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

4.6 Gaya pada Fenomena di Sekitar Kita

Sekarang kita membahas beberapa persoalan gaya yang ada di sekitar kita. Karena peristiwa tersebut terlalu sering kita lihat atau kita alami, seringkali tidak menarik perhatian dan tidak pernah mengaikan dengan hukum-hukum fisika. Beberapa topik yang dibahas berikut ini mungkin kelihatan menarik. Tabrakan Beruntun di Jalan Tol Tabrakan beruntun sering terjadi di jalan. Tabrakan tersebut melibatkan beberapa kendaraan yang berjejeran sehingga sejumlah kendaraan mengalami kerusakan bagian depan dan bagian belakang Gambar 4.51. Mengapa terjadi tabrakan beruntun di jalan tol atau jalan Bab 4 Gaya 328 pada umumnya? Penyebabnya adalah karena jarak antar kendaraan terlalu dekat. Saat kendaraan di depan tidak ada masalah, mengatur jarak hingga 1 meter pun akan aman asal laju kendaraan di belakang tidak lebih besar daripada laju kendaraan di sepan. Tetapi apa yang terjadi jika kendaraan di depan mengalami masalah secara tiba-tiba? Cukupkah ruang 1 meter untuk menghindari tabrakan? Tentu tidak. Sebenarnya hanya orang tidak berilmulah yang memacu kendaran dengan kecepatan tinggi dan membuat jarak beberapa meter dengan kendaraan di depannya. Dan ini biasanya dilakukan oleh sopir-sopir yang tidak bersekolah. Gambar 4.51 Contoh akibat tambarak beruntun di jalan tol. Peristiwa ini melibatkan sejumlah kendaraan yang berjejeran sehingga sejumlah kendaraan akan mengalami kerusakan bagian depan dan bagian belakang juaranews.com. Sopir yang punya ilmu akan mempertimbangkan dengan seksama jarak aman. Sopir yang berilmu tersebut menggunakan otaknya untuk berpikir, andaikan tiba-tiba mobil di depan mengalami masalah seperti berhenti tiba-tiba karena terguling atau karena menabrak mobil di depannya, apakah saya punya ruang yang cukup untuk merem kendaraan untuk menghindari tabrakan? Berapa jarak aman tersebut? Jarak aman tergantung pada gaya yang dihasilkan rem kendaraan. Saya coba cari informasi gaya pengeraman dan diperoleh grafik di bawah. Mungkin data ini tidak terlalu