TEKANAN HIDROSTATIK Sulfiani, Sri Devi, Nurul Chairaat Zainal, Kurniati Pendidikan Biologi 2014 Abstrak Telah dilakukan eksperiman mengenai “Tekanan Hidrostatik” yang bertujuan agar mahasiswa dapat mengetahui pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik, pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik, memahami prinsip percobaan tekanan hidrostatik. Dalam praktikum kali ini adapun alat yang digunakan berupa pipa berbentuk U, Neraca Ohaus 311 g, gelas kimia, gelas ukur, selang plastik, corong, mistar biasa. Bahan yang digunakan adalah air, garam 20 g, garam 50g, gliserin, dan minyak. Praktikum kali ini mempunyai dua kegiatan yaitu mencari pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik dan pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik. Berdasarkan hasil yang diperoleh pada praktikum ini dapat ditarik kesimpulan tekanan hidrostatik banding lurus dengan kedalaman dan massa jenis fluida.
KATA KUNCI: tekanan hidrostatik, massa jenis, kedalaman RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik? 2. Bagaimana pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik? 3. Bagaimana prinsip percobaan tekanan hidrostatik?
TUJUAN 1. Untuk mengetahui pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik. 2. Untuk mengetahui pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik. 3. Untuk mengetahui prinsip percobaan tekanan hidrostatik.
METODOLOGI EKSPERIMEN Teori singkat Fluida berbeda dengan zat padat, yaitu tak dapat menopang tegangan geser. Jadi, fluida berubah bentuk untuk mengisi tabung dengan bentuk bagaimanapun. Bila sebuah benda tercelup dengan fluida seperti air, fluida mengadakan sebuah gaya yang tegak lurus permukaan benda di setiap titik pada permukaan. Jika benda cukup kecil sehingga kita dapat mengabaikan tiap perbedaan kedalaman fluida, gaya per satuan luas yang diadakan oleh fluida sama di setiap titik pada permukaan benda. Gaya per satuan ini dinamakan tekanan fluida ;
dimana :
P = tekanan (N/m2) atau Pascal (Pa) F = gaya (N) A = luas (m2)
Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m2), yang dinamakan Pascal (Pa), untuk menghormati Blaise Pascal, yaitu :
Terdapat cara untuk menghitung secara kuantitatif bagaimana tekanan zat cair dengan massa jenis yang serba sama berubah terhadap tekanan. Ambil satu titik yang berada di kedalaman h di bawah permukaan zat cair ( yaitu, permukaan berada di ketinggian h di atas titik ini). Tekanan yang disebabkan zat cair pada kedalaman h ini disebabkan oleh berat kolom zat cair di atasnya. Dengan demikian gaya yang bekerja pada luas daerah tersebut adalah F = mg = ρAgh, dimana Ah adalah volume kolom, ρ adalah massa jenis zat cair (dianggap konstan), dan g adalah percepatan gravitasi. Tekanan, P, dengan demikian adalah
Dengan demikian, takanan berbanding lurus dengan massa jenis zat cair, dan dengan kedalaman di dalam zat cair. Pada umumnya, tekanan pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama. Persamaan diatas menyatakan tekanan disebabkan oleh zat cair itu sendiri. Jika diberikan tekanan eksternal di permukaan zat cair, maka tekanan ini harus diperhitungkan. Banyak alat yang dibuat untuk mengukur tekanan. Yang palin sederhana adalah monometer tabung terbuka, dimana tabung berbentuk U yang sebagian diisi dengan zat cair, biasanya air raksa atau air. TekananP yang terukur dihubungkan dengan perbedaan tinggi h dari dua ketinggian zat cair dengan hubungan persamaan
adalah
Dimana P0 adalah tekanan atmosfer (yang bekerja di atas fluida di tabung sebelah kiri), dan ρ adalah massa jenis zat cair. Perhatikan bahwa nilai gh adalah “tekanan terukur” suatu angka sehingga harga P lebih besar daripada tekanan atmosfer (dan h bertanda negatif). Satuan yang digunakan dalam tekanan salah satunya mm-Hg. mm-Hg juga disebut torr untuk menghormati Evangelista Torricelli (1608-1647), yang menciptakan barometer. 1 atmosfer (1 atm) = 76 Hg = 1,013 . 105 N/m2 1 cmHg
= 1.333,2 N/m2
1 torr = 1 mmHg
= 133,32 N/m2 = 1 torricelli
Satuan N/m2 = Pa, merupakan satuan SI, yang digunakan dalam perhitungan yang melibatkan besaran-besaran yang digunakan dalam perhitungan yang melibatkan besaran besaran lain yang dinyatakan dalam satuan SI.
Alat dan Bahan 1. Alat a. Pipa berbentuk U b. Gelas kimia c. Selang plastik d. Corong e. Mistar biasa f. Neraca Ohauss 310 gram g. Gelas ukur 2. Bahan a. Air b. Air garam 20 gram c. Air gram 50 gram d. Gliserin e. Minyak goreng Identifikasi Variabel Kegiatan 1 1. Variabel bebas
: kedalaman zat cair (cm)
2. Variabel kontrol
: jenis zat cair (gr/cm3)
3. Variabel terikat
: perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Kegiatan 2 1. Variabel bebas
: massa jenis zat cair (gr/cm3)
2. Variabel kontrol
: kedalaman zat cair (cm)
3. Variabel terikat
: perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Definisi Operasional Variabel Kegiatan 1 1. Variabel bebas
: kedalaman zat cair (cm)
Kedalaman zat cair adalah hasil pengukuran jarak dari permukaan air di dalam corong dengan permukaan air pada gelas kimia dengan satuan (cm). 2. Variabel kontrol
: jenis zat cair (gr/cm3)
Jenis zat cair adalah jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan dalam hal ini adalah air. 3. Variabel terikat
: perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U merupakan beda tinggi permukaan zat cair yang diukur dengan memperhatikan tinggi zat cair pada pipa U sebelah kanan dan pipa U sebelah kiri dengan satuan (cm). Kegiatan 2 1. Variabel bebas
: massa jenis zat cair (gr/cm3)
Massa jenis merupakan massa jenis zat cair yang digunakan di kegiatan ini. Antara lain air, air garam 20 gram, air garam 50 gram, gliserin dan minyak. 2. Variabel kontrol
: kedalaman zat cair (cm)
Kedalaman zat cair adalah hasil pengukuran jarak dari permukaan air di dalam corong dengan permukaan air pada gelas kimia dengan satuan (cm). 3. Variabel terikat
: perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Perbedaan ketinggian merupakan beda tinggi yang diukur dari permukaan zat cair dalam pipa U dengan memperhatikan tinggi zat cair pada pipa U sebelah kanan dan pipa U sebelah kiri dengan satuan (cm). ProsedurKerja Kegiatan 1 1. Menentukan massa jenis zat cair yang akan anda gunakan, dengan mengukur massa dan volumenya. 2. Menghubungkan pipa U yang berisi zat cair dengan sebuah corong gelas oleh selang plastik. 3. Memasukkan corong ke dalam air, tekan dengan kedalaman tertentu, kemudian mengukur kedalaman menggunaan mistar (diukur dari permukaan air ke permukaan air dalam corong) 4. Mengamati perubahan tinggi permukaan zat cair pada kedua pipa U. mengukur selisih ketinggian zat cair pada pipa U. mencatat hasil pengukuran dalam table pengamatan. 5. Mengulangi percobaan dengan kedalaman yang berbeda-beda. Kegiatan 2
1. Menyiapkan tiga jenis zat cair yang berbeda, yaitu : air, air garam 20 gram, air garam 50 gram, gliserin, dan minyak. 2. Memasukkan corong ke dalam masing-masing fluida, dengan kedalaman 5 cm dari permukaan zat cair. 3. Mengamati perbedaan ketinggian air di dalam pipa U setelah corong dimasukkan ke dalam fluida. 4. Mencatat perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U ke dalam tabel hasil pengamatan. HASIL PENGAMATANDAN ANALISA DATA Tabel 1. Massa jenis zat cair No
Jenis Zat Cair
Massa (gram)
Volume (ml)
Massa jenis (g/cm3)
1
Aquades
|38,760±0,005|
||40±1|
0,969
2
Air garam 20 gram
|40,650±0,005|
40±1|
1,016
3
Air garam 50 gram
|39,930±0,005|
|40±1|
0,998
4
Gliserin
|47,290±0,005|
|40±1|
1,1829
5
Minyak
|34,480±0,005|
|40±1|
0,862
1. Perhitungan massa jenis
|
|
|
| |
|
| |
|
{|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|}
a. Massa jenis pada aquades
= = 0,969 g/cm3 {|
|
=|
| |
|} |
|
= = 0,02435 KR =
b. Massa jenis pada air garam 20 gram
= = 1,016 g/cm3 {| =|
| |
| |
=
|} | 1,016
= 0,02552 KR =
c. Massa jenis pada air garam 50 gram
= = 0,998 g/cm3
{|
|
=|
| |
|} |
|
=
0,86
= 0,02508 KR =
d. Massa jenis pada gliserin
= = 1,1829 g/cm3 {| =|
|
|
|
|}
|
|
=
1,1829
= 0,0297 KR =
e. Massa jenis pada minyak
= = 0,862 g/cm3 {| =|
|
| |
= = 0,02163
|} |
| 0,86
KR =
Kegiatan 1. Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik Jenis Zat Cair
= Aquades
Tabel 2. Hubungan antara kedalaman zat cair dengan tekanan hidrostatis
No
1
Kedalaman (cm)
|1,00±0,05|
Perbedaaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm) |1,00±0,05| |1,00±0,05| |0,90±0,05|
2
|1,40±0,05|
|1,50±0,05| |1,50±0,05| |1,60±0,05|
3
|3,00±0,05|
|2,70±0,05| |2,80±0,05| |2,70±0,05|
4
|3,50±0,05|
|3,60±0,05| |3,40±0,05| |3,60±0,05|
5
|3,80±0,05|
|4,00±0,05| |3,90±0,05|
No
Kedalaman (cm)
Perbedaaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm) |3,80±0,05|
6
|4,00±0,05|
|4,00±0,05| |4,10±0,05| |4,00±0,05|
7
|5,00±0,05|
|4,80±0,05| |4,80±0,05| |5,00±0,05|
Kegiatan 2.Pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik Kedalaman Corong
= |5,00±0,05|cm
Tabel 3. Hubungan antara massa jenis zat cair dengan tekanan hidrostatis
No
1
Jenis Zat Cair
Aquades
Perbedaaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
|4,80±0,05| |4,80±0,05| |5,00±0,05|
2
Air garam 20 gram
|4,50±0,05| |4,50±0,05| |4,60±0,05|
3
Air garam 50 gram
|4,10±0,05| |4,20±0,05| |4,10±0,05|
4
Gliserin
|5,50±0,05| |5,20±0,05| |5,20±0,05|
5
Minyak
|3,70±0,05| |3,50±0,05| |3,60±0,05|
ANALISIS DATA
∆ =
∆m +
∆ =
∆m +
∆
=
+
=
+
∆v ∆v
P = ∆P =
∆ +
∆h
=
+
+
P
Kegiatan 1:Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik a. Kedalaman pertama ̅ = 0,97 cm
cm
{|
|
| |
{|
|
{ {
}
PF = |94,0±9,1| N/m2 b. Kedalaman kedua
= 1,53 cm
|
|
|
|} }
KR =
̅
| |} P
cm
{|
|
| |
{|
| |} P
|
|
|
{
|} }
{
}
KR = PF = |148±10| N/m2 c. Kedalaman ketiga ̅ = 2,73 cm
cm
{|
|
|
| |
| |} P
{|
|
|
|
|
|}
{
}
{
}
KR = PF = |264±13| N/m2 d. Kedalaman keempat ̅ = 3,47 cm
m
{|
|
| |
{|
|
{ {
| |} P |
|
|
|} }
}
KR = PF = |336±20| N/m2
e. Kedalaman kelima ̅ = 3,90 cm
cm
{|
|
| |
{|
|
| |} P |
{ {
}
PF = |378±19| N/m2 f. Kedalaman keenam
= 4,03 cm
|
|} }
KR =
̅
|
cm
{|
|
| |
{|
|
| |} P |
|
|
{
|} }
{
}
KR = PF = |390±16| N/m2 g. Kedalaman ketujuh ̅ = 4,87 cm
cm
{| {|
|
| | |
| |} P |
|
|
|}
{
}
{
}
KR =
%
PF = |472±24| N/m2 Kegiatan 2: Pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik a. Aquades ̅ = 4,87 cm
cm
{|
|
| |
{|
|
{ {
| |} P |
|
|
|} }
}
KR = PF = |472±24| N/m2
b. Air garam 20 gram ̅ = 4,53 cm
cm
{|
|
| |
{|
|
| |} P |
{ {
}
PF = |460±19| N/m2 c. Air garam 50 gram
= 4,33 cm
|
|} }
KR =
̅
|
cm
{|
|
| |
{|
|
| |} P |
|
|
{
|} }
{
}
KR = PF = |412±17| N/m2 d. Gliserin ̅ = 5,30 cm
m
{| {|
|
| | |
| |} P |
|
|
|}
{
}
{
}
KR = ±39| N/m2
PF = |
e. Minyak ̅ = 3,60cm
cm
{|
|
| |
{|
|
{ {
| |} P |
|
|
|} }
}
KR = PF = |310 ±16| N/m2
TABEL PERBANDINGAN Kegiatan 1. Perbandingan kedalaman dan tekanan hidrostatik No
Kedalaman (m)
Tekanan Hidrostatik (N/m2)
1 |
2 3 4 5 6 7
Kegiatan 2. Perbandingan antara massa jenis dengan tekanan hidrostatik No
Massa Jenis Zat Cair (kg/m3)
1 2
1016
3
998
4
1829
5
862
Tekanan Hidrostatik (N/m2)
PEMBAHASAN Pada praktikumkali ini terdiri dari dua kegiatan yang pertama untuk mengetahui pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatis dan yang kedua untuk mengetahui pengaruh massa jenis terhadap tekanan hidrostatis. Pada kegiatan pertama dengan menggunakan fluida yang sama yakni air, kita hubungkan dengan selang kecil dan corong yang terhubung dengan pipa U. Corong ditekan hingga kedalaman yang tertentu kemudian memperhatikan yang terjadi pada pipa U. Dari hasil percobaan diperoleh untuk kedalaman
diperoleh tekanan hidrostatis sebesar
N/m2. Untuk kedalaman kedua
diperoleh tekanan hidrostatis
N/m2. Kedalaman ketiga yaitu
sebesar|
tekanan hidrostatis sebesar
N/m .Untuk kedalaman keempat sedalam
diperoleh tekanan hidrostatis sebesar kedalaman
diperoleh
2
N/m2. Untuk
diperoleh tekanan hidrostatis sebesar
N/m2. Kedalaman
diperoleh tekanan hidrostatis sebesar
N/m2. Dan untuk kedalaman hidrostatis sebesar
diperoleh tekanan
N/m2
Untuk kegiatan kedua untuk mengetahui pengaruh massa jenis terhadap tekanan hidostatis digunakan fluida yang berbeda-beda yakni air (969 kg/m3), air garam 20 gram (1016 kg/m3), air garam 50 gram (998 kg/m3), gliserin (1182,9 kg/m3), dan minyak (862 kg/m3) pada kedalaman yang tetap. Setelah mengetahui semua massa jenis fluida tersebut maka dilakukan percobaan yang prosedur kerjanya hampir sama dengan kegiatan pertama. Dari percobaan pada kegiatan kedua diperoleh hasil yaitu untuk air diperoleh tekanan hidrostatisnya N/m2. Untuk air garam 20 gram diperoleh tekanan hidrostatisnya N/m2. Untuk air garam 50 gramdiperoleh nilai tekanan
sebesar hidrostatik sebesar
N/m2. Untuk gliserin diperoleh nilai tekanan
hidrostatik sebesar
N/m2, dan untuk minyak diperoleh nilai tekanan
hidrostatik sebesar
N/m2
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari kegiatan pertama dan kedua dapat diketahui bahwa kedalam dan massa jenis berpengaruh terhadap
besarnya tekanan hidrostatis. Untuk kedalaman, semakin besar kedalaman benda pada zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatik yang dialami benda tersebut. Begitupula sebaliknya. Dan untuk kegiatan kedua dapat diketahui bahwa semakin besar massa jenis suatu zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatiknya. Begitupula sebaliknya. Artinya kedalan dan massa jenis berbanding lurus dengan tekanan hidrostatis. SIMPULAN DAN DISKUSI A. Simpulan Dari hasil eksperimen dan analisis data yang diperoleh dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu: a. Kedalaman dan massa jenis berpengaruh terhadap tekanan hidrostatis b. Semakin besar kedalaman benda pada zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatik yang dialami benda tersebut. Begitupula sebaliknya. c. Semakin besar massa jenis suatu zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatiknya. Begitupula sebaliknya. B. Diskusi Kepada praktikan selanjutnya agar lebih teliti dalam melakukan praktikum sehingga data yang diperoleh lebih baik. Dalam melakukan pengukuran butuh ketelitian lebih tinggi dan lakukan dengan baik dan cermat. Memasukkan data sesuai dengan hasil percobaan. Hati-hati dalam menggunakan alat dan bahan. Jangan melakukan sesuatu diluar praktikum serta jangan membantah perintah dari asisten.
DAFTAR RUJUKAN Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. Halliday, Resnick dan Walker. 2010 ( terjemahan Tim Pengajar Fisika ITB ). Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1. Jakarta : Erlangga. Herman.2014. Penuntun Praktikum Fisika Dasar. Makassar: Laboratorium FisikaDasar UNM. Young dan Freedman. 2001 ( terjemahan Ir. Endang Juliasti, M.S. ). Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
