Tekanan Hidrostatik Langkah Kerja

Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 158 Kerja Mandiri 1 Kerjakan soal berikut dengan tepat 1. Apabila sebuah kapal selam menyelam sedalam 60 m, berapa besar tekanan yang dialami kapal selam tersebut massa jenis air laut = 1,03 gcm 3 ? 2. Sebuah bejana yang berukuran panjang 40 cm, lebar 30 cm, dan tinggi 25 cm berisi minyak sebanyak 19,2 kg. Jika massa jenis minyak = 0,8 gcm 3 , g = 10 ms 2 , dan tekanan udara luar = 76 cmHg, tentukan: a. tekanan total dan gaya total yang dialami dasar bejana, b. tekanan hidrostatik dan gaya hidrostatik yang dialami oleh dinding bejana. Ditanyakan: P h = . . . ? Jawab: P h = ρ . g . h P h = 1000 . 10 . 5 p h = 5 . 10 4 Nm 2

4. Hukum Pascal

Kita telah mempelajari konsep tekanan hidrostatik. Berdasarkan konsep tersebut, besar tekanan yang dilakukan fluida pada dasar bejana tergantung pada massa jenis, percepatan gravitasi, dan kedalaman fluida. Bagaimana sifat tekanan hidrostatik fluida tersebut apabila ditempatkan pada pipa U. Kita akan mempelajari konsep tersebut melalui hukum Pascal. Simaklah bunyi hukum Pascal berikut Tekanan yang bekerja pada fluida di dalam ruang tertutup akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan sama besar . Contoh alat yang berdasarkan hukum Pascal antara lain dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, dan alat pengangkat mobil. Perhatikan gambar 7.8 Permukaan fluida pada kedua kaki bejana berhubungan sama tinggi. Bila kaki I yang luas penampangnya A 1 mendapat gaya F 1 dan kaki II yang luas penampangnya A 2 mendapat gaya F 2 maka menurut hukum Pascal berlaku: P 1 = P 2 1 1 F A = 2 2 F A atau F 1 : F 2 = A 1 : A 2 . . . 7.5 Hukum Pascal Gambar 7.8 Pinsip bejana berhubungan dimanfaatkan pada mesin pengangkat mobil I II f 2 f 1 A 1 A 2 piston piston h Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 159

5. Hukum Utama Hidrostatik

Kamu tentunya memiliki botol air bukan? Mari kita isi botol tersebut dengan air kira-kira setengah botol Mula-mula botol kita letakkan pada permukaan meja. Kita melihat bahwa permukaan air dalam botol adalah mendatar. Sekarang botol kita miringkan, ternyata permukaan air tetap mendatar. Mengapa demikian? Untuk memahami sifat per- mukaan air tersebut, berikut ini kita bahas hukum utama hidrostatik. Perhatikan gambar 7.9 berikut. Pada gambar 7.9 tersebut ter- dapat empat bejana yang berbeda bentuk dan saling berhubungan. Ketika bejana-bejana tersebut diisi fluida statik yang jenisnya sama ternyata dalam keadaan setimbang ketinggian fluida pada tiap bejana sama. Berdasarkan konsep tekanan hidrostatik, tekanan pada masing- masing dasar bejana adalah sama. Keadaan fluida seperti gambar 7.9 dikenal dengan hukum utama hidrostatik. Hukum utama hidrostatik berbunyi: Tekanan hidrostatik pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam wadah suatu jenis zat cair sejenis dalam keadaan seimbang adalah sama . Hukum utama hidrostatika juga berlaku pada pipa U bejana ber- hubungan yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur. Percobaan pipa U ini biasanya digunakan untuk menen- tukan massa jenis zat cair. Berdasarkan tekanan hidrostatik maka kita dapat menentukan besar gaya hidrostatik yang bekerja pada dasar bejana tersebut. Contoh penerapan hukum utama hidrostatik misalnya pada peng- gunaan water pass. Hukum utama hidrostatik tidak berlaku bila: a. fluida tidak setimbang, b. bejana diisi fluida yang berbeda, c. salah satu bejana ditutup. Gaya Hidrostatik F h Besarnya gaya hidrostatik F h yang bekerja pada bidang seluas A adalah: F h = P h . A = ρ . g . h . A F h = ρ . g . V . . . 7.6 Gambar 7.9 Skema hukum utama hidrostatik A B C D Hukum Utama Hidrostatik h Gambar 7.10 Gaya hidro- statik pada ketinggian h Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 160 Kerja Berpasangan 2 Kerjakan bersama teman sebangkumu 1. Dalam pipa U terdapat Hg massa jenisnya 13,6 gcm 3 . Pada kaki kiri dituangkan air setinggi 20 cm kemudian minyak massa jenisnya 0,9 gcm 3 setinggi 8 cm. Pada kaki kanan ditambahkan alkohol massa jenisnya 0,8 gcm 3 sehingga permukaan minyak dan permukaan alkohol sebidang. Berapa beda tinggi Hg pada kedua kaki pipa? 2. Kaki kiri dan kanan sebuah pipa U masing-masing berdiameter 3 cm dan 1,5 cm, mula-mula diisi air raksa ρ Hg = 13,6 gcm 3 . Kemudian kaki kiri diisi alkohol massa jenis 0,8 gcm 3 , kaki kanan diisi bensin massa jenisnya 0,7 gcm 3 setinggi 2 cm, sehingga tinggi air raksa di kaki kanan naik 1 cm. Hitunglah volume alkohol yang dituangkan 3. Gaya sebesar 5 N pada pengisap yang kecil dari suatu pompa hidrolik dapat mengangkat beban yang beratnya 600 N pada pengisap yang besar. Jika pengisap yang kecil berpenampang 400 cm 2 , berapakah luas penampang pengisap yang besar?

6. Hukum Archimedes

Jika suatu benda berada dalam bejana yang terisi zat cair diam maka gaya-gaya dengan arah horizontal akan saling menghapuskan sehingga resultan gaya = 0. Sedangkan gaya-gaya dengan arah vertikal yang bekerja pada benda antara lain gaya berat benda, gaya berat zat cair, gaya tekan ke atas gaya Archimedes, dan gaya Stokes. Di laboratorium sekolahmu tentu- nya terdapat neraca pegas bukan Perhatikan gambar 7.11 Coba kamu gantungkan beban misal bongkahan batu pada ujung neraca pegas Amati berat beban tersebut. Setelah itu celupkan ke dalam air dengan beban tetap tergantung pada neraca pegas Amati lagi berat yang terbaca pada neraca pegas Bandingkan dengan hasil pengamatan sebelumnya Ternyata F 1 lebih besar dari F 2 bukan Mengapa ini terjadi? F 2 lebih kecil dari F 1 karena balok mendapat gaya ke atas yang dilakukan oleh zat cair. Besarnya gaya ke atas ini dirumuskan dalam Hukum Archimedes. F 1 F 2 Gambar 7.11 Zat cair memberikan gaya ke atas pada batu