Tekanan Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016
Bab 4 Gaya
319
tajam mudah sekali ditancapkan ke kayu. Jika kulit kita tersentuh ujung yang tajam atau runcing maka mudah sekali kulit merasa sakit atau
terluka. Namun jika tersentuh ujung yang tumpul, kulit sulit terluka meskipun diberi gaya yang sama. Ujung tombak dan anak panah dibuat
runcing agar mudah menembus sasaran. Semua alat pemotong memiliki ujung yang runcing. Semua alat penusuk memiliki ujung yang lancip dan
runcing Gambar 4.43.
a b
c
Gambar 4.43 Sejumlah benda dengan ujung tajam dan runcing yang memungkinkan menusuk ke benda lain dengan mudah: a pisau cfbmatrix.com, b paku, dan c anak panah ajihaditanoyo.wordpress.com
Kita bertanya, mengapa ujung yang runcing dan lancip mudah menembus benda? Mengapa ujung yang tumpul sulit menembus benda?
Untuk menjawab pertanyaan ini maka kita perlu mendefinisikan sebuah besaran fisika yang kita namakan tekanan. Tekanan inilah yang
menentukan seberapa mudah sebuah benda menembus benda lain.
Mari kita lakukan percobaan dalam angan-angan. Dalam fisika percobaan semacam ini disebut gedanken experiment. Percobaan tidak
dilakukan secara langsung, tetapi hanya dipikirkan seolah-olah dilakukan.
Bab 4 Gaya
320
1 Kita mulai dengan memperbesar gaya yang diberikan untuk memotong
atau menusuk benda. Kita akan dapatkan bahwa makin besar gaya yang kita berikan maka makin mudah benda tersebut kita tusuk atau
potong. Dari hasil tersebut kita simpulkan bahwa tekanan haruslah berbanding lurus dengan gaya yang diberikan, atau
F P
, di mana P adalah simbol untuk tekanan.
2 Selanjutnya kita ubah-ubah ukuran permukaan benda yang
bersentuhan. Makin tajam ujung benda maka makin mudah benda menusuk atau memotong. Benda yang berujung tajam artinya benda
memiliki penampang kontak kecil. Jadi, makin kecil luas penampang kontak benda maka makin besar tekanan yang dihasilkan. Oleh karena
itu, kesimpulan kedua kita adalah tekanan berbanding terbalik dengan luas penampak kontak, atau
A P
1
. Jika dua kesimpulan di atas digabung menjadi sebuah persamaan maka
kita peroleh persamaan tekanan berikut ini
A F
P
4.124
dengan F adalah gaya tekan N;
A adalah luas penampang kontak m
2
; P adalah tekanan.
Satuan tekanan adalah Nm
2
yang didefinisikan sebagai Pa pascal. Pisau tajam, ujung jarum, atau mata tombak memiliki luas
penampang kontak yang sangat kecil sehingga tekanan yang dihasilkan sangat besar. Tekanan tersebutlah yang menentukan kemudahan
memotong atau menusuk benda.
Tekanan Oleh Zat Padat
Zat padat yang diletakkan di atas permukaan memberikan tekanan pada permukaan di bawahnya. Tekanan yang dilakukan oleh zat padat
dihitung langsung berdasarkan gaya yang dilakukan serta luas penampang kontak yang menahan gaya tersebut. Sebagai contoh, sebuah balok yang
Bab 4 Gaya
321
bermassa m dan ditempatkan di atas bidang datar seperti pada Gambar 4.44.
p
m
l
t
Berdasarkan Gambar 4.44 luas penampang balok yang bersentuhan dengan lantai adalah A = pl. Gaya yang dilakukan balok pada lantai adalah
F = W = mg. Dengan demikian, tekanan yang dilakukan balok pada lantai adalah P = FA = mgpl.
Meskipun berat balok tetap, namun tekanan yang dilakukan balok bergantung pada luas penampang yang bersentuhan dengan lantai.
Tekanan lebih besar dihasilkan jika yang bersentukan dengan lantai adalah permukaan terkecil balok. Tekanan lebih besar lagi jika yang bersentuhan
adalah salah satu sudut balok.
Pondasi Cakar Ayam
Pondasi cakar ayam adalah konstruksi pondasi beton yang melebar di ujung bawahnya. Ini dimaksudkan untuk memperkecil tekanan yang
diberikan bangunan ke tanah. Karena penampang bawah melebar maka luas penampang menjadi lebih besar sehingga tekanan yang diberikan
bangunan ke tanah menjadi kecil. Konstruksi tersebut cocok digunakan ketika mendirikan bangunan di tanah yang tidak terlampau kuat, seperti
tanah lembek. Jika tidak menggunakan konstruksi tersebut maka bisa terjadi satu atau sejumlah tiang penyangga amblas ke dalam tanah akibat
tekanan yang besar.
Gambar 4.45 adalah contoh konstruksi cakar ayam. Besi-besi beton
Gambar 4.44 Satu balok diletakkan di atas permukaan
lantai sustainablewoodfurniture.us.
Balok tersebut memberikan tekanan pada permukaan penyangga yang nilainya bergantung pada berat
balok dan luas permukaan balok yang kontak dengan penyangga.
Bab 4 Gaya
322
diikat sehingga melebar di dasarnya. Konstruksi cakar ayam diperkenalkan oleh pakar teknik sipil terkenal Indonesia, Prof. Dr. Sedyatmo. Menurut
cerita, konstruksi ini diilhami oleh bentuk cakar ayam yang melebar sehingga ayam bisa berdiri dengan stabil. Juga ada yang mengatakan
konstruksi ini diilhami oleh akar pohon kelapa yang melebar sehingga kelapa yang begitu tinggi dapat berdiri kokoh meskipun ditiup angin
kencang.
Gambar 4.45 kiri Contoh konstruksi cakar ayam pada pembangunan gedung bengkellas.net dan b bentuk cakar ayam 3nter.com
Konstruksi cakar ayam saat ini banyak digunakan dalam pembangunan jalan tol yang melewati daerah rata-rawa. Pembangunan
jalan tersebut dimulai dengan membangun pondasi dengan struktur cakar ayam. Bentangan jalan dibangun di atas pondasi tersebut. Jalan tol dari
Jakarta ke bandara Soekarno-Hatta sebagian besar bentangannya dibangun di atas pondasi cakar ayam karena melewati daerah rawa-rawa.
Jalan tol tersebut sekarang diberi nama jalan tol Prof. Dr. Ir. Sedyatmo Gambar 4.46
Contoh 4.6
Tiang beton memiliki panjang dan lebar 20 cm. Tiang tersebut dibuat di atas pondasi cakar ayam dengan panjang dan lebar sama, yaitu 60 cm.
Berapa penurunan tekanan pada tanah setelah menggunakan konstruksi cakar ayam dibandingkan dengan kalau tiang tanpa menggunakan
konstruksi cakar ayam?
Bab 4 Gaya
323
Gambar 4.46 Jalan tol Prof. Dr. Ir. Sedyatmo yang menghubungkan Jakarta dengan bandara Soekarno-Hatta. Jalan tersebut dibangun di atas pondasi cakar ayam tempo.co.id.
Jawab Luas penampang yang menekan tanah jika tidak menggunakan konstruksi
cakar ayam adalah A
1
= 0,2 0,2 = 0,04 m
2
. Dengan menggunakan konstruksi cakar ayam maka luas penampang yang menekan tanah setelah
menggunakan konstruksi cakar ayam adalah A
2
= 0,6 0,6 = 0,36 m
2
. Misalkan beban yang ditahan tiang adalah W. Jika tidak menggunakan
konstruksi cakar ayam maka tekanan ke tanah adalah P
1
= WA
1
= W0,04. Jika menggunakan konstruksi cakar ayam maka tekanan ke tanah adalah
P
2
= WA
2
= W0,36. Dengan demikian, perbandingan tekanan jika menggunakan cakar ayam dan tanpa cakar ayam adalah
9 1
36 ,
04 ,
04 ,
36 ,
1 2
W
W P
P
Jadi, dengan konstruksi cakar ayam maka tekanan yang dilakukan tiang ke tanah tinggal menjadi 19 kalau tidak menggunakan cakar ayam.
Bab 4 Gaya
324
Mobil Offroad
Salah satu ciri utama mobil offroad adalah bentuk ban yang lebar dan memiliki tonjolan-tonjolan besar Gambar 4.47. Bentuk ban yang
lebar menyebabkan luas permukaan ban menjadi besar. Luas kontak antara ban dengan jalan menjadi besar. Karena tekanan berbanding
terbalik dengan luas kontak, maka tekanan yang dilakukan ban mobil offroad dengan tanah tidak terlampau besar. Akibatnya, ketika melewati
jalan yang lembek seperti jalan berlumpur, ban mobil offroad tidak mudah menyusup ke dalam tanah. Tekanan yang kecil menyebabkan ban mobil
offroad dapat tetap berada di permukaan tanah. Kalaupun menyusup ke dalam tanah, susupannya tidak terlalu dalam. Tonjolan-tonjolan yang
besar menyebabkan gaya gesekan antara ban mobil dengan jalan menjadi besar sehingga mobil tidak mudah selip.
a
b c
Gambar 4.47 a Mobil offroad yang telah melewati jalan berlumpur mobil.sportku.com, b bentuk ban mobil offroad, dan c bentuk ban mobil yang beroperasi di jalan umum
.
Bab 4 Gaya
325
Kasur
Tidur di kasur terasa jauh lebih nyaman daripada tidur di atas lantai atau alas yang datar dan keras. Ketika tidur di kasur atau spring bed,
hampir semua sisi bawah tubuh bersentuhan dengan kasur kasur melengkung mengikuti lekukan tubuh Gambar 4.46. Permukaan kontak
antara tubuh dengan kasur menjadi besar. Tekanan yang dirasakan tubuh tubuh menjadi kecil.
Sebaliknya, ketika tidur di atas lantai datar dan keras maka hanya sebagian kecil permukaan tubuh yang bersentuhan dengan lantai hanya
bagian tubuh yang menonjol ke bawah Gambar 4.48. Permukaan kontak antara tubuh dengan lantai menjadi kecil. Tekanan yang dirasakan bagian
tubuh yang bersentuhan dengan lantai sangat besar sehingga bagian tersebut merasa sakit.
a
b
A W
P
Luas kontak tubuh dengan kasur
Berat badan
Gambar 4.48 a Ketika tidur di kasur, banyak bagian tubuh yang bersentuhan dengan kasur. Tekanan yang dihasilkan tubuh dengan kasur menjadi kecil sehingga tubuh tidak merasakan sakit. b Ketika tidur di lantai
datar dan kasar maka hanya bagian tubuh yang menonjol yang bersentuhan dengan lantai luas kontak tubuh dengan lantai kecil. Akibatnya tekanan antara tubuh dengan lantai sangat besar dan bagian tubuh yang
kontak dengan lantai merasa sakit untukindonesia108.blogspot.com
Bab 4 Gaya
326
Sepatu Tumit Tinggi
Saat ini terjadi kecenderungan para wanita menggunakan sepatu tumit tinggi high heels Gambar 4.49. Umumnya sepatu tumit tinggi
memiliki dasar runcing di bagian tumit dan sedikit posisi datar di bagian depan. Luas dasar sepatu tumit tinggi lebih kecil daripada sepatu biasa.
Akibatnya tekanan di dasar sepatu tumit tinggi lebih besar daripada tekanan di dasar sepatu biasa. Ini menyebabkan:
a Dasar sepatu tumit tinggi dibuat dari bahan yang lebih keras dan kuat
daripada dasar sepatu biasa agar tidak cepat rusak karena melakukan tekanan lebih besar ke jalan
b Sepatu timit tinggi tidak cocok digunakan di jalan yang lunak karena
dapat menancap di jalan tersebut akibat tekanan yang besar ke jalan.
Gambar 4.49 Contoh sepatu tumit tinggi high heels yang sedang dipakai. Perhatikan bahwa permukaan kontak antara dasar sepatu dengan jalan sangat kecil. Akibatnya tekanan yang dilakukan sepatu pada jalan
sangat besar. Oleh karena itu dasar sepatu ini harus terbuat dari bahan yang kuat.
Sepatu bola biasanya memiliki bagian-bagian menonjol di dasarnya. Gunanya adalah untuk menghasilkan tekanan lebih besar sehingga dasar
sepatu sedikit menancap di lapangan. Akibatnya pemain bola tidak mudah terpelesat di lapangan, khususnya saat berlari kencang. Nyamuk memiliki
mulut yang sangat runcing Gambar 4.50. Dengan gaya yang kecil
Bab 4 Gaya
327
sekalipun, mulut nyamuk bisa menembus kulit manusia karena menghasilkan tekanan yang sangat besar.
Gambar 4.50 Ujung mulut nyamuk sangat runcing sehingga mudah menembus kulit manusia untuk menghisap darah totalmosquitocontrol.com