Konsep Tekanan Zat dan Penerapannya

TEKANAN ZAT

A. Tekanan Zat

1. Tekanan Zat Padat

Besarnya tekanan yang diberikan oleh benda padat dipengaruhi oleh besarnya gaya dan luas bidang tekan

P = tekanan (N/m² atau pascal (Pa))

F = Gaya (N)

A = luas bidang tekan (m²)

Contoh Soal

1. Perhatikan gambar berikut!

Sebuah benda yang terbuat dari besi pejal beratnya 40 N diletakkan di atas lantai seperti pada posisi (1) kemudian kedudukan benda tersebut diubah menjadi seperti posisi (2). Hitunglah tekanan yang diberikan oleh benda terhadap lantai pada posisi (1) dan (2)

Penyelesaian

Posisi (1)

F = 40 N

A = 25 dm² = 0,25 m²

P =

= 160 N

Posisi (2)

F = 40 N

A = 20 dm² = 0,2 m²

P =

= 200 N

2. Tekanan dalam Zat Cair

Tekanan hidrostatis

Tekanan hidrostatika adalah tekanan yang diberikan oleh zat cair yang diam (hidro = air, statik = diam). Bunyi Hukum Utama Hidrostatitik: ”Tekanan hidrostatika di semua titik pada bidang datar dalam zat cair yang sejenis sama besar”.

Tekanan dalam zat cair (Tekanan Hidrostatis) bergantung pada kedalaman dan massa jenis zat cair. Secara matematis rumus tekanan hidrostatis ditulis:

Ph = ⍴ g h

Keterangan:

Ph = tekanan hidrostatis (N/m2)

⍴ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi Bumi (10 m/s2)

h = ketinggian zat cair dari permukaan (m)

Contoh soal:

Perhatikan gambar!

Apabila percepatan gravitasi bumi sebesar 10 m/s² dan massa jenis air 1 000 kg/m³, maka hitunglah tekanan hidrostatis yang dialami ikan.

Diketahui :

ρ = 1000 kg/m³

g = 10

h = 70 cm– 30 cm = 40 cm = 0,4 m

Ditanya : Ph

Jawab : Ph = ρ.g.h

= 1000 kg/m³. 10 .0,4 m

= 4000 N/m²

Hukum Pascal

Hukum Pascal menyatakan bahwa: “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruangan tertutup akan diteruskan ke segala arah sama besar”. Hukum Pascal digunakan sebagai dasar kerja mesin atau pesawat hidrolik. Pesawat hidrolik adalah pesawat yang digunakan untuk mendapatkan gaya yang lebih besar dari gaya yang kecil.

F₂ = gaya pada pengisap besar (N)

F₁ = gaya pada pengisap kecil (N)

A₁ = luas penampang pengisap kecil (m²)

A₂ = luas penampang pengisap besar (m²)

Contoh soal:

Perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan gambar tersebut, berapakah besar gaya minimum yang bekerja pada penghisap 2?

Diketahui : A₁ = 30 cm²

A₂ = 900 cm²

F₁ = 500 N

Ditanya : besar agar mobil dapat terangkat?

Jawab : F₂ = A2/A1 x F1

= (900/30) x 500 = 15.000 N

Jadi gaya yang bekerja pada penghisap yang besar adalah 15.000 N

Alat-alat teknik yang berprinsip kerjanya berdasarkan hukum Pascal antara lain:

1. Dongkrak hidrolik yang digunakan untuk mengangkat beban yang berat misalnya mobil.

2. Kempa hidrolik yang digunakan utuk mengempa bahan seperti pada proses pemerasan minyak, pengepakan kertas, pencetakan plat logam,

3. Alat pengangkat mobil hidrolik

4. Rem hidrolik

Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes: ”Sebuah benda yang dicelupkan dalam zat cair akan mendapat gaya tekan ke atas sebesar berat zat cair yanh didesak oleh benda”. Secara matematis ditulis:

Fa = Vb x S atau Fa = Vb x ⍴ x g

Contoh Soal

Perhatikan gambar percobaan Archimedes berikut!

Dari gambar percobaan tersebut, jika diketahui massa jenis zat cair 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s², berapakah volume benda tersebut?

Penyelesaian

W_bu = 7 N

W_ba = 5 N

ρ = 1000kg/m³

g = 10

Fa = 7 N – 5 N = 2 N

Fa = ⍴ V g

2 = 1000.V.10

V = = 0,0002 m³ = 200 cm³

Terapung, Melayang, dan Tenggelam

Benda yang berada di dalam zat cair mungkin terapung, atau melayang atau tenggelam

Terapung	Melayang	Tenggelam

ρ_b < ρ_c W = m.g = V. ρ_b .g F_A = V₂ . ρ_c . g	ρ_b = ρ_c W = m.g = V. ρ_b .g F_A = V . ρ_c . g	ρ_b > ρ_c W = m.g = V. ρ_b .g F_A = V . ρ_c . g

ρ_b = massa jenis benda (kg/m³)

ρ_c = massa jenis zat cair (kg/m³)

F_A = gaya ke atas (N)

V = volume benda (m³)

V₂ = volume benda yang tercelup (m³)

W = berat benda (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi Bui (m/s²)

3. Tekanan Gas

tekanan udara di atas permukaan air laut sebesar 76 cmHg

Setiap kenaikan 100 m dari permukaan air laut tekanan udara turun 1 cmHg

P = 76 cmHg – (h/100 )cmHg

Contoh soal

Puncak Jaya Wijaya mempunyai ketinggian 4900 m. Berapa skala yang ditunjukkan oleh barometer di puncak Jaya Wijaya tersebut?

Penyelesaian

h = 4900 m

P = 76 - (h/100 )

= 76 - (4900/100) = 25 cmHg

Tekanan Gas dalam ruang tertutup

Contoh soal

Perhatikan gambar berikut!

Jika tekanan udara di luar 76 cmHg dan perbedaan tinggi kolom raksa adalah 10 cm, berapa tekanan gas di dalam tabung tersebut?

Penyelesaian :

tekanan udara luar = 76 cm Hg

h = 10 cm

P = P0 –h = 76 – 10 = 66 cmHg

Hukum Boyle

Hasil kali antara tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap, jika suhu tetap

PV = c

P₁V₁ = P₂V₂

P₂ = Tekanan gas akhir
P₁ = Tekanan gas awal
V₁ = Volume gas awal
V₂ = Volume gas akhir

Contoh Soal

Sebuah balon volumenya 6 dm³ bertekanan 3 atm. Tiba-tiba gas mengembang sehingga volumenya menjadi 9 dm³, tekanan gas di dalm balon sekarang adalah ....

Penyelesaian

V₁= 6 dm³

P₁ = 3 atm

V₂ = 9 dm³

P₂ = ... ?

P₂ = P₁

B. Aplikasi Konsep Tekanan Zat pada Makhluk Hidup

1. Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan

air diserap oleh rambut-rambut akar, masuk ke sel epidermis, melalui korteks, endodermis, dan perisikel secara osmosis yaitu perpindahan zat pelarut dari konsentrasi yang lebih rendah ke konsentrasi yang lebih tinggi

air naik dari akar ke bagian lain yang lebih tinggi karena adanya daya kapilaritas batang.

Pipa kapiler berupa saluran yang memiliki diameter sangat kecil, apabila salah satu ujung pipa dimasukkan ke dalam air, air yang berada pada pipa tersebut akan lebih tinggi dari pada air yang berada pada di sekitar pipa kapiler

Selain itu naiknya air juga dipengaruhi oleh adanya daya isap daun karena banyak penggunaan air pada daun untuk fotosintesis dan respirasi serta penguapan air.

2. Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia

- menggunakan prinsip hukum pascal

- tekanan darah diukur menggunakan sphygmomanometer

- tekanan darah normal 120/80 mmHg

- Sistol : tekanan darah saat bilik berkontraksi dan darah terdorong keluar dari bilik jantung
melalui pembuluh arteri

- Diastol : tekanan darah saat bilik relaksasi dan darah masuk menuju bilik jantung, tepat
sebelum bilik berkontraksi lagi.

3. Tekanan Gas ada Proses Pernapasan

- Darah yang menuju ke paru paru melalui arteri pulmonalis memiliki PO₂ yang lebih rendah dan PCO₂ yang lebih tinggi daripada udara di dalam alveoli

- Pada saat darah memasuki kapiler alveoli, CO₂ yang terkandung dalam darah berdifusi menuju alveoli dan O₂ yang terkandung dalam udara di alveoli berdifusi ke dalam darah

PO₂ dalam darah menjadi naik dan PCO₂ dalam darah menjadi turun

- Pada saat darah Darah menuju jaringan tubuh, O₂ dalam darah mengalami difusi menuju jaringan tubuh, CO₂ dalam jaringan tubuh mengalami difusi ke dalam darah

Latihan soal

1. Balok memiliki massa yang sama besar, Tekanan terkecil terhadap bidang tekan balok adalah . . . .

2. Balok bermassa 50 kg terletak di atas lantai dengan ukuran seperti pada gambar.

Besar tekanan balok terhadap lantai adalah . . . . (g = 10 m/s²)

A. 5.000 N/m²

B. 2.500 N/m²

C. 2.000 N/m²

D. 1.000 N/m²

3. Perhatikan gambar berikut!

Apabila diketahui g = 10 m/s² dan massa jenis air 1.000 kg/m³, maka tekanan hidrostatis yang dialami ikan adalah ....

A. 2.000 N/m²

B. 6.000 N/m²

C. 8.000 N/m²

D. 10.000 N/m²

4. Dua jenis zat cair diisikan pada pipa U seperti pada gambar berikut.

Jika massa jenis zat cair di kaki A adalah 1000 kg/m³, massa jenis zat cair di kaki B adalah ....

A. 800 kg/m³

B. 1000 kg/m³

C. 1250 kg/m³

D. 1500 kg/m³

5. Perhatikan skema pipa pascal berikut!

Jika luas bidang penghisap A dan B masing-masing 60 cm² dan 4.200 cm², besar gaya F yang harus diberikan agar alat dalam keadaan adalah….

A. 50 N

B. 70 N

C. 500 N

D. 700 N

6. Perhatikan gambar berikut !

Jika besar tekanan udara luar 1 atmosfer (76 cm Hg) dan perbedaan tinggi kolom raksa adalah 9 cm, maka tekanan gas dalam tabung adalah ....

A. 85 cm Hg

B. 76 cm Hg

C. 67 cm Hg

D. 52 cm Hg

7. Perhatikan gambar

Jika massa jenis zat cair adalah 1200 kg/m3.

Bila diketahui 4/5 bagian benda tercelup (Vc). Maka massa jenis benda tersebut adalah...

A. 600 kg/m3

B. 960 kg/m3

C. 1000 kg/m3

D. 1200 kg/m3

8. Perhatikan gambar percobaan Hukum Archimedes berikut!

Dari gambar percobaan tersebut, jika massa jenis zat cair 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi bumi di tempat tersebut adalah 10 m/s², maka volume zat cair yang dipindahkan adalah ….

A. 200 cm³

B. 250 cm³

C. 270 cm³

D. 320 cm³

9. Kota Bandung terletak pada deretan pegunungan yang tingginya 700 meter dari permukaan laut. Tekanan udara normal di kota Bandung adalah …

A. 69 cm Hg

B. 70 cm Hg

C. 76 cm Hg

D. 83 cm Hg

10. Sebuah gas di dalam tabung yang volumenya 24 dm³ bertekanan 3 atm. Jika gas dipindah ke dalam ruangan yang bervolume 18 dm³, tekanan gas sekarang adalah ....

A. 2 atm

B. 4 atm

C. 5 atm

D. 6 atm

Pages

Konsep Tekanan Zat dan Penerapannya

0 Response to "Konsep Tekanan Zat dan Penerapannya"

Post a Comment

Iklan Atas

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel