Perubahan Tekanan Akibat Perubahan Volum

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA
(2. Mengukur Perubahan Tekanan Udara Akibat Perubahan Volume )

Oleh :
Nama

: Rofi Muhammad Ridho Muhyidin

NPM

: 240110150077

Hari, Tanggal Praktikum

: Senin, 21 Maret 2016

Asisten Dosen

: 1. Adams Rizan Abdalla
2. Dita Luthfiani C. D.
3. Feby Febriyani Santana

4. Nirmaya Arti Utami
5. Riska Dwi W. T.
6. Rizkyanti Dwi H. M.

LABORATORIUM SUMBERDAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2016

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.

Latar Belakang
Tekanan merupakan salah satu satuan turunan dalam fisika yang dapat

dinyatakan sebagai satuan gaya (F) dibagi satuan luas (A) atau P = F/A. Tekanan
juga dapat dinyakan sebagai hasil kali dari massa jenis (), percepatan gravitasi
(g), dan ketinggian (h) atau P =  g h. Namun dari kedua formula tadi, tekanan

juga mempunyai hubungan dengan volume (V) dan suhu (T).
Di kehidupan sehari-hari pun tekanan dan volume memiliki peranan
penting dalam menafsirkan maupun menyelesaikan berbagai fenomena dan
permasalahan yang terjadi. Apalagi di dalam dunia keteknikan (engineering),
tekanan dan volume merupakan variabel penting yang digunakan untuk
menyelesaikan berbagai masalah. Sehingga kedua variabel ini mutlak harus
dikuasai oleh para engineers.
Ada banyak sekali hubungan yang terjadi antara tekanan (P) dan volume
(V) . Seperti seorang filsuf , fisikawan dan ahli kimia asal inggris Robert William
Boyle yang mengatakan bahwa tekanan berbading terbalik dengan volume dan
begitu pula sebaliknya, volume berbanding terbalik dengan tekanan namun
berbanding lurus dengan peningkatang suhu.
1.2.

Tujuan Praktikum
Adapun tujuan dilaksanaknnya praktikum ini, adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui perubahan tekanan udara akibat perubahan volume.
2. Menghitung besarnya gaya dari tekanan udara dan perubahan volume.
3. Mengetahui hubungan antara tekanan udara dan perubahan volume.
4. Mengetahui penggunaan Hukum Boyle.

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tekanan
Dalam berbagai permasalahan keteknikan, fluida memegang peranan
penting dalam peneyelesaian permasalahan. Tinjauan fluida statis dan fluida
dinamis mutlak diperlukan untuk mencari berbagai solusi yang diperlukan. Salah
satu hal yang diperhatikan dalam fluida statis adalah tekanan (pressure).
Tekanan adalah hasil kali gaya kompresif yang bekerja pada suatu luas.
(Potter,2002) Satuan-satuan tekanan dihasilkan dibagi satuan luas atau N/m 2, yang
adalah pascal, Pa. Namun satuan pascal sangatlah kecil, sehingga lebih sering
diekspresikan dalam kilo Pascal (kPa).

Gambar 2.1

Sedangkan tekanan dalam fluida dipancarkan dengan kekuatan sama besar ke
semua arah dan bekerja tegak lurus pada suatu bidang. Dalam bidang datar yang
sama kekuatan tekanan dalam suatu cairan sama. Pengukuran-pengukuran aatuan
tekanan dilakukan dengan menggunakan berbagai bentuk meteran.
2.1.1. Pengukuran Tekanan

Tekanan fluida dapat dibedakan menjadi absolute pressure dan gage
pressure. Absolute pressure diukur relatif terhadap perfect vacuum (absolute zero
pressure), dimana gage pressure diukur relatif terhadap tekanan lokal atmosfer.
Dengan demikian, gage pressure pada saat nol terhadapa tekanan sama dengan
tekanan lokal atmosfer. Absolute pressure akan selalu bernilai positif, sedangkan
gage pressure dapat bernilai negatif atau positif tergantung apakah tekanan di atas
tekanan atmosfer (bernilai positif) atau tekanan di bawah tekanan atmosfer
(bernilai negatif). Jika gage pressure benilai negatif maka itu juga menunjukan
bahwa keadaan tersebut adalah tarikan atau tekanan vakum. Dengan demikian kita
dapat menghitung tekanan dengan :
P > Pa Gage Pressure :

P(gage) = P – Pa

P < Pa Vacuum Pressure :

P(vacuum) Pa - P

Gambar 2.2

2.1.2. Tekanan Hidroststika
Tekanan hidrostatika adalah tidak terjadinya pergerakkan relatif diantara
partikel-partikel fluida, sehingga tidak terjadi tegangan geser (gaya geser
disebablan oleh gradient kecepatan). Ini tidak berarti bahwa partikel-partikel
fluida tidak bergerak, melainkan mereka hanya tidak bergerak relatif satu sama
lainnya.
Tekanan hidrostatis itu sendiri dapa didapat dari menurunkan persamaan
umum tekanan dengan menurunkannya menjadi

Gambar 2.3

Dengan F adalah massa dikali percepatan gravitasi, dimana massa merupakan
hasil kali massa jenis () dengan volume (V) yang adalah luas permukaan(A)
dikali tinggi (h). Sehingga kita dapat menyederhanakannya menjadi persamaan
tekanan hidrostatis yang umum kita ketahui sekarang ini.
2.2. Volume
Volume adalah salah satu turunan fisika yang banyak digunakan dalam
menafsirkan suatu luas benda dalam bentuk tiga dimensi.Volume secara umum
dinotasikan dengan huruf v besar (V), namun tak sedikit juga yang

melambangkannya dengan lambing . Secara definisi volume adalah hasil kali
luas alas benda yang telah dikalikan koefesien volume dengan tingginya. Dalam
masalah ini, volume yang digunakan adalah volume tabung yang mempunyai
formula :

V = r2.t
Gambar 2.4

2.3. Manometer Tabung U
Manometer adalah instrument yang menggunakan suatu kolom cairan untuk
mengukur tekanan dalam tabung,dengan ketinggian ketimbang menggunakang
alat ukur tekanan. Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit
energy untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis
manometer tertua adalah jenis manometer kolom cairan. Versi manometer
sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan setengahnya
(biasanya berisi air dengan minyak atau air dengan raksa) dimana pengukuran
dilakukan pada satu sisi pipa. Sedangkan tekanan (yang mungkin terjadi karena
tekanan atmosfer) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian
yang berbeda memperlihatkan perbedaan tekanan yang terjadi.
2.3.1. Menghitung Tekanan Mengunakan Manometer Tabung U

Prinsip perhitungan tekanan pada manometer tabung U adalah
menggunakan prinsip tekanan hidrostatis, yaitu dipengaruhi oleh massa jenis (),
gravitasi (g) dan ketinggian (h) relatif terhadap pusat gravitasi.

Gambar 2.5

Tekanan yang ada didalam tabung dapat dihitung dengan cara :
Ppipa = Praksa - Pair
Ppipa = ( raksa x g x hraksa ) – ( air – x g x hair )
Keterangan :
hraksa = h1 – h2
hair

= ha – h2

2.4 Hukum Boyle
Gas adalah salah satu wujud material yang ada di alam yang sekaligus
dapat kita rasakan oleh indera kita. Kita dapat merasakan bahwa gas mempunyai
tekanan (P), volume (V), suhu (T) atau bahkan massa (m). Hal ini juga dirasakan
sekaligus diamati oleh seorang filsuf, fisikawan dan kimiawan asal Inggris, Robert

William Boyle atau lebih dikenal dengan Boyle. Dalam penelitiannya, Boyle
menyatakan bahwa antara tekanan, volume, suhu dan massa suatu gas memiliki
suatu keterkaitan satu sama lain. Dia meneliti bahwa suatu gas ideal yang
bermassa konstan dan dalam suhu yang tetap. Menghasilkan suatu produk yang
memiliki tekanan dan volume yang konstan untuk gas ideal. Sehingga didapat
persamaan :

P.V = Constan

Gambar 2.6

Maka persamaan di atas disebut dengan Hukum Boyle (Boyle’s Law)
untuk menghormati jasanya. Dari formula di atas, maka dapat kita turunkan
menjadi suatu persamaan lain

P1.V1 = P2.V2 = Pn.Vn
Gambar 2.7

Yang berarti bahwa hasil kali tekanan dan volume suatu gas ideal sama dengan
hasil kali tekanan dan volume gas ideal lainnya

BAB III
METODE PRAKTIKUM
4.1. Alat
Alat yang digunakan :
1. Manometer tabung U
2. Penggaris dalam satuan mm
3. Suntikan diameter 21 mm
4. Selang plastik
4.2.

Bahan

Bahan yang digunakan :
1. Raksa untuk mengisi manometer tabung U
4.3.

Prosedur Pelaksanaan
1. Sambungkan selang plastik dengan tabung manometer.
2. Isikan tabung manometer dengan raksa secukupnya hingga tinggi

kedua tabung sama.
3. Catat ketinggian raksa ketika kedua tingginya sama dan tetapkan
tinggi tersebut sebagai titik nol.
4. Sambungkan suntikan dengan selang plastik yang telah dipasangkan
sebelumnya.

5. Catat titik awal suntikan setiap kali sesaat sebelum suntikan
digerakkan dan tetapkan sebagai titik nol atau titik awal
6. Gerakan tangkai suntikan masuk atau keluar dari tabungnya sehingga
terjadi perubahan volume udara tabung suntikan minimal sebanyak 5
posisi, catat volume udara dalam ruang suntikan.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Pengukuran Volume
Data hasil pengukuran volume raksa dalam manometer tabung U pada saat
melakukan praktikum.
Awal
V1
No

P1 (Pa)

(10-6

Akhir
V2
F1 (N)

P2 (Pa)

3

1
2
3
4
5

105
1,013 x
105
1,013 x
105
1,013 x
105
1,013 x
105

1670,777

10

1670,777

113820,2247

8,9

15

1670,777

115992,3664

13,1

20

1670,777

118479,5322

17,1

112938,5965

22,8

1670,777
4

2

3,4

Tabel 4.1

1.1.1. Menghitung Luas Alas
Luas alas (A) = r2 atau 1/4d2
Keterangan

h

(m)

(m)

(m)

m)
148970,588

5

25

F2 (N)

h2

3

m)
1,013 x

(10-6

h1

: d = diameter suntikan 21 mm
r = jari-jari suntikan 10,5 mm
A = luas permukaan lingkaran

Maka luas alas tabung adalah 0,016493361 m.

2450,46

6,1 x 2,5 x 3,6 x

7
1877,27

10-2 10-2
10-2
5,9 x 2,7 x 3,2 x

8
1913,10

10-2 10-2
10-2
6,1 x 2,7 x 3,4 x

4
1954,12

10-2 10-2
10-2
5,9 x 2,7 x 3,2 x

6
1862,73

10-2 10-2
10-2
6,1 x 2,7 x 3,4 x

7

10-2

10-2

10-2

1.1.2. Menghitung Perubahan Tekanan Akibat Perubahan Volume

1. P2(1) =
=

P 1. V 1
V 2(1)
1,01.3 .10 5 x 5.10 6
3,4.10 6

= 148970,5882 Pa

2. P2(2) =
=

P 1. V 1
V 2(2)
1,01.3 .10 5 x 10.10 6
8,9.10 6

= 113820,2247 Pa
3. P2(3) =
=

P 1. V 1
V 2(3)
1,01.3 .10 5 x 15.10 6
13,1.10 6

= 115992,3664 Pa
4. 2(4)

=

P 1. V 1
V 2(4)

=

1,01.3 .10 5 x 20.10 6
17,1.10 6

= 118479,5322 Pa
5. P2(5) =
=

P 1. V 1
V 2(5)
1,01.3 .10 5 x 25.10 6
22.8 .10 6

= 112938,5965 Pa
4.2 Perubahan Gaya dari Tekanan Udara Akibat Perubahan Volume

Karena P1 mempunyai nilai yang sama yaitu 1 atm dan luas alas tabung
konstan, maka F1 = F1(1) = F1(2) = F1(3) = F1(4) = F1(5) = F. Beda halnya
dengan F2 yang memiliki tekanan yang berubah-ubah dikarenan perubahan
volume. Untuk mencari F2 maka kita dapat mencaarinya dengan cara
1. F2(1) = P2(1) x A
= 148970,5882 x 0,016493361
= 2450,467 N
2. F2(2) = P2(2) x A
= 113820,2247 x 0,016493361
= 1877,278 N
3. F2(3) = P2(3) x A
= 115992,3664 x 0,016493361
= 1913,104 N
4. F2(4) = P2(4) x A
= 118479,5322 x 0,016493361
= 1954,126 N
5. F2(5) = P2(5) x A
= 112938,5965 x 0,016493361
= 1862,737 N
Selain itu, kita juga dapat menghitung tekanan yang berada dalam tabung
secara teoritis dengan menggunakan persamaan hidrostatis yang telah dipelajari
pada praktikum sebelumnya.
1. Pteoritis = Hg x g x h
= 13600 x 9,81 x 3,6.10-2
= 4802,976 Pa
2. Pteoritis = Hg x g x h
= 13600 x 9,81 x 3,2.10-2
= 4269,312 Pa
3. Pteoritis = Hg x g x h
= 13600 x 9,81 x 3,4.10-2
= 4536,144 Pa
4. Pteoritis = Hg x g x h

= 13600 x 9,81 x 3,2.10-2
= 4269,312 Pa
5. Pteoritis = Hg x g x h
= 13600 x 9,81 x 3,4.10-2
= 4536,144 Pa

Volume (m3)

4.2.1. Grafik Hubungan Antara Gaya dan Volume
25
20
15
10
5
0

Gaya (N)

Grafik 4.1

4.2.2. Grafik Hubungan Antara Gaya dan Tekanan

Tekanan (kPa)

160
140
120
100
80
60
40
20
0

Gaya (N)

Grafik 4.2

4.3 Hubungan Tekanan Dengan Volume

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa tekanan, volume, suhu
dan massa mempunyai keterkaitan satu sama lain, namun dikarenakan suhu
ruangan praktikum konstan dan massa gas antara tabung yang terbuka dan yang
tertutup oleh suntikan sama, maka dapat kita abaikan.
Hubungan tekanan dengan volume yang kita ketahui sebelumnya adalah
berbanding terbalik. Hal ini dapat kita uji dari hasil praktikum yang menunjukan
grafik P-V yang menggambarkan bahwa semakin tinggi tekanan maka volumenya
semakin rendah dan juga sebaliknya, semakin besar volumenya maka tekanannya

Tekaknan (P)

semakin rendah.
160
140
120
100
80
60
40
20
0

Data Hasil Praktikum
Grafik Idealisasi Hubungan P-V

Volume (V)

Grafik 4.3

Dari grafik P-V di atas terlihat bahwa data hasil praktikum sedikit
fluktuatif, hal ini sangat mungkin terjadi karena pada kenyataannya sampai saat
ini belum ada grafik hubungan tekanan dan volume yang actual, khususnya untuk
proses ekspansi dan kompresi. Sampai sekarang grafik P-V yang lazim digunakan
adalah grafik idealisasi yang diperoleh dari hasil perkiraan dan proses
V2

pengintegralan fungsi W =

∫ P dV

.

V1

4.4 Penggunaan Hukum Boyle
Mungkin tidak banyak masyarakat yang tahu akan Hukum Boyle.
Mungkin juga ada sebagian dari kita yang tahu dengan Hukum Boyle, namun
tidak tahu bagaimana cara kerja maupun kegunaannya. Padahal , jika di telisik
lebih dekat Hukum Boyle sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari kita. Contoh
sederhananya adalah ketika kita mengisi ban. Ketika suatu gas ditambahkan ke
dalam suatu wadah yang tertutup (ban), maka tekanan dalam wadah tersebut akan
meningkat namun sebaliknya volume dari tiap-tiap molekul gas akan mengecil.
Selama suhu udara konstan, maka tekanan dan volume udara dalam gas tak akan
berubah secara signifikan. Selain itu, masih banyak lagi penerapan Hukum Boyle
yang dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti cat semprot, suntikan,
minuman karbonasi/soda dalam kaleng, tabung oksigen, cartesian diver dan masih
banyak lagi.

BAB V
KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan
Dari hasil praktikum mengukur tekanan udara akibat perubahan volume,
maka kita dapat menarik kesimpulan bahwa :
1. Hukum Boyle menyatakan bahwa hasil kali tekanan (P) dengan
volume (V) adalah konstan.
2. Tekanan (P) berbanding terbalik dengan volume (V), atau semakin
tinggi tekanan maka volumenya semakin kecil begitu juga sebaliknya.
3. Secara umum, hubungan gaya (F) dengan tekanan (P) adalah
berbanding lurus, namun berbanding terbalik dengan volume (V).
4. Untuk menghitung gaya dapat dilakukan dengan formula F = P.A yang
berasal dari rumus tekanan secara umum.
5. Untuk menghitung Pteoritis dapat dilakukan dengan pendekatan formula
tekanan hidrostatis yaitu P =  g h
6. Untuk menghitung luas dapat dilakukan dengan formula A = r2 atau
1/4d2.
5.2. Saran
Sebelum melakukan praktikum, praktikan disarankan untuk membaca dan
memahami terlebih dahulu metode dan prinsip-prinsip kerja yang akan
dilakukan pada saat praktikum nanti agar praktikan dapat lebih memperdalam
materi yang akan dipraktikan dan dapat bertanya hal yang belum dimengerti
pada saat praktikum.Selain itu disarankan juga agar praktikan dan peralatan
praktikum dalam kondisi baik, karena pada praktikum ini membutuhkan
ketelitian dan kecermatan.
Selain itu, disarankan juga berhati-hati ketika mengerakkan tangkai
suntikan, jangan terlalu kuat dan cepat, karena akan menyebabkan raksa tidak
dapat menahan tekanan yang diberikan oleh suntikan sehingga sebagian udara
menngelembung dan keluar dari tabung manometer dan tekanan dalam

suntikan berkurang sehingga pengukuran tidak presisi. Dengan berhati-hati
juga dapat mencegah cairan raksa keluar dari tabung. Karena jika terkena mata
maupun kulit, dapat menyebabkan iritasi dan ganguan kesehatan lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Anstey, Peter and J. J. Macintosh. 2014. Robert Boyle. Terdapat pada :
http://plato.stanford.edu/entries/boyle/. Diakses tanggal 27 Maret 2016
Benson, Tom. 2014. Boyle’s Law. Terdapat pada : http://www.grc.nasa.gov/
WWW/k-12/airplane/aboyle.html. Diakses tanggal 27 Maret 2016
Cengel A. Y and Cimbala M. J. 2006. Fluids Mechanics : Fundamental and
Application. First Edition. McGraw-Hill Companies, Inc. New York
Moran M. J. and Shapiro H. N. 2006. Fundamental of Engineering
Thermodynamics. Fifth Edition. John Wiley and Sons, Inc. West Sussex
Potter C. M and Wiggert C. D. Alih bahasa oleh Thombi Layukallo. 2008.
Schaum’s Outline Mekanika Fluida. Erlangga. Jakarta
Pearson, Steven. 2015. Boyle’s Law Examples In Real Life. Tedapat pada :
http://hubpages.com/education/Examples-of-Boyles-Law.

Diakses

27

Maret 2016
Sahaja, Irwan. 2014. Tekanan Hidrostatis. Terdapat pada : http://irwansahaja.
blogspot.co.id/2014/07/modul-pembelajaran-fisika-tekanan.html. Diakses
tanggal 20 Maret 2016
Senesse, Fred. 2010. What are some examples of the gas laws in action in
everyday life?. Terdapat pada : http://antoine.frostburg.edu/chem/senese /
101/gases/faq/everyday-gas-laws.shtml. Diakses tanggal 27 Maret 2016
White M. Frank. 2011. Fluids Mechanis. Seventh Edition. McGraw-Hill
Companies, Inc. New York

Lampiran