume

3. Gaya yang bekerja hanya antarapermukaan-permukaan yang ber-sentuhan adalah ....a. kelembaman c. gravitasib. gesekan d. gaya total

4. Benda dengan massa lebih besarmemiliki ... daripada benda bermassalebih kecil.a. kelembaman lebih kecilb. kelembaman lebih besard. berat lebih kecile. percepatan lebih besar

5. Gaya tak setimbang yang bekerja padasebuah benda bergerak menyebabkanbenda tersebut ....a. jatuhb.dipercepatc. berhentid. melengkung

Evaluasi

Reviu Perbendaharaan Kata Pemahaman Konsep

GAYA

Page 46: 09. IPA KLS 8 BAB 8

258 IPA SMP Kelas VIII

6. ... adalah gaya gravitasi pada sebuahbenda.a. Gesekanb. Kelembamanc. Massad. Berat

7. Berikut ini, manakah yang melawanpercepatan akibat gaya gravitasi?a. gaya aksib. gaya reaksic. hambatan udarad. massa benda

8. Berdasarkan hukum kedua Newton, ...sama dengan massa dikalikanpercepatan.a. gravitasib. beratc. kecepatand. gaya

9. Manakah yang paling baikmenggambarkan hukum ketiga Newton?a. gerak jatuhb. gerak melingkarc. gerak roketd. gerak lurus

10. Berikut ini, manakah yang tidakberpengaruh terhadap besarnyahambatan udara yang bekerja padasebuah benda?a. massab. ukuranc. bentukd. kelajuan

12. Apakah perbedaan antara massa danberat?

13. Jelaskan akibat-akibat adanya kelem-baman dalam kehidupan sehari-hari.

14. Mengapa berat benda bermassa besarlebih besar daripada benda bermassakecil?

15. Jika gaya-gaya dalam pasangan aksi-reaksi sama besar dan berlawanan arah,mengapa gaya-gaya itu tidaksetimbang?

Pemahaman Konsep

Jawablah Pertanyaan berikut dalam buku IPA-mudengan kalimat yang lengkap.11. Baik gesekan maupun gravitasi adalah

gaya. Jelaskan paling sedikit duaperbedaan antara keduanya.

Berpikir Kritis

16. Jelaskan mengapa kereta api yang melajucepat tidak dapat dihentikan mendadak.

17. Berapakah gaya yang bekerja pada mobil1000 kg yang memiliki percepatan 15 m/s2?

18. Gerak benda 12 kg dilawan oleh gayagesekan 30 N. Berapakah perlambatanbenda itu?

19. Kamu diminta untuk merancang jalanpegunungan yang berkelok-kelok. Gayaapa yang harus kamu coba perbesardalam merancang jalan ini? Bagaimanakamu dapat melakukan hal ini?

20. Bulan tidak memiliki atmosfer dangravitasinya sekitar seperenam gravitasiBumi. Berdasarkan faktor-faktor ini,jelaskan bagaimana gerakan benda-benda di dekat bulan dibandingkandengan gerakan benda-benda di dekatBumi.

Penilaian Kinerja

21. Mengamati dan Menginferensi: Sebuahmobil diam di sebuah bukit. Gaya-gayaapa yang bekerja pada mobil itu. Apakahgaya-gaya tersebut setimbang atau taksetimbang? Jelaskan bagaimana kamumendapatkan jawabanmu.

Page 47: 09. IPA KLS 8 BAB 8

259 Bab 8 Gaya dan Tekanan 259

22. Menafsirkan Data: Tabel berikut berisidata tentang empat benda yang jatuh ketanah dari ketinggian dan waktu yangsama.

A 5,0 g 2,0 sB 5,0 g 1,0 sC 30,0 g 0,5 sD 35,0 g 1,5 s

Benda Massa Waktu jatuh

Waktu Jatuh Berbagai Benda

a. Benda manakah yang jatuh palingcepat? Paling lambat?

b. Gaya gravitasi pada benda manakahyang terbesar?

c. Apakah hambatan udara lebih kuatpada A ataukah B?

Pengembangan Keterampilan

1. Poster: Buatlah sebuah poster yangmemperlihatkan bagaimana sebuahmesin roket bekerja. Gunakan hukumketiga Newton untuk menjelaskanmengapa roket dapat lepas landas.

TEKANAN

Reviu Perbendaharaan Kata

Pasangkan kata-kata IPA berikut dengan denganfrasa atau kalimat yang benar di bawahnya (tidaksemua kata IPA digunakan).

a. prinsip Archimedesb. hukum Boylec. gaya apungd. pascale. prinsip Pascalf. tekanang. fluida

h. zat cairi. gravitasij. cm Hg

1. bahan yang tidak memiliki bentuktertentu

2. besar gaya tiap satuan luas3. satuan tekanan dalam sistem SI4. Gaya apung pada suatu benda di dalam

suatu fluida sama dengan berat fluidayang dipindahkan benda tersebut.

5. Gaya yang menyebabkan tekanan airbertambah bila kedalamannya ber-tambah.

Pilihlah kata atau kata-kata yang melengkapikalimat berikut.1. Mesin-mesin hidrolik berdasarkan pada

....a. gaya apungb. hukum Charlesc. hukum Boyled. prinsip Pascal

2. Tekanan di dalam fluida bekerja ke ....a. atasb. bawahc. sampingd. segala arah

3. Tekanan fluida berubah sesuaikedalaman karena ....a. volumeb. prinsip Archimedesc. gravitasid. hukum Boyle

4. Gaya ke atas oleh suatu fluida padasuatu benda yang berada di dalam fluidatersebut disebut ....a. hidrolikb. gravitasic. gaya apungd. berat

Pengecekan Konsep

Page 48: 09. IPA KLS 8 BAB 8

260 IPA SMP Kelas VIII

5. Gaya apung terhadap sebuah bendasama dengan berat ....a. benda itub. fluida yang dipindahkanc. wadah fluidad. seluruh fluida

Pemahaman KonsepJawablah pertanyaan berikut dalam buku IPA-mu.6. Apakah yang dimaksud dengan tekanan

fluida?7. Dengan menggunakan prinsip tekanan

fluida, jelaskan bekerjanya pipet tetes.8. Paparkan bagaimana bekerjanya mesin

hidrolik .9. Jelaskan mengapa beratmu lebih besar

saat di luar air (di udara) daripada didalam air.

10. Jelaskan bekerjanya manometer pipaterbuka.

Berpikir Kritis

11. Udara memberikan gaya sebesar 100.000N pada permukaan atas meja,menghasilkan tekanan 1000 N/cm2.a. Berapakah luas permukaan meja

itu?b. Berapakah gaya pada meja, jika

luas permukaan meja itu menjadi2 kali semula?

12. Jelaskan bagaimana cara yang kamulakukan agar sepotong alumuniumdapat terapung di air.

13. Perahu bermuatan pasir mendekatijembatan di atas sungai. Perahu itu tidakdapat menerobos lewat bawah jembatanitu. Haruskah pasir ditambahkan padaperahu itu atau dikurangi? Jelaskan.

Penilaian Kinerja

14. Merancang Eksperimen: Massa jenisemas adalah 19,3 g/cm3. Massa jenispirit, atau batu bijih emas adalah 5,02g/cm3. Dengan menggunakan air raksa,bermassa jenis 13,6 g/cm3, paparkansebuah eksperimen sehingga kamudapat mengatakan mana yang emas danmana yang pirit.

15. Bertanya: Misalkan kamu adalah seorangwartawan yang mewawan-caraiseseorang yang baru saja membuat rekorkedalaman menyelam. Tulislah tigapertanyaan yang akan kamu tanyakan.

16. Mengenali Sebab Akibat: Tulislahakibat-akibat yang mungkin terjadi padahal-hal berikut ini.a. Tekanan pada sebuah balon

mengecil.b. Gaya apung sama dengan beratmu

Pengembangan Keterampilan

17. Laporan: Lakukan penyelidikan diperpustakaan tentang akibat-akibatperubahan tekanan pada tubuhmanusia, lalu tulislah laporannya.Laporanmu sebaiknya memuat pulasegala peringatan yang harusdiindahkan berkaitan denganperubahan tekanan di angkasa dan dikedalaman air.