Tekanan pada zat serta hukumnyaRating: 2.5/5(4 votes cast)dibaca 14,612 kali 25 Komentarditulis oleh :sangdedi, pada tanggal 24 June 2010 Definisi TekananTekanan merupakan suatu ukuran yang terdiri dari besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda untuk setiap satu satuan luas permukaan bidang tekan. Tekanan dapat dinotasikan sebagai simbolp(pressure)dan memiliki satuan SI Nnr2. Satuan tekanan yang lain adalah pascal (Pa) dan bar.1 Nnr-2=1 PaTekanan pada Zat Padattekanan pada suatu zat padat dapat dinyatakan sebagai gaya per satuan luas penampang. Secara matematis, tekanan dapat dinyatakan sebagai berikut.dengan: p = f/ap =tekanan (N/m2)F = gaya (N)A = luas bidang tekan (m2)Contoh soalSebuah truk mempunyaii delapan roda berisi 2,5 ton muatan dan akan melintasi jembatan. luas permukaan bidang sentuh roda dengan permukaan jalan seluruhnya adalah 400 cm2. Berapakah tekanan yang dialami setiap ban?Penyelesaian:Diketahui: m = 2,5 ton = 2500 kgA = 400 cm2= 4 x 102m2g = 10 m/s2Ditanyakan: p =.?p = f/a =m.g/A=2500100,04= 625.000 N/m2Tekanan seluruh ban adalah 625.000 N/m2atau 625.000 Pa. Dengan demikian, tekanan untuk setiap ban adalah: I/8 x p = 1/8 x 625000 = 78.125 Pa.Tekanan pada Zat CairTekanan pada zat cair sering disebut juga dengan tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis ini tergantung pada suatu tingkatan kedalaman dan berat jenis pada zat cair. Tekanan pada zat cair mengarah ke segala arah. Rumus tekanan hidrostatis sebagai berikut.Ph=p.g.hdengan:ph= tekanan hidrostatis zat cair (N/m2)p= massa jenis (kg/m3)g= percepatan gravitasi (m/s2)h =kedalaman dari permukaan (m)Contoh SoalSeorang anak menyelam di kedalaman 100 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis air adalah 1.000 kg/m3dan percepatan gravitasi adalah 9,8 m/s2maka berapakah tekanan hidrostatis yang dialami anak tersebut?Penyelesaian:Diketahui: h = 100 mp = 1000 k g/m3g = 9,8 m/s2Ditanyakan: ph-.?Jawab: ph= p . g . h= 1000 . 9,8 . 100= 9,8 x 105N/m2Tekanan pada Zat GasGas-gas yang ada di dalam ruangan yang tertutup akan mengeluarkan udar dan menekan ke segala arah dengan sama besar. Tekanan gas pada ruang tertutup bisa diukur dengan menggunakan 2 alat yang berbeda yang masing-masing namanya sepertimanometer terbukadanmanometertertutup.Tekanan gas dalam ruang terbuka dapat diukur dengan menggunakanbarometer.Manomemeter terbuka ini terdiri dari tabung pipa kapiler yang bentuknya seperti huruf U yang terhubung dengan tabung gas. Besar tekanan udara yang terbaca pada suatu sisi pipa yang terbuka sama dengan tekanan gas dalam suatu tabung. Perhatikan diagram manometer terbuka berikut ini.Hukum PascalHukum Pascal adalah hukum yang menerangkan tentang suatu sifat tekanan pada zat cair. Hukum Pascal menyatakan bahwa:Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.dengan:F1= gaya pada penampang A1(N)F2= gaya pada penampang A2(N)A1= luas penampang 1 (m2)A2= luas penampang 2 (m2)Peralatan yang menggunakan prinsip hukum Pascal, antara lain seperti rem hidrolik, pompa hidrolik, dan dongkrakhidrolik.Contoh SoalSebuah beban akan diangkat dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Massa beban 64 ton diletakkan di atas penampang A seluas 0,5 m2. Berapakah gaya yang harus diberikanpada penampang B (luasnya 11/88 kali penampang A) agar beban dapat terangkat?Penyelesaian:Diketahui: A1= 0,5 m2A2= 1/8 A1g = 10 m/s2Fi = w = m . g = 64000 kg x 10 = 640.000 N Ditanyakan: F2= .?Jawab: f1/f2= f2/A2640000/A1= F2/1/8 A1F2= 1/8x 640000 = 80.000NHukum Bejana BerhubunganDalam suatu Hukum bejana berhubungan menyatakan bahwa:apabila bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, maka pada keadaan kesetimbangan permukaan zat cair dalam bejana berada dalam satu bidang datar.Hukum ini tidak berlaku pada suatu bejana yang berisi kan cairan tak sejenis dan pipa kapiler. Secara matematis, hukum bejana berhubungan dirumuskan sebagai berikut.P, = P2P1.g.h1=p2.g.h2dengan:p1= tekanan zat cair 1 (Nnr2) p2= massa jenis zat cair 2 (kgnr3)p2= tekanan zat cair 2 (Nnr2) h1= tinggi permukaan zat cair 1 (m)P1= massa jenis zat cair 1 (kgnr3) h2= tinggi permukaan zat cair 2 (m)Contoh SoalKe dalam kaki 1 pipa U dimasukkan cairan setinggi 32 cm dan ke dalam kaki 2 dimasukkan raksa dengan massa jenis 13,6 gr/cm3. Ketinggian bidang batas adalah 1,4 cm. Berapakah massa jenis cairan tersebut?Penyelesaian:Diketahui:32 cmh2= 1,4 cmp2=13,6 gr/cm3Ditanyakan:p1=.? Jawab: pt. g . h1= p2g.h2p1.10. 32 = 13,6 . 10 .1,4 pl= 0,595 gr/cm3Hukum ArchimedesHukum Archimedes hanya berlaku pada zat yang dinamakanfluida.Zat yang termasuk dalam fluida adalah zat cair dan gas.Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya itu sebanding dengan berat zat cair yang dipindahkan.Dalam hukum Archimedes ternyata bisa diterapkan dalam kehidupan sehari-hari kita antara lain sebagai berikut.1.Hidrometer,yaitu alat untuk mengukur massa jenis relatif zat cair terhadap air.2.Jembatan ponton,yakni jembatan yang menggunakan drum-drum kosong berisi udara.3. Kapal laut dan kapal seiam.4.Galangan kapal,yakni alat untuk mengangkat kapal laut ke permukaan air.5. Balon udara.

Tekanan Benda Padat

Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja per satuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja.Rumus Tekanan:

P = F/A

Segitiga rumus tekanan

DenganF= gaya (N),A= luas bidang sentuh (m2), danp= tekanan (pascal, disingkat Pa)

Dalam satuan SI, satuan tekanan adalah pascal (disingkat Pa)., sehingga dari persamaan(1)diperoleh hubungan satuan:1 Pa =1 N/1 M2atau 1 Pa = 1 N/M2

Jadi dengan demikiansatu pascal( 1 Pa) adalah tekanan yang dilakukan oleh gaya satu newton pada luas permukaan satu meter persegi.

Contoh 1.Seorang pria dengan massa 80 kg menggunakan sepatu dengan ukuran alas sepatu tertentu. Ketika pria itu melangkah pada lantai dan seluruh berat badannya ditumpu oleh salah satu sepatunya, ia memberikan tekanan 40 kPa pada lantai. Hitunglah luas alas sepatu pria itu!

Penyelesaian:Diketahui:m= 80 kg p= 40 kPa = 40.000 Pag= 10 N/kg

Ditanya: luas alas sepatu (A)= .....?

Jawab:Gaya berat pria ini F = m x g = (80 kg) x (10N/kg) = 800 NA = F/P(lihat segitiga rumus tekanan) =800/40.000 =0,02 m2Berikut ini beberapa contoh tekanan pada zat padat:

1. Kapak

Mata kapak dibuat tajam untuk memperbesar tekanan sehingga memudahkan tukang kayu dalam memotong atau membelah kayu. Orang yang memotong kayu dengan kapak yang tajam akan lebih sedikit mengeluarkan tenaganya daripada jika ia menggunakan kapak yang tumpul dengan gaya yang sama. Jadi, kapak yang baik adalah kapak yang mempunyai luas permukaan bidang yang kecil.

2. Sirip Ikan

Sirip ikan yang lebar memungkinkan ikan bergerak dalam air karena memperoleh gaya dorong dari gerakan siripnya yang lebar. Sirip ini memberikan tekanan yang besar ke air ketika sirip tersebut digerakkan. Akibatnya, ikan memperoleh gaya dorong air sebagai reaksinya.

3. Sepatu Salju

Orang-orang yang hidup di daerah bersalju secara langsung atau tidak telah memanfaatkan konsep tekanan. Mereka membuat sepatu salju yang luas alasnya besar sehingga mampu memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju. Hal ini mempermudah mereka berjalan di atas salju.

Memahami pemuaian zat padat, zat cair, dan gas serta pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hariNama : Abraham ImmanuelNPM : 19511498Kelas : 1PA08Jurusn : Psikologi

Indikator

1. Menjelaskan konsep pemuaian pada zat padat2. Menjelaskan konsep pemuaian zat cair3. Menjelaskan konsep pemuaian gas4. Menggunakan persamaan muai panjang untuk menyelesaikan persoalan5. Memberikan contoh pemanfaatan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari

Pemuaian Zat

Pemuaian adalah bertambahnya volume suatu zat akibat meningkatnya suhu zat. Semua zat umumnya akan memuai jika dipanaskan.

Pemuaian zat padat, zat cair, dan gas menunjukkan karakteristik yang berbeda. Pemuaian dapat digambarkan sebagai berikut, jika sekelompok orang berdiri dan tidak bergerak mereka dapat berdiri berdekatan, sehingga tidak membutuhkan ruang yang besar, tetapi jika orang-orang tersebut mulai bergerak, maka akan dibutuhkan ruang yang lebih besar.

Hal ini terjadi jika suatu zat dipanaskan. Partikel-partikel zat bergerak lebih cepat, sehingga membutuhkan ruang yang lebih besar. Ruang yang ditempati partikel-partikel pembentuk zat bergantung pada suhunya.

- Pemuaian Zat Padat

A. Muai Panjang

Pemuaian zat terjadi ke segala arah, sehingga panjang, luas, dan ukuran volume zat akan bertambah. Untuk zat padat yang bentuknya memanjang dan berdiameter kecil, sehingga panjang benda jauh lebih besar daripada diameter benda seperti kawat, pertambahan luas dan volume akibat pemuaian dapat diabaikan. Dengan demikian, hanya pertambahan ukuran panjang yang diperhatikan. Pemuaian yang hanya berpengaruh secara nyata pada pertambahan panjang zat disebut muai panjang. Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang zat padat adalah Musschenbroek.Alat ini mengukur muai panjang zat berbentuk batang. Salah satu ujung batang ditempatkan pada posisi tetap, sehingga ujung yang lain dapat bergerak bebas, ujung yang bebas akan mendorong sebuah jarum yang menunjuk ke skala saat memuai. Besar pemuaian dapat dilihat dari skala yag ditunjuk jarum. Makin besar pemuaian, maka makin besar perputaran jarum pada skala.

Pertambahan panjang suatu zat secara fisis:

1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula

2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu

3. Bergantung dari jenis zat

Pemuaian yang terjadi pada zat padat dapat berupa muai panjang, muai luas, atau muai volume. Pemuaian juga bergantung dari jenis bahannya (zat). Koefisien muai panjang aluminium jauh lebih besar daripada tembaga maupun besi sehingga pertambahan panjang yang terbesar terjadi pada aluminium (Al), tembaga (Cu), kemudian besi (Fe).

B. Muai Luas

Pada logam yang berbentuk lempengan tipis (berupa segiempat, segitiga, atau lingkaran), ukuran volume dapat diabaikan. Ketika lempengan tersebut mendapat pemanasan, maka dapat diamati hanya pemuaian luasnya saja. Dengan kata lain, zat padat tersebut mengalami muai luas.

Muai luas dapat diamati pada kaca jendela, pada saat suhu udara panas, dan suhu kaca menjadi naik sehingga terjadi pemuaian, maka kaca memuai lebih besar daripada pemuaian bingkainya, akibatnya kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai. Benda yang mengalami muai luas akan menjadi lebih besar daripada semula.

Pemuaian yang terjadi pada sebuah benda padat jika ketebalannya jauh lebih kecil dibandingkan panjang dan lebarnya, maka yang terjadi adalah muai luas.

Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:

1. Berbanding lurus dengan luas mula-mula2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu 3. Bergantung dari jenis zat

C. Muai Volume

Jika benda yang kita panaskan berbentuk balok, kubus, atau berbentuk benda pejal lainnya, muai volumlah yang harus kita perhatikan (paling dominan).

Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis:1. Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu zat3. Bergantung dari jenis bahan

- Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair hanya dikenal ukuran volume, karena itu pada zat cair hanya dikenal muai volume.

Makin tinggi kenaikan suhu, makin besar penambahan volume zat cair. Pemuaian zat cair yang satu dengan yang lain umumnya berbeda, meskipun volume zat cair mula-mula sama. Untuk seluruh zat cair pemuaian makin besar jika kenaikan suhu bertambah besar.

Pemuaian zat cair dapat dimanfaatkan dalam penggunaan termometer zat cair, biasanya zat cair yang digunakan adalah raksa atau alkohol. Sifat naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler sebagai akibat pemuaian zat cair inilah yang digunakan untuk mengukur suhu. Permukaan zat cair naik sepanjang pipa kapiler dan berhenti pada posisi tertentu yang sesuai dengan suhu benda. Suhu yang terukur dinyatakan oleh skala yang berimpit dengan permukaan zat cair pada pipa kapiler tersebut.

Pemuaian yang terjadi pada zat cair adalah muai volume. Air yang keluar dari bejana merupakan indikasi perbedaan pemuaian yang berbeda antara zat padat dan zat cair. Air yang tertumpah dari bejana menandakan pemuaian zat cair yang lebih besar dari muai zat padat, dalam hal ini adalah bejananya.

Prinsip kerja termometer zat cair menggunakan prinsip dasar pemuaian zat cair. Naiknya permukaan raksa mengindikasikan adanya pemuaian, semakin besar panas yang diterima semakin besar pula tingkat kenaikan raksa.

Selain termometer zat cair terdapat termometer lain yaitu termometer digital. Keuntungan dari termometer digital adalah hasil pengukuran lebih akurat dan langsung dapat dilihat, tetapi termometer digital memiliki kekurangan yaitu memerlukan baterai sebagai sumber energi.

Anomali Air

Hampir semua zat akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Tetapi, air memiliki sedikit pengecualian. Jika suhu diturunkan, memang volume air akan makin kecil seperli lainnya. Namun pada suatu ketika volume air justru membesar meskipun suhunya tetap diturunkan. Jadi ada suhu dimana air memiliki volume paling kecil. Jika pada suhu tersebut airdipanaskan, volumenya akan bertambah besar, jika pada suhu tersebut air didinginkan, volumenya akan membesar.

Sifat air yang demikian disebut anomali air. Pada tekanan 1 atm, volume terkecil yang dimiliki air pada suhu 4C . Dengan demikian, volume es lebih besar daripada volume air pada suhu 4C . Karena volumenya paling kecil maka,massajenis yang terbesar terjadi saat suhu 4C.

Ketika danau di daerah yang bersuhu dingin membeku, es yang terbentuk akan mengapung di atas permukaan air. Hal ini terjadi karenamassajenis es lebih kecil daripada air yang bersuhu 1C sampai 4C. Itulah sebabnya permukaan danau sudah menjadi es, namun di dasarnya masih menjadi air. Begitu juga bila kita membuat es batu dengan menggunakan pendingin (refrigerator) , volume air sebelum menjadi es akan jauh lebih kecil dibandingkan setelah seluruh air telah berubah menjadi es.

-Pemuaian Gas

Gas mengalami pemuaian ketika suhunya bertambah dan mengalami penyusutan jika suhunya turun. Pada gas tidak dikenal muai panjang dan muai luas, yang ada hanyalah muai volume gas. Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa koefisien muai volume semua gas sama yaitu : 0,00367 /K.

Penerapan Sifat Pemuaian Zat

Zat-zat tertentu mempunyai koefisien muai yang besar, akibatnya, benda yang terbuat dari zat tersebut akan bertambah ukurannya secara mencolok saat udara panas atau suhu benda tinggi, sebaliknya benda tersebut akan menyusut jika udara dingin. Efek pemuaian zat harus diperhitungkan pada konstruksi jembatan, bangunan, atau peralatan rumahtangga lainnya. Berikut ini adalah beberapa manfaat pemuaian.

Pengelingan

Pengelingan adalah penyambungan dua plat logam dengan menggunakan paku keling. Kedua plat yang akan disambung. Paku keling yang sudah dipanaskan hingga membara kemudian digunakan untuk menyambung, setelah itu dipukul hingga rata. Pada saat dingin kembali, paku menyusut dan kedua plat dapat tersambung erat.

Keping Bimetal

Bimetal artinya dua buah logam. Keping bimetal adalah dua keping logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda (biasanya kuningan dan besi) yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang kedua logam sama, jika suhunya naik, kedua logam memuai dengan pertambahan panjang yang berbeda, akibatnya keping bimetal membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien terkecil. Pembengkokan bimetaldapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya saklar alarm bimetal, atau termometer bimetal.

Pada gedung-gedung keping bimetal digunakan sebagai saklar alarm kebakaran. Jika terjadi kebakaran, suhu ruangan akan naik, keping bimetal akan melengkung dan menghubungkan rangkaian listrik sehingga alarm kebakaran berbunyi.

Pemasangan Jaringan Listrik atau Telepon

Kabel listrik atau telepon harus dipasang kendur dari satu tiang ke tiang yang lain. Jika suhu turun pada malam hari atau saat hari dingin, kawat akan menyusut sehingga panjangnya akan berkurang. Jika tidak dipasang kendur, penyusutan panjang dapat menyebabkan kabel putus.

Kontruksi Jembatan

Jembatan seringkali dibuat dari kerangka besi. Rangka jembatan yang terbuat dari besi akan memuai jika suhunya naik, antara ujung rangka jembatan dengan tiang beton diberi celah pemuaian. Selain itu ujung tersebut diletakkan di atas roda. Ketika terjadi pemuaian, rangka bertambah panjang. Keberadaan roda dan celah memudahkan gerak memanjang dan memendeknya rangka, sehingga terhindar dari pembengkokan.

Sambungan Rel Kereta Api

Pemasangan rel kereta api harus menyediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel yang lain. Jika pada siang hari dan suhu meningkat, batang rel akan memuai sehingga terjadi pertambahan panjang, dengan adanya celah tidak terjadi tabrakan antara dua batang rel yang berdekatan yang dapat menyebabkan rel kereta menjadi bengkok.

Tekanan Pada Zat CairTekanan hidrostatis adalah tekanan pada zat cair yang diam.Besarnya tekanan hidrostatis tergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka).

Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan dengan :P = p g hP = tekanan (Pa)p = massa jenis zat cair (kg/m3)g = perepatan gravitasi bumi (m/s2)h = kedalaman (m)

Contoh :Suatu kolam yang dalamnya 2 meter diisi penuh air (pair = 1000 kg/m3). Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, berapa tekanan hidrostatis suatu titik yang terletak 20 cm dari dasar kolam?Penyelesaian :

Diketahui :p = 1000 kg/m3g = 10 m/s2h = (2 - 0,2) m = 1,8 mDitanya : P = ?

Jawab :P = p g h = 1000. 10. 1,8 = 18.000 Pa

Hukum PascalTekanan yang dikerjakan pada zat cair di dalam ruang tertutup diteruskan secara merata ke segala arah sama besar.

F1/A1 = F2/A2Alat-alat yang bekerja berdasar hukum Pascal1. Dongkrak hidrolik2. Jembatan angkat3. Kempa Hidrolik

Bejana BerhubunganZat cair selalu menyesuaikan bentuk seperti wadah yang ditempatinya. Selain itu, zat cair yang selalu dalam keadaaan tenang selalu memiliki permukaan yang mendatar/. Permukaan zat cair juga tidak tergantung pada bentuk wadahnya.

Hukum Bejana berhubungan ini tidak berlaku jika- ada pipa kapiler- tekanan bejana tidak sama- diisi zat cair yang tidak sejenis

Jika bejana berhubungan yang berbentuk U, jika diisi dua zat cair yang berbeda dapat digunakan untuk mencari massa jenis zat cair.

Hukum Archimedes"Jika suatu benda dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapatkan gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut."