245
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
2. Sebuah kubus bersisi 20 cm. Jika kubus terapung di atas permukaan air dan
bagian kubus tercelup di dalam air, tentukan massa jenis kubus U
air
= 1.000 kgm
3
3. Jelaskan prinsip kerja peralatan di bawah ini
a. Jembatan ponton.
b. Kapal.
c. Pesawat terbang.
d. Tank amfibi.
e. Pesawat amfibi.
f. Hidrometer.
2 1
Gambar 19.14 Percobaan Torricelli
C. Tekanan pada Gas Tekanan Udara
Apa yang akan terjadi jika bumi tidak memiliki atmosfer? Tentu saja kita tidak dapat bernapas karena tidak ada udara di atmosfer. Udara yang ada di atmosfer
memiliki tekanan. Tekanan udara muncul sebagai akibat berat partikel udara yang tertarik gaya gravitasi bumi. Jika gaya tarik terhadap partikel ini hilang maka partikel
udara akan terbang ke luar angkasa dan bumi tak memiliki atmosfer. Tanpa atmosfer tidak akan ada kehidupan di bumi. Berikut ini akan kita pelajari tekanan
dalam gasudara.
1. Mengukur Tekanan Udara
Tekanan udara pertama kali diselidiki oleh Evangelista Torricelli pada tahun 1643. Torricelli melakukan pengukuran tekanan udara menggunakan tabung
sepanjang 1 meter yang diisi dengan air raksa. Setelah tabung diisi penuh air raksa, tabung tersebut kemudian dibalik dan dimasukkan dalam bejana yang
berisi air raksa.
Setelah tabung tersebut dibalik, air raksa dalam tabung turun. Tinggi air raksa setelah dibalik
adalah 76 cm dari permukaan air raksa dalam bejana.
Tinggi air raksa dalam tabung Torricelli digunakan sebagai acuan tekanan atmosfer atau
tekanan udara luar. Sedang ruang hampa di atas air raksa dalam tabung dikenal dengan nama
ruang hampa Torricelli.
Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa: 76 cmHg = 1 atmosfer = 100.000 Pascal.
Angka 76 cm tersebut diperoleh jika percobaan dilakukan di tepi pantai dan bukan di pegunungan.
2. Tekanan Udara dan Ketinggian Tempat
Tekanan udara yang ada di atmosfer berbeda-beda. Semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, tekanan udara di tempat tersebut akan semakin
berkurang. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya jumlah partikel udara karena
1 m 76 cm
Di unduh dari : Bukupaket.com
246
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
sebagian besar partikel udara berada di dekat permukaan bumi laut akibat gaya tarik bumi.
Menurut penelitian para ahli, setiap kenaikan 10 m dari permukaan laut tekanan udara rata-rata turun 1 mmHg. Penurunan ini hanya berlaku sampai
ketinggian 1.000 m. Dengan demikian, karena 76 cmHg senilai dengan 760 mmHg maka ketinggian suatu tempat dapat dinyatakan dengan persamaan:
h = 760 – x . 10 . . . 19.12
Keterangan:
h : ketinggian suatu tempat m x : tekanan tempat tersebut mmHg
Untuk membantumu memahami pengaruh ketinggian terhadap tekanan udara. Mari kita pelajari contoh soal berikut Setelah kamu memahaminya,
coba kerjakan pelatihan di bawahnya
Contoh Soal
Suatu tempat memiliki ketinggian 500 m dari permukaan laut. Tentukan tekanan udara pada tempat tersebut
Penyelesaian:
Diketahui: h = 500 m
Ditanyakan: x = . . . ? Jawab:
h = 760 – x . 10 500 = 760 – x . 10
50 = 760 – x x = 760 – 50
x = 710 mmHg = 71 cmHg Jadi, tekanan udara di tempat yang ketinggiannya 500 m dari permukaan laut adalah
71 cmHg.
Kerja Mandiri 4
Kerjakan soal berikut dengan tepat 1.
Jelaskan sifat tekanan udara 2.
Tentukan ketinggian suatu tempat yang mempunyai tekanan udara 70 cmHg 3.
Tentukan tekanan udara suatu tempat yang mempunyai ketinggian 800 m dari permukaan air laut
Di unduh dari : Bukupaket.com
247
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara adalah barometer
. Terdapat beberapa jenis barometer, yaitu:
a. Barometer air raksa
Barometer yang digunakan oleh Torricelli termasuk barometer air raksa. Pada barometer air raksa terdapat skala yang menunjukkan
tekanan udara dalam cmHg.
b. Barometer air
Barometer air pertama kali dibuat oleh Otto Von Genricke. Prinsip kerja barometer ini sama dengan barometer air raksa, perbedaannya
terletak pada zat cair pengisi barometer, yaitu air. Oleh karena massa jenis air lebih ringan dibanding air raksa maka panjang tabung barometer
air lebih panjang dibandingkan tabung barometer air raksa. Massa jenis air adalah 1.000 kgm
3
sehingga tinggi tabung yang diperlukan untuk mengukur tekanan udara sebesar 1 atm = 76 cmHg = 100.000 Pascal
adalah: P =
U . g . h 100.000 = 1.000 . 10 . h
h = 10 m
c. Barometer aeroid logam
Barometer aeroid terbuat dari logam. Barometer aeroid berukuran kecil sehingga
mudah dibawa atau dipindahkan. Perhatikan gambar 19.15 di samping Barometer aeroid
terdiri atas sebuah kotak logam yang berisi udara dengan tekanan udara yang sangat
rendah. Permukaan barometer dibuat berge- lombang. Jarum penunjuk, pegas, serta angka-
angka pada skala barometer berbentuk lingkaran. Barometer ini biasanya digunakan
oleh para penerbang dan pendaki gunung.
Dalam kehidupan sehari-hari, tekanan udara dapat dimanfaatkan dalam berbagai kegiatan, di antaranya sebagai berikut.
1 Penggunaan alat penyedot minuman. Alat ini bekerja karena tekanan udara dalam mulut lebih rendah dibanding
tekanan udara luar yang menekan minuman, akibatnya minuman dapat naik ke mulut.
2 Pembuatan lubang pada kaleng susu kental dibuat lebih dari satu. Hal ini bertujuan agar saat mengeluarkan susu kental dari kaleng, udara
luar akan ikut mendesak susu kental sehingga susu mudah dikeluarkan. 3 Pengisap udara dari karet.
Pengisap udara dari karet umumnya digunakan untuk menggantungkan sikat gigi, sabun, pakaian, dan boneka.
4 Kompresor. Kompresor dapat digunakan untuk memompa ban karena tekanan udara
dalam kompresor lebih besar daripada tekanan udara dalam ban.
Barometer
Gambar 19.15 Barometer aeroid
26 27
28 29
Rep.Encarta Encyclopedia
Di unduh dari : Bukupaket.com
248
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
Tidak sulit, bukan? Sekarang, coba kamu kerjakan pelatihan berikut bersama kelompokmu
Kerja Kelompok 2
Kerjakan bersama kelompokmu Perhatikan gambar di samping Pada gambar
tampak sebuah kapal hovercraft. Diskusikan dengan kelompokmu tentang pemanfaatan
tekanan udara pada hovercraft
Buatlah laporan hasil diskusi kalian, kemudian kumpulkan kepada guru
3. Tekanan Udara dalam Ruang Tertutup
Manometer
Udara ternyata memberikan tekanan pada ruang tertutup. Perhatikan gambar 19.16 di samping Ketika
kamu meniup balon maka pada balon terasa adanya tekanan yang menekan tangan kalian. Untuk
mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup digunakan
manomater . Ada dua jenis manometer,
yaitu manometer zat cair dan manometer logam.
a. Manometer zat cair
Manometer zat cair merupakan manometer jenis terbuka. Pada manometer zat cair terdapat
pipa U yang memiliki satu tabung terbuka dan satu tabung tertutup. Cairan dalam tabung
dapat berupa air raksa, alkohol, ataupun air.
Prinsip pengukuran tekanan udara dalam tabung manometer adalah dengan mengukur selisih ketinggian fluida dalam pipa. Jika tekanan gas
dalam tabung lebih besar dari tekanan udara luar maka tinggi permukaan zat cair dalam tabung terbuka lebih tinggi daripada tinggi permukaan zat
cair dalam tabung yang tertutup. Besar tekanan dalam tabung manometer dirumuskan:
P
gas
= P
luar
+ h . . . 19.13
Jika tekanan udara dalam tabung tertutup lebih kecil dibanding tekanan udara luar maka tinggi permukaan zat cair dalam tabung terbuka
lebih rendah dibandingkan dengan tinggi permukaan zat cair dalam tabung tertutup. Tekanan udara dalam tabung tersebut dinyatakan:
P
gas
= P
luar
– h . . . 19.14
Rep.encarta.msn
Gambar 19.16 Udara dalam balon menekan ke segala arah
Dok. Pen erbit
Di unduh dari : Bukupaket.com
249
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
Umumnya cairan yang digunakan pada manometer zat cair adalah air raksa sehingga satuan h adalah cm, mengingat tekanan udara luar
diasumsikan 76 cmHg.
b. Manometer logam
Hukum Boyle
4. Hukum Boyle
Robert Boyle, seorang fisikawan asal Inggris, sekitar abad-17, meneliti hubungan antara tekanan dan volume untuk gas dalam ruang tertutup pada
suhu tetap. Berdasar percobaannya, Boyle mendapat dua kesimpulan, yaitu: a.
Jika tekanan diperbesar, volume udara semakin kecil, tetapi hasil kali tekanan dengan volume harganya selalu konstan.
b. Jika tekanan dinaikkan dua kali tekanan semula maka volume gas menjadi
setengah volume mula-mula. Jika volume menjadi sepertiga volume mula- mula maka tekanannya naik tiga kali lipat.
Berdasar kesimpulan tersebut, Boyle menyampaikan pernyataan yang dikenal dengan nama
hukum Boyle , yaitu:
Pada suhu tetap, tekanan gas di dalam ruang tertutup berbanding terbalik dengan volumenya.
Secara matematis, hukum Boyle dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.
P . V = konstan P
1
. V
1
= P
2
. V
2
. . . 19.15
Keterangan:
P : tekanan Pa V : volume m
3
Beberapa alat yang bekerja menggunakan prinsip hukum Boyle adalah: a.
pompa air, b.
pompa udara, dan c.
pompa sepeda. Sekarang, coba kamu kerjakan pelatihan berikut
Gambar 19.17 Manometer logam digunakan untuk mengukur tekanan
udara yang sangat tinggi
Rep.www .sika.net
Untuk tekanan udara yang tinggi, seperti pengukuran tekanan udara dalam ban
mobil, tekanan gas, dan tekanan tungku pemanas digunakan manometer logam.
Manometer ini digunakan karena tekanan udara yang diukur sangat besar sehingga
tidak mungkin menggunakan manometer zat cair. Manometer logam ada beberapa
macam, antara lain:
1 manometer Bourdon, 2 manometer Schaffer dan Boudenberg,
dan 3 manometer pegas.
Di unduh dari : Bukupaket.com
250
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
Kerja Berpasangan 2
Kerjakan bersama teman sebangkumu 1.
Jelaskan bagaimana sifat tekanan gas di ruang tertutup Sebutkan 3 contohnya 2.
Alat apa yang digunakan untuk mengukur tekanan gas di ruang tertutup? Bagaimana prinsip kerja alat tersebut?
3. Jelaskan mengenai hukum Boyle
Rangkuman
A
G F
A
1
G F
1
A
2
G F
2
1. Tekanan pada zat padat dirumuskan:
P = 2.
Tekanan hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Tekanan hidrostatis dapat dirumuskan sebagai berikut.
P = U . g . h
3. Hukum utama tekanan hidrostatis: ”Tekanan yang dilakukan oleh zat cair yang sejenis
pada kedalaman yang sama adalah sama besar”, yang dapat dirumuskan: U
1
. h
1
= U
2
. h
2
4. Hukum Pascal berbunyi: ”Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup
diteruskan ke segala arah dan sama besar.” Hukum Pascal dirumuskan sebagai berikut. P
1
= P
2
= 5.
Hukum bejana berhubungan berbunyi: ”Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan berada dalam keadaan setimbang maka permukaan zat cair dalam
bejana-bejana terletak pada sebuah bidang datar.” Dari hukum bejana berhubungan diperoleh persamaan:
P
A
= P
B
U
1
. g . h
1
= U
2
. g . h
2
U
1
. h
1
= U
2
. h
2
Di unduh dari : Bukupaket.com
251
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
6. Hukum Archimedes berbunyi: ”Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya
ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.” Hukum Archimedes dirumuskan sebagai
berikut.
G
a
F
= U . g . V
7. Suatu benda dikatakan mengapung jika besar gaya ke atas atau gaya Archimedes lebih
besar dibanding gaya ke bawahnya gaya beratnya. Secara metematis dapat dinyatakan:
G
a
F G
w
8. Suatu benda dikatakan melayang atau terbang jika besar gaya ke atas gaya Archimedes
sama dengan gaya ke bawah gaya berat benda tersebut. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
G
a
F
=
G w
9. Suatu benda dikatakan tenggelam jika besar gaya ke atas gaya Archimedes lebih kecil
daripada gaya ke bawahnya gaya beratnya. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.
G
a
F G
w
10. Ketinggian suatu tempat diukur dari permukaan laut dirumuskan: h = 760 – x . 10 m
11. Barometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara. 12. Manometer digunakan untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup.
13. Hukum Boyle menyatakan : ”Pada suhu tetap, tekanan gas di dalam ruang tertutup berbanding terbalik dengan volumenya.” Hukum Boyle dirumuskan:
P
1
. V
1
= P
2
. V
2
Di unduh dari : Bukupaket.com
252
Ilmu Pengetahuan Alam VIII Tekanan
Soal-soal Uji Kompetensi
A. Ayo, berilah tanda silang pada jawaban
yang paling tepat 1.
Besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda tiap satu satuan luas disebut . . . .
a. gaya tekan
b. tekanan
c. tekanan atmosfer
d. tekanan hidrostatis
2. Besarnya tekanan hidrostatis bergantung
pada: 1 ketinggian zat cair
2 massa jenis zat cair 3 luas permukaan zat cair
4 gaya gravitasi bumi Pernyataan yang benar adalah . . . .
a.
1, 3, dan 4 c. 1, 2, dan 3
b. 2, 3, dan 4 d.
1, 2, dan 4 3.
Alat ukur tekanan udara dalam tabung tertutup adalah . . . .
a. barometer
c. manometer
b. hidrometer
d. fluviometer
4. Alat-alat berikut bekerja berdasar hukum
Pascal. 1 kempa hidraulis
2 rem hidraulis 3 dongkrak hidraulis
4 kapal hidraulis Pernyataan yang benar adalah . . . .
a.
1, 2, dan 3 c. semua benar
b. 1 dan 3
d. 4 saja
5. Tekanan udara di lereng gunung dengan
ketinggian 400 meter adalah . . . . a.
76 cmHg c.
72 cmHg b.
74 cmHg d.
70 cmHg 6.
Sebuah mesin pengangkat mobil mem- punyai luas penampang kecil dan besar
seluas 8 cm
2
dan 20 cm
2
. Jika gaya tekan di penampang kecil 20 N maka gaya
angkat di penampang besar adalah . . . . a.
8 N c.
40 N b.
20 N d.
50 N 7.
Sebuah pipa U diisi air dengan massa jenis 1.000 kgm
3
. Jika di sisi kanan diberi minyak dengan massa jenis 800 kgm
3
setinggi 8 cm maka tinggi air di sisi kiri relatif terhadap permukaan atas air pada
sisi sebelah kanan setinggi . . . . a.
3,4 cm c.
8 cm b.
6,4 cm d.
10 cm 8.
Tekanan hidrostatis yang dialami penyelam yang menyelam pada kedalaman 4 m di
bawah permukaan air yang mempunyai massa jenis 1.000 kgm
3
adalah . . . . a.
10.000 Pa c.
40.000 Pa b.
20.000 Pa d.
50.000 Pa 9.
Kapal dengan volume 50.000 m
3
, ter- apung di atas air laut dengan massa jenis
1.200 kgm
3
. Jika bagian kapal yang ter- benam di dalam air laut hanya setengah-
nya maka berat kapal di udara adalah . . . . a.
100.000.000 N c. 150.000.000 N
b. 120.000.000 N d.
250.000.000 N 10. Sebuah manometer dengan salah satu
sisinya berupa tabung tertutup mem- punyai tekanan udara 86 cmHg. Jika
tekanan udara luar 1 atm maka selisih ketinggian air raksa dalam manometer
adalah . . . . a.
10 cm c.
13 cm b.
12 cm d.
14 cm
B. Jawablah pertanyaan berikut dengan
benar 1.
Jelaskan faktor-faktor yang memengaruhi tekanan hidrostatis
2. Sebutkan bunyi hukum Pascal dan alat-
alat yang bekerja dengan hukum Pascal 3.
Sebutkan bunyi hukum Archimedes dan alat-alat yang bekerja berdasar hukum
tersebut 4.
Tentukan kedalaman kapal selam yang dinding-dinding kapalnya mendapat
tekanan 400.000 Pa, jika massa jenis zat cair di tempat itu 1.000 kgm
3
5. Sebuah mesin pengangkat mobil meng-
angkat mobil seberat 10.000 N pada penampang besar berjari-jari 20 cm.
Tentukan jari-jari penampang kecil, jika gaya penekan di penampang kecil
sebesar 20 N
Di unduh dari : Bukupaket.com
