Hukum
Archimedes
Kapal laut memiliki ukuran
yang sangat besar sehingga massanya
dapat mencapai puluhan ton. Dengan massa yang sebesar itu, mengapa kapal laut
dapat terapung di permukaan laut? Itu dikarenakan adanya gaya tekan ke atas.
Percobaan tentang gaya tekan ke atas, pertama kali dilakukan Archimedes.
|
F=Vb.sc
F=VB.
c.g
|
Berat
benda dalam zat cair dapat dirumuskan sebagai berikut
WC=Wu-F
F = gaya tekan ke atas oleh zat cair (N)
Vb = volume benda (m3)
Sc = berat jenis zat cair (N/m3)
ρc =
massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan
gravitasi (m/s2)
wc= berat benda dalam zat cair (N)
WU= berat benda di udara (N)
Dengan menggunakan konsep gaya archimedes , keudukan
suatu benda dalam zat cair dibedakan menjadi 3, yaitu mengapung, melayang, dan
tenggelam.
1.
Mengapung
Suatu benda dikatakan
mengapung jika besar gaya ke atas (gaya
archimedes) lebih besar dibanding gaya ke bawahnya (gaya beratnya) atau jika
massa jenis benda lebih kecil dari masa
jenis zat cair. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
|
Fa > w
ρb<ρa
|
2.
Melayang
Suatu benda dikatakan
melayang atau terbang jika besa gaya ke atas sama dengan gaya ke bawah bend
atersebut atu massa jenis benda sama besarnya dengan massa jenis zat cair.
Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut
|
Fa = W
ρb = ρa
|
3.
Tenggelam
Suatu
benda dikatakan tenggelam jika besar gaya ke atas lebih kecil daripada gaya ke bawahnya atau
massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
|
Fa < w
ρb>ρa
|
Konsep gaya
Archimedes berlaku untuk semua zat yang dapat mengalir (zat alir atau fluida).
Dengan demikian, konsep gaya Archimedes juga berlaku di udara. Dengan
memperhatikan hukum Archimedes, maka tidak mengherankan jika balon udara dapat
melayang di udara dan kapal selam dapat
menyelam ke dalam air. Peralatan lain yang menggunakan prinsip gaya Archimedes , antara lain sebagai
berikut.
1. Kapal laut
Badan
kapal laut mempunyai rongga udara. Karena rongga udara ini, volume air laut
yang dipindahkn oleh kapal tersebut cukup besar sehingga sesuai prinsip
Archimedes \, kapal laut yang mendapatkan
gay apung yang cukup besar untuk menahan bobot kapal sehingga kapal
dapat mengapung di permukaan air.
2. Hidrometer
Hidrometer
adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Cara menggunakan alat ini
adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massanya.
3. Jembatan ponton
Jembatan
ponton adalah jembatan yang terbuat dari drum-drum besar yang mengapung di atas
air. Drum-drum itu biasanya terbuat dari besi dan di dalamnya diisi dengan
udara sehingga massa jenisnya lebih
kecil dari massa jenis zat cair.
4. Balon udara
Balon
udara adalah penerapan prinsip Arcchimedes di udara. Balon udara harus diisi
dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer
sehingga balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas, misalnya diisi
udara yang dipanaskan.
Tekanan Udara
1.
Tekanan Udara
dalam Ruang Terbuka
Pada
abad ke 17 seorang ilmuan berkebangsaan italia bernama Evangelista Torricelli ( 1608 - 1647 ) mencoba
mengukur tekanan udara. Alat yang digunakan sebuah pipa kaca yang panjangnya 1
meter dengan salah satu ujungnya tertutup dan raksa. Torricelli melakukan
percoban di daerah pantai pada ketinggian permukaan laut. Caranya, pipa kaca
diisi dengan air raksa sampai penuh, kemudian pipa yang terbuka tersebut dimasukkan
ke dalam bejana berisi raksa. Hasil percobaannya menunjukkan bahwa raksa yang
berada di dalam pipa akan turun sampai 24 cm sehingga tinggi raksa yang berada
di dalam pipa menjadi 76 cm. lalu, Torricelli mengubah-ubah kemiringan pipa dan
ternyata tinggi raksa tidak berubah.dapat disimpilkan bahwa tekanan di
permukaan laut itu besarnya 76cmHg atau disebut 1 atmosfer. Untuk mengukur
tekanan atmosfer di daerah tertentu pun cara yang digunakan adalah sama, yaitu
hanya dengan melihat ketinggian raksa di dalam pipa Torricelli yang ditempatkan di daerah tersebut. Dengan
demikian, tekanan atmosfer di daerah itu dapat diketahui.
Alat yang digunakan untuk
mengukur tekanan udara dalam ruang terbuka
adalah barometer. Terdapat beberapa jenis barometer yaitu,
a.
Barometer air
raksa
Barometer raksa disebut
barometer fortin karena yang pertama membuatnya adalah seorang ahli fisika
berkebangsaan prancis, nicolas fortin, walaupun yang pertama kali menemukannya
adalah torricelli. 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 yang pengisi
barometer, yaitu air.
c.
Barometer aeroid
(logam)
Barometer aeroid terbuat
dari logam barometer aeroid tediri atas sebuah kotak logam yang berisi udara
dengan tekanan uadara yang sangat rendah. Permukaan barometer dibuat
bergelombang. Jarum penunjuk, pegas,
serta angka-angka pada skala barometer
berbentuk lingkaran. Barometer ini biasanya digunakan oleh para
penerbang dan pendaki gunung.
2.
Tekanan Udara dalam Ruang Tertutup
Alat untuk
mengukur tekanan udara dalam ruang tertutup dinamakan manometer. Manometer ada
dua macam, yaitu manometer raksa dan manometer
logam.
a. Manometer zat cair
Manometer zat cair merupakan manometer jenis terbuka. Pada manometer zat cair terdapat pipa U yangmemiliki satu
tabung tertutup. 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.
b. Manometer logam
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 tinggi sehingga tidak mungkin menggunakan manometer
zat cair. Manometer logam ada beberapa macam, antara lain:
1)
manometer
bourdon.
2)
Manometer schaffer dan bourdenberg
3)
Manometer pegas.
BAB 5
TEKANAN
A. Tekanan pada zat padat dan zat cair
1) Tekanan zat
padat
·
Satuan tekanan
dalam SI adalah N/m2 atau disebut juga pascal (pa).
·
Tekanan
berbanding lurus dengan gaya tekan dan berbanding terbalik dengan luas bidang
tekan.
·
|
|
Rumus P = tekanan
(N/m2)
F =
gaya tekan (N)
A =
luas bidang (m2)
·
Besar tekanan dipengaruhi
oleh gaya dan luas bidang. Oleh sebab itu, memperkecil luas bidang tekan
merupakan upaya untuk memperbesar tekanan.
·
Contoh penerapan
konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari
a.
Kapak
b.
Sirip Ikan
·
Contoh Soal
1.
Sebuah kotak
yang beratnya 600 N dan luas alasnya 2 m diletakkan diatas lantai .
Hitunglah tekanan yang diberikan kotak
pada lantai
Jawab :
2) Tekanan pada Zat Cair (Hidrostatis)
·
Tekana
Hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri .
·
Sifat tekanan
hidrostatis adalah sebagai berikut :
a.
Semakin dalam
letak suatu titik dan permukaan zat cair ,tekanannya semakin besar .
b.
Pada kedalaman
yang sama , tekanannya juga sama
c.
Tekanan zat cair
ke segala arah sama besar .
d.
Tekanan zat cair
bergantung pada massa jenis zat cair
·
Hukum utama
Tekanan Hidrostatis berbunyi :
“ Tekanan
Hidrostatis disetiap titik pada bidang datar didalam zat cair sejenis yang
berada dalam kesetimbangan adalah sama”
·
Alat yang biasa
digunakan untuk mengamati tekanan hidrostatis disebut hartl .
·
Besarnya tekanan
hidrostatis zat cair dipengaruhi beberapa faktor , yaitu kedalaman ,massa jenis
zat cair dan percepatan gravitasi .
·
Rumus Persamaan
tekanan Hidrostatis :
|
P =
.g.h
|
P = tekanan
zat cair (Pascal)
ρ = massa
jenis zat cair (kg/m2)
h = kedalaman
dari permukaan zat cair (m)
·
Contoh Soal
Seorang penyelam menyelam pada kedalaman 5 m dibawah permukaan air, jika
mas jenis air 1000 kg/m3 dan percepatan grafitasi bumi 10 m/s2
Tentukan tekanan hidrostatis yang
dialami penyelam …..
Jawab
:
P = ρ.g.h =
1000 . 10 . 5 = 50.000 Pascal
B. Hukum Pascal
·
“Tekanan yang
diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dan
sama besar “
Maka
:
=
Misal : A1 ?
P1 = P2
·
Hukum Pascal
banyak diterapkan pada beberapa peralatan, diantaranya :
a)
Dongkrak
Hidrolik
b)
Pompa Hidrolik
c)
Mesin pengangkat
mobil hidrolik
d)
Kempa Hidrolik ,
dan
e)
Rem piringan
hidrolik
·
Contoh Soal
1.
Sebuah alat pengangkat mobil menggunaka luas
penampang pengisap kecil 10 cm2
dan pengisap besar 100 cm2 Berapakah gaya yang harus diberikan agar dapat
mengangkat sebuah mobil 15.000 H ?
Jawab :
2. Sebuah
dongkrak hidrolis memiliki penampang kecil dan besar masing-masing 5 cm2 dan 50 cm2 .
Jika penampang seberat 400 H diletakan pada penampang besar, tentukan gaya yang
diperliukan untukmeekan penampang kecil !
Jawab :
C. Bejana
Berhubungan
·
Permukaan zat
cair dalam bejana selaludatar walaupun bejana dimiringkan.
·
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 . “
·
Sifat bejana
berhubungan tidak berlaku dalam kondisi berikut ini :
1.
Bejana
berhubungan berisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak dapat bercampur ,
zat cair yang masa jenisnya lebih kecil permukaannya lebih tinggi.
2.
Salah satu mulut
bejana berhubungan tertutup sehingga tekanan dipermukaan zat cair tidak sama.
3.
Jika Dalam bejana berhubungan terdapat pipa
kapiler.\
4.
Jika zat cair dalam bejana berhubungan
digoncang-goncangkan , atau zat cairnya bergerak.
·
Perbandingan tinggi
setiap zat cair dapat dicari dengan hukum utama Hidrostatika.
·
|
PA = PB
|
h1 .
p1 .g = h2 . r2
. g
h1 .
p1 = h2 . p2 .
h1 . h2 = r1
. p2 .
·
Peristiwa bejana
berhubungan banyak dijumpai dalam kehidupan sehari- hari diantaranya :
1. Cerek.
2. Tukang Bangunan.
3. Sumur.
4. Tempat Penampungan Air.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar