Memahami Tekanan Hidrostatis dan Bejana Berhubungan

 TEKANAN HIDROSTATIS DAN BEJANA BERHUBUNGAN

Bismillahirrahmaninrrahiim

Selamat datang di IPA MTs

Be smart with science

Pernah main ke kolam renang dan berenang di sana? Tentu menyenangkan bukan, dapat bermain air sekalian berkumpul dengan keluarga. Tetapi artikel ini bukan membahas itu. hehe.. Apakah kalian tahu ketika kalian berenang kemudian menyelam, baik di kolam renang, sungai maupun laut, sebenarnya kalian akan mengalami tekanan.

Semakin dalam kalian menyelam, kalian akan mendapatkan tekanan yang semakin besar. Jika kalian tidak menggunakan pakaian selam, mungkin kalian akan merasakan sesak di dada atau bahkan gendang telinga kalian dapat rusak. Tekanan yang kalian alami ketika menyelam dinamakan tekanan hidrostatis.

Pembahasan tekanan hidrostatis akan berkaitan dengan bejana berhubungan, dimana tinggi permukaan air akan sama walaupun diletakkan di wadah yang berbeda bentuk tetapi saling terhubung. Konsep bejana berhubungan sudah diaplikasikan dalam proses pembangunan rumah atau gedung.

Artikel ini akan membahas seputar tekanan hidrostatis, dimulai dari definisi dan rumus tekanan hidrostatis, kaitan antar komponen yang mempengaruhi tekanan hidrostatis, contoh soal disertai pembahasan, penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, dan konsep tentang bejana berhubungan. So, bacalah dengan santai dan tenang serta sampai selesai agar kalian dapat memahami apa yang kalian baca. Artikel ini dapat kamu akses di www.ipamts.com

Tekanan Hidrostatis

Definisi dan Rumus

Tekanan hidrostatis disusun oleh kata tekanan, hidro dan statis. Tekanan merupakan gaya yang bekerja pada tiap luas bidang tekan, hidro berarti air dan statis yang berarti diam, tidak bergerak atau tidak berubah keadaannya. Berdasarkan asal kata tersebut, maka tekanan hidrostatis dapat didefinisikan sebagai gaya zat cair yang diam atau tidak bergerak terhadap luas bidang tekan dari benda yang terdapat di dalam zat cair. Berbeda dengan tekanan benda padat dimana gaya yang bekerja adalah gaya berat benda padat atau gaya lain yang bekerja pada benda lain, gaya pada tekanan zat cair ini merupakan berat jenis dari zat cair tersebut. Berat jenis merupakan massa jenis yang dipengaruhi oleh gravitasi. Selain itu, tekanan zat cair juga dipengaruhi oleh kedalaman zat cair tersebut. So, pengertian dari tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh berat jenis zat cair pada kedalaman tertentu.

Baca juga :

Fisika : Tekanan Benda Padat dan Hukum Pascal

Berdasarkan pengertian di atas dapat diketahui bahwa tekanan hidrostatis dipengaruhi oleh massa jenis zat cair, gravitasi dan kedalaman zat cair tersebut. Oleh karena itu kalian dapat mengetahui persamaan atau rumus tekanan hidrostatis. Berikut adalah rumus dari tekanan hidrostatis.

Ph = 𝛒.g.h

Keterangan :

  • Ph adalah tekanan hidrostatis dengan satuan Pascal (Pa) atau Nm⁻²
  • 𝛒 adalah massa jenis air dengan satuan Kg/m³. Besar massa jenis air adalah 1 gr/cm³ atau 1000 Kg/m³
  • g adalah besarnya percepatan gravitasi bumi. Nilai dari percepatan ini adalah 9,8 m/s² jika dibulatkan menjadi 10 m/s²
  • h adalah kedalaman air tersebut, dihitung dari jarak permukaan air sampai benda berada., satuannya adala meter (m)

Rumus tekanan hidrostatis di atas, sebenarnya diturunkan dari rumus tekanan pada benda padat yaitu P=F/A, karena di dalam zat cair, maka gaya yang berperan adalah gaya berat dari zat cair tersebut sehingga rumusnya dapat ditulis P=W/A dengan W adalah berat dari zat cair. Perhatikan proses perolehan rumus tekanan hdrostatis di bawah ini :

  • P = F/A
  • P = W/A
  • dimana rumus W = m.g
  • lalu rumus m =  𝛒.V
  • dan rumus V = h.A
  • Maka rumus tekanan adalah P = 𝛒.h.A.g/A. Kalian hapus A karena sama maka rumus akhirnya adalah P = 𝛒.h.g atau biasa ditulis  P = 𝛒.g.h

Adapun persamaan untuk mencari komponen-kompenen lainnya adalah sebagai berikut :

𝛒 = Ph/(g.h)

h = Ph/(𝛒.h)

Nah, itulah penjelasan dari definisi dan rumus tekanan hidrostatis. Agar lebih paham, kalian sebaiknya mengetahui hubungan dari fakto-faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatis. 

Faktor Tekanan Hidrostatis

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa tekanan hidrostatis dipengaruhi 3 faktor yaitu massa jenis cairan, besar gravitasi dan kedalaman zat cair.

Massa Jenis Zat Cair

Massa jenis merupakan besarnya massa di tiap satuan volume. Massa jenis berbanding lurus dengan tekanan hidrostatis (Ph~𝜌). Semakin besar massa jenis suatu zat cair maka tekanan yang dihasilkan semakin besar. Tekanan di dalam air tawar lebih kecil dari tekanan air laut. Hal tersebut disebabkan oleh massa jenis air tawar lebih kecil, yaitu 1 gr/cm³ sedangkan massa jenis air laut sebesar  1,026-1,028 gr/cm³. Jadi ketika kalian menyelam di danau atau sungai, maka tekanan yang akan kalian alami akan lebih rendah dibandingkan tekanan ketika kalian menyelam di laut dengan kedalaman yang sama.

Gravitasi Bumi

Gravitasi merupakan gaya tarik bumi yang menyebabkan benda-benda di sekitar bumi tertarik ke bumi, termasuk manusia dan benda angkasa. Besar gravitasi bumi tergantung pada lokasinya. Semakin tinggi lokasinya maka semakin kecil gravitasi bumi di lokasi tersebut. Mungkin ketika kalian menyelam di danau yang terletak di puncak gunung atau dataran tinggi, maka tekanan hidrostatis yang kalian alami lebih kecil dari pada ketika kalian menyelam di dataran rendah. Jadi tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan gravitasi di daerah tertentu (Ph~g).

Kedalaman Zat Cair

Kedalaman adalah jarak permuakaan air dengan benda atau dasar. Kedalaman berbanding lurus dengan tekanan hidrostatis (Ph~h). Semakin dalam maka semakin besar pula tekanan hidrostatis yang ditimbulkan. Jadi berhati-hati ketika kalian menyelam dengan kedalaman yang tinggi, karena kalian akan mendapatkan tekanan yang tinggi dari zat cair di sekitar kalian. Jadi gunakan perlengkapan alat selam dan pakaian selam. 

Contoh Soal dan Pembahasan

Barikut ini contoh soal mengenai tekanan hidrostatis. Perhatikan baik-baik agar kalian dapat memahaminya.

Pertanyaan :

Perhatikan gambar ikan di dalam akuariaum di bawah ini :

hitung tekanan hidrostatis yang dialami ikan di dalam aquarium
Tekanan Hidrostatis pada Ikan dalam Akuarium

Jika massa jenis air adalah 1 gr/cm³ dan percepatan gravitasi di tempat tersebut adalah 10 m/s². Hitung selisih tekanan hidrostatis yang dialami kedua ikan tersebut.

Pembahasan :

Diketahui :

  • h₁ = 60cm-10cm = 50cm = 0,5 m; satuan harus diubah ke dalam meter
  • h₂ = 60cm-20cm = 40cm = 0,4 m
  • 𝛒 = 1gr/cm³ = 1000 kg/m³, satuan massa jenis diubah ke dalam kg/m³
  • g = 10 m/s²

Ditanyakan :

  • Ph₁ - Ph₂

Jawaban :

  • Ph₁ - Ph₂ = (𝛒.g.h₁) - (𝛒.g.h₂)
  • Ph₁ - Ph₂ = (1000kg/m³.10 m/s².0,5 m) - (1000kg/m³.10 m/s².0,4 m)
  • Ph₁ - Ph₂ = (5000N/m²) - (4000N/m²)
  • Ph₁ - Ph₂ = 1000N/m²

Penerapan Tekanan Hidrostatis

Apakah kalian pernah melihat pemanfaatan tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari? Kayaknya kalian sudah pernah melihatnya tetapi mungkin belum menyadari bahwa itu memanfaatkan konsep tekanan zat cair.

Di rumah kalian punya galon air yang ada krannya?. Jika punya, lihatlah letak kran air tersebut. Kran pada galon diletakkan di paling bawah agar air dapat mengucur dengan deras. Air mengucur deras karena pengaruh tekanan hidrostatis. Coba kalian bayangkan, bagaimana bila kran air ditempatkan di tengah-tengah galon atau di atas galon, kira-kira apa yang terjadi dengan kucuran airnya. Yups, tentu akan lemah. Begitu pula lubang kran tangki penampungan air yang diletakkan di paling bawah yang memanfaatkan konsep tekanan hidrostatis.

Kalian juga perlu memperhatikan bagian dasar gelas kaca. Bagian dasar gelas biasanya lebih tebal, hal itu dimaksudkan untuk menahan tekanan air yang besar di bagian bawah. Konsep ini juga digunakan dalam membangun kolam renang dan bendungan dimana bagian dasarnya dibangun dengan struktur yang tebal. Ingat semakin dalam zat cair, semakin besar pula tekanan yang dimiliki zat cair tersebut. Contoh lainnya adalah kapal selam yang struktur badannya tebal dan kokoh. Bila struktur badannya tipis maka kapal selam tersebut akan cepat rusak karena tekanan yang dialami oleh badan kapal selam dan itu dapat membahayakan penumpang kapal selam.

Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan adalah wadah dengan bentuk berbeda tetapi saling terhubung satu sama lain seperti teko atau ketel air. Bentuk badan teko menggembung dan di bagian lehernya mengecil. Ketika kalian mengisi teko dengan air, maka air akan mengisi kedua bagian tersebut dan memiliki tinggi permukaan yang sama. Tinggi permukaan yang sama bila sebuah bejana diisi dengan zat cair yang sama tetapi lain lagi bila diisi dengan dua zat cair yang berbeda massa jenisnya, maka tinggi permukaan zat cair tidak akan sama tinggi. Coba saja kalian ambil selang air kemudian dibentuk huruf U dengan ujung selang sama tinggi, lalu diisi air setelah itu isi juga dengan minyak dan lihat tinggi permukaannya, sama atau tidak.

Prinsip dasar bejana berhubungan adalah tekanan hidrostatis di wadah satu adalah sama besar dengan  tekanan di wadah yang lainnya. Persamaan matematikanya adalah sebagai berikut :

Ph₁ = Ph₂

𝛒.g.h₁ = 𝛒.g.h₂

𝛒.h₁ = 𝛒.h₂

Berikut contoh soal dalam konsep bejana berhubungan.

Pertanyaan :

Sebuah pipa U, pertama diisi dengan air kemudian dilanjutkan dengan minyak tanah seperti gambar di bawah ini.

mencari massa jenis minyak tanah pada soal bejana berhubungan
Soal Bejana Berhubungan

Minyak tanah ditambahkan setinggi 10 cm setelah itu tinggi permukaan air diukur dan diperoleh angka 8 cm. Jika massa jenis air adalah 1 gr/cm³, maka hitunglah massa jenis minyak tanah !

Pembahasan :

Diketahui :

  • h₂ = 10 cm
  • h₁ = 8 cm
  • 𝛒₁ = gr/cm³

Ditanyakan :

  • 𝛒₂ = .... Kg/

Jawaban :

  • 𝛒₁ . h₁ = 𝛒₂ . h₂
  • 1 gr/cm³ . 8 cm = 𝛒₂ . 10 cm
  • 8 gr/cm² = 𝛒₂ . 10 cm
  • 𝛒₂ = 8 gr/cm² / 10 cm
  • 𝛒₂ = 0,8 gr/cm³ karena yang ditanyakan dalam satuan Kg/m³ maka
  • 𝛒₂ = 0,8 . 1000 Kg/m³
  • 𝛒₂ = 800 Kg/m³

Salah satu contoh penerapan bejana berhubungan dapat kalian lihat saat tukang bangunan membuat pondasi rumah, biasanya dia akan menggunakan selang timbang. Penggunaan selang timbang dimaksudkan untuk membuat permukaan pondasi rumah di tiap bagian sama tinggi sehingga dapat membangun dinding di atasnya dengan rapih. Nah, selang timbang tersebut memanfaatkan konsep bejana berhubungan. Jadi, tukang bangunan itu sudah mempraktekan salah satu konsep fisika. Keren kan, tapi kebanyakan tidak sadar karena mereka belajar dari tukang bangunan lainnya dan tidak mempelajari teorinya. hehe. Jadi kalian perlu sekolah agar teori dan praktik dapat kalian pahami. Jadilah orang yang belajar dan mengamalkan apa yang sudah dipelajari serta memberi kemudahan kepada orang lain melalui apa yang sudah dipelajari. Allah menyukai hambaNya yang bermanfaat bagi hambaNya yang lain.

Penutup

Sekian pembahasan mengenai tekanan hidrostatis dan bejana berhubungan, kami mohon maaf bila ada tulisan yang kurang berkenan. Jika kalian merasakan manfaat dari tulisan ini, kalian dapat berbagi kepada teman kalian dengan cara membagikan artikel ini melalui ikon berbagi yang berwarna merah di bawah artikel ini.

Cari artikel di situs IPA MTs

Terjemahkan Artikel

Hubungi Kami

Nama

Email *

Pesan *

Subscribe