Tekanan Zat Cair (Tekanan Hidrostatika) Dan Bejana Berhubungan

A. Tekanan Zat Cair (Tekanan Hidrostatika)

Tekanan zat cair terhadap suatu benda salah satunya disebabkan oleh gaya gravitasi yang menarik zat cair ke bawah menuju pusat Bumi. Maka semakin dalam suatu benda dari permukaan zat cair maka akan semakin besar pula tekanan yang diberikan oleh zat cair tersebut. Hal tersebut dapat dibuktikan pada saat kita berenang di dalam kolam yang dalam, semakin dalam kita berenang maka semakin besar pula gaya yang menekan tubuhmu.

            Kegiatan eksperimen/percobaan 1:

Tujuan Agar siswa dapat mengamati takanan dalam zat cair Alat Dan Bahan Alat Hartl yang terdiri atas: -       Selang karet berbentuk U -       Corong -       Bejana berisi air Langkah Kerja 1)    Susunlah alat peraga seperti pada gambar di atas 2)    Masukkan corong ke dalam bejana berisi air dengan kedalaman kurang lebih 10 cm dari permukaan air 3)    Ukurlah perbedaan ketinggian ketinggian air (h) pada kedua kaki selang karet berbentuk U 4)    Di kedalaman yang sama ubahlah posisi corong sehingga berada di bagian lain dalam bejana 5)    Amatilah ketinggian air pada kaki selang karet berbentuk U 6)    Celupkanlah corong lebih dalam dan periksalah ketinggian air pada selang karet berbentuk U 7)    Gantilah air dalam bejana dengan zat cair lainnya (misalnya alkohol) lalu kemudian lakukanlah kegiatan tersebut sekali lagi

 

Dari percobaan di atas dapat disimpulkan bahwa pada kedalaman yang sama, tekanan zat cair akan sama besar ke segala arah meskipun digeser ke kiri maupun ke kanan dengan kedalaman yang sama.

            Dan bila corong dicelupkan lebih dalam ke bejana maka akan didapatkan perbedaan ketinggian yang semakin besar pada permukaan air di selang karet berbentuk U. Hal tersebut dapat terjadi karena tekanan yang diberikan air dalam bejana lebih besar daripada tekanan di kaki selang karet berbentuk U.

            Dan dari pernyataan diatas juga dapat disimpulkan bahwa tekanan Hidrostatis sebanding dengan kedalaman (h).

            Dan jika zat cair dalam bejana diganti menjadi zat cair yang lain seperti alkohol maka perbedaan ketinggian pada kaki selang karet berbentuk U akan menjadi tidak sama. Itu dapat terjadi karena massa jenis zat cair pengisi selang karet berbentuk U berbeda. Semakin besar massa jenisnya maka akan semakin besar pula perbedaan ketinggian zat cair pada kaki selang karet berbentuk U dan sebaliknya pula bila massa jenisnya itu kecil.

Dan bila kita melakukan percobaan di daerah Kutub Utara maka akan didapatkan hasil tekanan yang berbeda pula. Hal ini dapat terjadi karena tekanan zat cair sangat bergantung pada besarnya percepatan gravitasi di tempat tersebut.

            Kegiatan eksperimen/percobaan 2:

Tujuan Mengamati tekanan dalam zat cair Alat Dan Bahan -       Botol yang memiliki 3 lubang dengan ketinggian yang berbeda -       Air Langkah Kerja 1)    Susunlah alat peraga seperti pada gambar diatas 2)    Masukkanlah air ke dalam botol dengan lubang yang belum dibuka 3)    Setelah air penuh, lepaslah penutup lubang dengan bersama-sama 4)    Amatilah pancuran air pada setiap lubang yang terjadi

 

            Dari percobaan diatas, lubang botol yang paling bawah akan menyemburkan air lebih jauh daripada lubang yang ada di atasnya. Itu dapat terjadi karena tekanan zat cair pada tempat yang lebih dalam akan lebih besar jika dibandingkan tekanan zat cair pada tempat yang lebih dekat ke permukaan zat cair tersebut.

Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

F = m g

 

                                    Oleh karena

m = P V

 

                                    Maka dapat dituliskan

	F = P A g h

 

Keterangan:

h          = volume zat cair

P         = massa jenis zat cair

g          = percepatan gravitasi

            Dengan demikian tekanan dalam zat cair (p) adalah:

 

Keterangan:

p          = tekanan (N/m²)/(Pa)

P         = massa jenis zat cair (kg/m³)

g          = percepatan gravitasi (m/s²)

h          = kedalaman benda dalam zat cair dari permukaan air (m)

            Dengan ini dapat disimpulkan bahwa tekanan pada zat cair berbanding lurus dengan massa jenis zat cair dan kedalaman di dalam zat cair. Pada umumnya, tekanan pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama.

            Contoh Soal:

1. Pada saat menyelam Risa merasakan adanya tekanan hidrostatis pada tubuhnya. Dia mencoba memperkirakan besarnya tekanan tersebut dengan mengukur kedalamannya. Jika diketahui kedalaman penyelaman Risa 2 m, massa jenis air 1000 kg/m³, serta konstanta gravitasi di tempat tersebut 10 N/kg, berapakah tekanan hidrostatis hasil hitungan Risa?

Diketahui:

-       h          = 2 m

-       P         = 1000 kg/m³

-       G         = 10 m/s²

Ditanya:

-       p          = …?

Jawab:

p          = P g h

            = 1000 . 10 . 2

            = 20000 Pa

B. Bejana Berhubungan

            Prinsip bejana berhubungan apabila diisi dengan cairan yang sama jenisnya, permukaan zat cair itu pada kaki-kaki bejana selalu sama tinggi. Jika bejana dimiringkan, tinggi permukaan zat cair pada kedua kaki-kaki bejana juga akan tetap sama tinggi. Hal tersebut dapat terjadi karena setiap zat cair yang mengisi tabung memberikan gaya dan tekanan yang sama pada dinding tabung, akibatnya tinggi zat cair pada tabung selalu sama dihitung dari acuan tertentu.

            Dalam kehidupan sehari-hari prinsip bejana berhubungan banyak diterapkan misalnya seperti para tukang bangunan yang selalu menentukan tingkat kedataran dari bangunan dengan menggunakan selang khusus (waterpas) dengan membandingkan kedua permukaan air yang mengisi kedua ujung selang tersebut lalu jika kedua titik itu ditarik garis lurus maka akan diperoleh bidang datar.

Tujuan Agar dapat mengamati bentuk permukaan air Alat Dan Bahan -       Gelas -       Bejana berhubungan -       Air Langkah Kerja 1)    Siapkan alat dan bahan seperti pada gambar diatas 2)    Isilah gelas dengan air, kira-kira setengahnya 3)    Letakkan gelas diatas meja, lalu amati permukaan airnya 4)    Miringkan gelas berisi air tersebut dengan cara mengganjal salah satu sisinya, lalu amati permukaan airnya 5)    Isilah bejana berhubungan dengan air kira-kira tiga per empatnya 6)    Amatilah permukaan air pada setiap tabung bejana berhubungan

            Kegiatan eksperimen/percobaan:

Dari hasil percobaan sederhana diatas dapat disimpulkan bahwa permukaan air selalu rata. Dan tidak dipengaruhi oleh bentuk permukaan dasarnya atau bentuk tabungnya, dengan syarat tempat air tersebut berhubungan.

Dan prinsip bejana berhubungan tidak berlaku pada bejana yang pipanya sempit atau pipa kapiler dan hanya berlaku pada pipa yang besarnya sedang atau besar.