TEKANAN HIDROSTATIK Syefi Ary, Sirajuddin Jalil, Nurdwiana Alwi, Irwansyah Jurusan Fisika FMIPA UNM Tahun 2013 Abstrak. Telah dilakukan percobaan Tekanan Hidrostatik untuk mengetahui prinsip percobaan, pengaruh kedalaman dan massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik. Kegiatan awal yang dilakukan adalah menentukan menentukan massa jenis aquades, minyak goreng dan gliserin dengan mengukur massa menggunakan Neraca Ohauss 310 gram dan volumenya pada gelas ukur. Pipa U yang berisi aquades dihubungkan dengan sebuah corong gelas oleh selang plastik. Corong tersebut ditekan kedalam air dengan kedalaman tertentu dan mengukur kedalaman air dari permukaan air ke permukaaan air dalam corong menggunakan kertas grafik. Perubahan tinggi pada kedua pipa U kemudian diukur selisih ketinggiannya. Percobaan tersebut dilakukan dkembali dengan kedalaman yang berbeda-beda. Percobaan di atas juga dilakukan pada minyak goreng dengan gliserin dengan kegiatan yang sama. Hasil kegiatan di atas dicatat dalam tabel pengamatan. Berdasarkan tabel tersebut kemudian dibuat grafik yang menunjukkan hubungan antara tinggi permukaan dengan tekanan hidrostatik. Dengan demikian, dapat diketahui pengaruh kedalaman dan massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik.
KATA KUNCI: tekanan hidrostatik, tinggi permukaan zat cair, kedalaman
massa jenis,
PENDAHULUAN
Ada perbedaan kemampuan antara permukaan zat padat dengan permukaan zat cair dalam menerima gaya-gaya. Permukaan zat padat, dengan batas-batas tertentu mampu menahan gaya tangensial yang bekerja pada permukaannya yang berarti mampu menahan tegangan geser, sedangkan zat cair cair pada umumnya tidak mampu mampu menahan gaya tangensial yang bekerja pada permukaannya, atau berarti tidak mampu menahan tegangan geser. Jika ada gaya tangensial yang bekerja pada permukaan zat cair, maka partikel atau bagian zat cair yang yang kena gaya itu langsung meluncur terhadap terhadap bagian yang lainnya. Ketidakmampuan zat cair dalam menahan gaya tangensialk tangensi alk atau tegangan geser inilah yang sesungguhnya memberikan kemampuan kepada zat cair .Karena zat cair tidak memiliki kemampuan untuk melawan gaya tangensial, maka untuk membahas gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair didefinisikan sebagai konsep tekanan. Tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya normal atau gaya tegak lurus yang bekerja pada tiap satu satuan luas permukaan. Konsep tekanan identik dengan gaya, gaya selalu menyertai pengertian tekanan. Tekanan Tekanan yang besar dihasilkan dari gaya yang besar pula, sebaliknya tekanan yang kecil dihasilkan dari gaya yang kecil. Dari pernyataan di atas dapat dikatakan bahwa tekanan sebanding sebandin g dengan gaya sedangkan luas permukaan yang sempit/kecil menghasilkan menghasilkan tekanan yang lebih besar dari pada luas permukaan yang lebar. Artinya tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Dapat kita lihat bahwa pada fluida yang memiliki bentuk bentuk dan ukurannya ukurannya akan akan berubah-ubah berubah-ubah tergantung dengan wadah tempat fluida berada. Namun ada satu besaran dari fluida yang dapat mencirikan suatu jenis fluida dan membedakannya dengan fluida yang lain. Sifat yang membedakan fluida satu dengan yang lainnya dinamakan dengan massa jenis. Massa jenis tidak hanya berlaku pada fluida saja, tapi berlaku juga pada semua benda tak terkecuali benda tegar. Namun, pengertian massa jenis akan sangat berguna untuk membedakan membedakan fluida satu dengan yang lainnya karena bentuk fluida yang tidak tentu. Massa jenis berhubungan dengan kerapatan benda tersebut. Kerapatan yang besar dihasilkan dari ruang yang kecil
(sempit) dan kerapatan kecil didapat dari ruang yang besar. Kemudian kerapatan juga sebanding dengan jumlah materi yang ada di dalam ruang atau massa benda. Pada percobaan ini, dilakukan pengukuran massa jenis zat cair untuk mengetahui pengaruhnya terhadap tekanan hidrostatik. Oleh karena itu, dilakukan pengukuran massa jenis zat cair pada awal kegiatan seperti aquades, minyak goreng dan gliserin. Dari pegukuran tersebut dapat kita ketahui bagaimana pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik. Selanjutnya, juga dilakukan kegiatan dengan mengubah-ubah kedalaman pada saat mengukur tinggi permukaan zat cair untuk mengetahui bagaimana pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik. Hal tersebut dapat membantu kita untuk memahami prinsip percobaan pada tekanan hidrostatik TEORI Tekanan ialah gaya yang bekerja pada tiap satuan luas. Dapat dituliskan dalam
pernyataan rumus yaitu :
P
F
dimana
A P = tekanan (N/m2) atau Pascal (Pa) F = gaya (N) A = luas (m2)
Catatan, 1 Atmosfer (1 atm) = 76 Hg = 1,013. 105 N/m2, 1 cm Hg = 1.333, 2 N/m2, 1 torr = 1 mmHg = 133,32 N/m2 = 1 torricelli. Setiap bagian di dalam fluida akan mendapat tekanan zat cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis yang disebut disebut Tekanan Hidrostatis “Ph” Tekanan Hidrostatik adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini bergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Tekanan Hidrostatik hanya berlaku pada zat cair yang tidak bergerak. Sedangkan tekanan zat cair yang bergerak akan .
dipelajari lebih lanjut dalam mekanika fluida. Benda yang berada dalam zat cair akan mengalami tekanan. Besarnya tekanan yang dialami tekanan diberikan dalam persamaan: P h = P o +
. g .h
Keterangan: P= Tekanan Hidrostatik (N/m2) ρ= Massa Jenis (kg/m3) g= Percepatan gravitasi ( m/det2) h= Kedalaman/ketinggian (m) METODOLOGI EKSPERIMEN
Dalam melakukan percobaan ini, alat dan yang digunakan adalah Neraca Ohauss 310 gram, pipa berbentuk U, corong, selang plastik, gelas ukur,piknometer, mistar biasa, air, minyak goreng, gliserin, dan kertas grafik. Kegiatan awal yang dilakukan adalah mengukur massa jenis zat cair yang akan digunakan yaitu aquades, minyak goreng dan
gliserin. Zat cair dimasukkan sebanyak 30ml ke dalam gelas ukur yang telah ditimbang kemudian ditimbang kembali menggunakan neraca ohauss 310 untuk menentukan massa jenis zat cairnya. Setelah itu, masukkan zat cair ke dalam tabung dengan jumlah yang telah ditentukan. Kemudian pipa U yang telah diisi dengan zat cair dihubungkan dengan corong menggunakan selang plastik. Corong tersebut dimasukkan ke dalam kedalam zat cair dan ditekan pada kedalaman tertentu. Selanjutnya mengukur tinggi permukaan zat cair yang diukur dari permukaan zat cair ke permukaan zat cair dalam corong. Pada pipa U juga diamati perubahan tinggi permukaan air pada kedua pipa. Selisih ketinggian zat cair pada kedua pipa tersebut diukur dan dicatat pada tabel pengamatan. Kegiatan tersebut dilakukan kembali dengan kedalaman yang berbeda-beda yaitu 1cm, 2cm, 3cm, 4cm, dan 5cm. Kegiatan selanjutnya yaitu mengukur ketinggian zat cair pada pipa U dengan massa jenis zat yang berbeda yaitu aquades, minyak goreng dan gliserin dimana volume zat cairnya tetap (sama). Hasilnya dicatat pada tabel pengamatan.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA Hasil Pengamatan Tabel 1. Massa jenis zat cair No
Jenis Zat Cair
1
Aquades
2
Minyak goreng
3
Gliserin
Massa (gram)
Volume (ml)
Massa jenis (g/cm3)
| | | | | |
|| || ||
| | | | | |
Kegiatan 1. Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik
Jenis Zat Cair
= Aquades
Tabel 2. Hubungan antara kedalaman zat cair dengan tekanan hidrostatis No
Kedalaman (cm)
1
| |
2
| |
Perbedaaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
|| || || || || ||
No
Kedalaman (cm)
3
| |
4
| |
5
| |
Perbedaaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
|| || || || || || || || ||
Kegiatan 2. Pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik
Kedalaman Corong
=
| |
cm
Tabel 6.3. Hubungan antara massa jenis zat cair dengan tekanan hidrostatis No
Jenis Zat Cair
1
Aquades
2
Minyak goreng
3
Gliserin
Perbedaaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
| | || || || || || || || ||
Analisis Data
|| | | ( ) Menentukan massa jenis zat cair
Minyak Goreng
|| | | 3,06 %
Aquades
| | 3,09 %
Gliserin
3,08 %
| | Besarnya tekanan pada pipa U dapat dituliskan secara matematis:
|| | | +
Kegiatan 1. Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik
Pada Kedalaman 1 cm
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 1,2 cm
|| || || ∆ h =
= 0,1 cm
=
= 1136,0
| | Pada Kedalaman 2 cm
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 2,7 cm
|| || || ∆ h =
=
= 2556,0
= 0,1 cm
| | Pada Kedalaman 3 cm
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 3,3 cm
|| || || | | ∆ h =
= 0,1 cm
=
= 3124
Pada Kedalaman 4 cm
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 4,6 cm
|| || || | | ∆ h =
= 0,1 cm
=
= 4355
Pada Kedalaman 5 cm
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 5,3 cm
|| || || ∆ h = 0,1 cm
| | =
= 5017
Kegiatan 2. Pengaruh antara massa jenis zat cair terhadap teknan hidrostatik
|| | | +
Aquades
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 2,7 cm
||
|| || || ∆ h =
= 0,1 cm
=
= 2556
Minyak Goreng
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 2,2 cm
|| || || ∆ h =
=
= 0,1 cm
|| =
Gliserin
Ketinggian rata-rata zat cair pada pipa U:
= 2,0 cm
|| || || ∆ h =
=
= 2411
= 0,1 cm
|| Analisis Grafik
Kegiatan 1. Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik Berdasarkan langkah percobaan kegiatan pertama, tinggi permukaan h adalah variabel
manipulasi sehingga kita plot pada sumbu- xdan tekanan hidrostatik
adalah variabel
respon sehingga kita plot pada sumbu- y. Karena pada rumus tekanan hidrostatik, tinggi permukaan zat cair h berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik
.
600
500 ) 2 ^
400
⁄
( k i t a t s o r d i h n a n a k e T
300
200
100
0 0
1
2
3
4
5
Kedalaman Zat cair (m) Gambar 1. Grafik hubungan antara tinggi permukaan dengan tekanan hidrostatik
Titik steroid :
∑ ∑
6
Jadi rumus dari tekanan hidrostatik adalah
= h tan
Pembahasan Dari percobaan ini telah dilakukan 2 kegiatan , pertama pada tabel yang menunjukkan hubungan antara kedalaman zat cair dan tekanan hidrostik. Kedalaman diubah-ubah secara bertahap yaitu 1cm, 2cm, 3cm, 4cm, dan 5cm yang diukur sebanyak 3 kali setiap tahapannya. Hasil data yang diperoleh yaitu sebagai berikut:
1). Pada kedalaman 1 cm
= 1,2 cm
=
= 1136,0
2). Pada kedalaman 2 cm 2,7 cm
3). Pada kedalaman 3 cm
3,3 cm
4). Pada kedalaman 4 cm
4,6 cm
5). Pada kedalaman 5 cm
5,3 cm
Data tersebut menunjukkan pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik, dimana semakin besar kedalamannya maka semakin besar tekanan hidrostatiknya. Hal ini terjadi karena tekanan berbanding lurus dengan kedalaman zat cair (percepatan gravitasi bernilai tetap). Jika kedalaman zat cair makin bertambah, maka tekanan juga makin besar. Kegiatan kedua pada tabel yang menunjukkan hubangan antara massa jenis zat dengan tekanan hidrostatik. Jenis zat cair yang digunakan yaitu aquades, minyak goreng dan gliserin. Dengan massa jenis pada masing-masing zat cair di atas, hasil data yang diperoleh yaitu sebagai berikut:
1). Aquades
= 2,7 cm
=
= 2556
2). Minyak goreng
= 2,2 cm
3). Gliserin
= 2,0 cm
Data tersebut menunjukkan pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik, dimana semakin besar massa jenis zat cairnya maka semakin besar tekanan hidrostatiknya. Hal ini terjadi karena tekanan juga berbanding lurus dengan massa jenis zat cair. Jika massa jenis zat cair besar, maka tekanan juga semakin besar. Ingat bahwa cairan hampir tidak termapatkan akibat adanya berat cairan di atasnya, sehingga massa jenis cairan bernilai konstan di setiap permukaan.
SIMPULAN
Dari percobaan tekanan hidrostatik yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa 1). Dari tabel hubungan antara kedalaman zat cair dengan tekanan hidrostatik, semakin besar kedalamannya maka semakin besar pula tekanan hidrostatiknya. 2). Dari tabel hubungan antara massa jenis zat cair dengan tekanan hidrostatik, semakin besar massa jenis zat cairnya maka semakin besar pula tekanan hidrostatiknya. Dapat kita lihat pada pada percobaan di atas bagaimana pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik, dimana dengan mengubah-ubah kedalaman tertentu akan terlihat perbedaan tekanan hidrostatiknya dan begitu pula dengan pengaruh beberapa jenis massa jenis zat cair, dapat dilihat perbedaan tekanan hidrostatik dari setiap zat cair yang digunakan. REFERENSI
Halliday, David dan Resnick, Robert. 1999. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1(Terjemahan). Jakarta: Erlangga.
