Tekanan merupakan konsep penting dalam fisika klasik karena membahas tentang gaya yang bekerja pada luas permukaan tertentu. Tekanan dialami baik oleh benda padat, benda cair, maupun benda cair yang berbentuk gas.
Memahami Tekanan
Tekanan adalah gaya per satuan luas yang dilakukan setiap permukaan suatu benda terhadap benda lain yang bersentuhan dengannya. Gaya yang diberikan untuk menciptakan tekanan ini tegak lurus terhadap setiap titik pada permukaan benda.
Daerah yang terkena gaya disebut daerah kompresi. Sedangkan gaya yang mengenai permukaan medan tekanan disebut gaya kompresi. Tekanan merupakan besaran skalar sehingga tidak dipengaruhi oleh arah.
Jenis Tekanan
- Tekanan hidrostatis
Tekanan hidrostatik berbicara tentang tekanan fluida statis (diam) yang ada di ruang terbuka. Untuk memahami prinsip tekanan hidrostatis, dapat dibayangkan suatu zat cair terdiri dari banyak lapisan di bawahnya. Setiap lapisan akan memberikan tekanan pada lapisan cairan di bawahnya.
Oleh karena itu, lapisan bawah akan mengalami tekanan paling besar. Sedangkan di lapisan atas hanya terdapat tekanan dari atmosfer atau udara. Jadi tekanan pada permukaan zat cair sama dengan tekanan udara atau tekanan atmosfer.
Selain itu, massa jenis zat cair juga mempengaruhi besarnya tekanan hidrostatis yang diterima zat cair. Semakin besar massa jenis suatu zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatis zat cair tersebut.
Gaya gravitasi bumi juga mempengaruhi tekanan hidrostatis. Semakin dalam suatu benda berada pada titik kedalaman zat cair maka semakin besar pula tekanan gravitasi bumi yang menyebabkan semakin besar pula tekanan hidrostatis yang dirasakan. Ada 3 hal utama yang mempengaruhi tekanan hidrostatik:
- gaya gravitasi bumi
- Massa jenis suatu zat cair
- Kedalaman suatu benda dalam zat cair
- Tekanan udara
Tekanan udara lebih sering dikenal dengan tekanan atmosfer dalam kehidupan sehari-hari. Pada prinsipnya terdapat kesamaan antara tekanan udara dan tekanan air. Tekanan air dipengaruhi oleh gaya gravitasi atau tarikan bumi terhadap air yang bermassa.
Jika suatu benda diletakkan di perairan yang lebih dalam maka volume air yang berada di atas benda tersebut akan bertambah. Selain itu, gaya gravitasi bumi terhadap benda akan semakin besar sehingga menyebabkan tekanan yang dialami zat cair semakin kuat.
Sedangkan mengenai tekanan udara, jika suatu benda berada di puncak gunung yang jauh dari pusat gravitasi, maka tekanan udaranya akan lebih kecil. Selain itu, jumlah partikel udara juga lebih sedikit sehingga mengakibatkan tekanan udara berkurang.
Berbeda dengan tekanan udara di pantai yang jauh lebih kuat karena dekat dengan gaya gravitasi bumi. Selain itu, partikel udara di pantai juga lebih padat sehingga tekanannya lebih besar. Untuk mengukur tekanan udara dapat menggunakan alat yang bernama barometer.
Satuan tekanan udara yang umum digunakan adalah milibar (mb) atau bar.
Rumus Tekanan
- Rumus Tekanan Umum
Tekanan adalah gaya yang bekerja pada suatu luas permukaan per satuan luas. Untuk menghitung besarnya tekanan yang diberikan suatu benda pada permukaan benda lain digunakan rumus sebagai berikut:
P = F/A
Informasi:
P = Tekanan (Pascal atau Pa juga bisa menggunakan satuan N/m²)
A = Luas permukaan daerah tekanan (m²)
F = Gaya tekanan yang dilakukan benda (N)
Perlu diperhatikan bahwa rumus tekanan di atas merupakan rumus tekanan dasar yang dapat digunakan untuk menghitung tekanan yang diberikan suatu benda padat pada permukaan benda padat lainnya. Pada persamaan di atas, gaya bekerja secara merata dan tegak lurus pada permukaan.
- Rumus Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis diperoleh fluida statis pada ruang terbuka dimana lapisan atas cairan hanya mendapat tekanan dari udara atau atmosfer. Sehingga tekanan pada permukaan zat cair sama dengan tekanan udara atau atmosfer. Berikut persamaan tekanan hidrostatis:
Massa setara dengan hasil kali volume dan massa jenis suatu zat:
m = ρ x V
Jadi tekanan hidrostatis pada zat cair menjadi:
Diketahui volume merupakan hasil kali tinggi (h) dengan luas alas (A). Jadi rumus matematika tekanan hidrostatis di atas dapat diubah menjadi berikut:
Informasi:
ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s²)
h = kedalaman atau tinggi titik ukur dari permukaan (m)
A = Luas permukaan zat cair (m²)
Rumus di atas tidak bisa digunakan untuk menghitung tekanan udara pada ketinggian tertentu di muka bumi. Hal ini dikarenakan tekanan udara pada ketinggian tertentu juga sangat dipengaruhi oleh kepadatan udara. Kepadatan udara bervariasi dari satu tempat ke tempat lain.
- Rumus Tekanan Udara
Tekanan udara pada setiap ketinggian selalu berbeda-beda. Semakin tinggi suatu tempat maka semakin rendah tekanan udara di tempat tersebut. Untuk menghitung tekanan udara berdasarkan ketinggian suatu tempat, dapat digunakan rumus sebagai berikut:
jam = (760 – P) 10
Informasi:
h = tinggi di suatu tempat (m)
P = Tekanan udara pada tempat tersebut (mmHg)
Contoh Pertanyaan Tekanan
Sebuah kapal mempunyai luas penampang 20 cm². Di dalam bejana diisi air setinggi 30 cm sedangkan di bawahnya diisi air raksa setinggi 20 cm. Diketahui massa jenis air adalah 1 gram/cm³ dan massa jenis air raksa adalah 13,6 gram/cm³. Percepatan gravitasi di tempat tersebut adalah 10 m/s². Mendefinisikan:
A. Tekanan hidrostatik (Ph) di dasar bejana
B. Gaya hidrostatik di dalam bejana
Diskusi
Dikenal:
A = 20 cm² = 2 x 10ˉ³ m²
h1 = 20 cm = 0,2 m
h2 = 30 cm = 0,3 m
ρ1 = 13,6 gram/cm³ = 13.600 kg/m³
ρ2 = 1 gram/cm³ = 1000 kg/m³
diminta:
a) Ph
b) Fh
Menjawab:
A. Ph = P1 + P2
Ph = ρ1 x h1 xg + ρ2 x h2 xg
Ph = 13.600 kg/m³ x 0,2 mx 10 m/s² + 1000 kg/m³ x 0,3 mx 10 m/s²
Ph = 27.200 Pa + 3000 Pa
Ph = 30.200 Pa
B. Fh = Ph x A
Fh = 30.200 Pa x 2 x 10ˉ³ m²
Fh = 60,4 N
Tekanan dibedakan berdasarkan jenis zat dan juga ruang tempat terjadinya tekanan. Secara umum rumus tekanan dibedakan menjadi tekanan padat dan tekanan fluida. Tekanan pada fluida statis dibedakan menjadi dua, yaitu tekanan pada ruang tertutup dan ruang terbuka.
mejakelas.com