Hukum Pascal, Tekanan Zat Gas, dan Aplikasi Tekanan Zat pada Makhluk Hidup
January 20, 2021
BACKGROUND READING:
Tekanan Zat Padat
“Pernahkah kamu membantu Ibu memasang jarum peniti pada kain?Mengapa ujung jarum (bagian yang runcing) dapat menembus kain?”
“Atau pernahkan kamu memperhatikan ketika ayah sedang memaku tembok untuk menggantungkan benda seperti bingkai foto, jam, dan gantungan baju? Mengapa paku dapat menancap dan menembus tembok?”
“Karena paku bisa menembus tembok, apakah paku juga baik untuk digunakan pada kain? Atau sebaliknya, apakah jarum juga baik digunakan untuk menggantungkan benda-benda di tembok?”
“Ayo… kita cari tahu bersama!”
A. Apakah Itu Tekanan Zat Padat?
Tekanan adalah perbandingan antara jumlah gaya yang diberikan pada benda dengan luas permukaan benda (Giancoli, 2001). Ketika menggunakan jarum peniti pada kain, ujung jarum yang luas permukaannya kecil mengenai permukaan kain bila diberi gaya akan menghasilkan tekanan yang mampu menembus kain. Begitu pula dengan ujung paku yang runcing mengenai permukaan tembok, bila diberi gaya dengan bantuan palu maka ujung paku dapat menembus tembok. Bila gaya yang diberikan besar, maka tekanan yang dihasilkan juga akan besar. Tekanan yang besar ini akan membuat kain berlubang karena ujung jarum dan dinding berlubang karena ujung paku.
B. Persamaan Tekanan pada Zat Padat
Persamaan tekanan pada zat padat diperoleh dari jumlah gaya yang diberikan benda padat per luas permukaan benda tersebut.
Pada persamaan tersebut kita dapat mengetahui bahwa tekanan (P) berbanding lurus dengan gaya (F), artinya semakin besar gaya yang diberikan maka semakin besar pula tekanan yang dihasilkan, begitupun sebaliknya. Selain itu, tekanan (P) berbanding terbaik dengan luas permukaan (A), artinya semakin besar luas permukaannya maka semakin kecil tekanan yang dihasilkan.
Menurut adik-adik, jika menggunakan pangkal jarum (bagian jarum yang tumpul), apakah bisa lebih mudah menembus kain? Dan jika menggunakan pangkal paku (bagian paku yang lingkaran dan datar), apakah lebih mudah menembus tembok?
Seperti yang kita ketahui bersama bahwa pangkal jarum memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan ujung paku yang runcing. Begitupun dengan paku, pangkal paku yang datar memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan ujung paku yang kecil.
Ketika luas permukaannya besar maka tekanan yang dihasilkan akan kecil. Sehingga akan lebih sulit menembus kain dengan menggunakan pangkal jarum dibandingkan dengan menggunakan ujung jarum. Akan lebih sulit pula menggunakan bagian paku yang datar untuk menembus tembok.
Ini juga berlaku untuk alat-alat lainnya disekitar kita lho. Seperti pisau yang biasa digunakan ibu untuk membuat masakan yang enak. Juga pada kapak yang biasanya digunakan tukang kayu untuk menebang pohon. Besarnya tekanan akan selalu berbanding lurus dengan besarnya gaya yang diberikan terhadap luas suatu permukaan. Makanya ibu akan selalu mengasah pisaunya agar tajam ketika digunakan. Begitupun tukang kayu, ia akan mengasah kapaknya sebelum menebang kayu.
Info Menarik: “Bangsa Apa yang Pertama Kali Membuat Boots?”
Sepatu boots pertama kali dibuat sekitar tahun 1200 oleh bangsa mongol yang tinggal di daerah utara khatulistiwa. Kulit yang digunakan adalah kulit sapi di daerah Mongolia karena dapat memberikan efek hangat. Sepatu boots pada saat itu banyak dbuat untuk melindungi kaki mereka dari dinginnya salju sepanjang waktu yang menyelimuti daerah mereka. Selain itu dapat memudahkan mereka untuk berjalan diatas gundukan salju. Seiring dengan perkembangan jaman maka fungsi dan desain mengalami modifikasi yang cukup signifikan. Jika dahulu sepatu boots hanya digunakan untuk menghangatkan kaki dan memudahkan berjalan di daerah salju, kini sepatu boots digunakan untuk kebutuhan lain seperti mode, pekerjaan, atau bahkan hanya untuk sekadar koleksi.
C. Penerapan Tekanan Zat Padat dalam Kehidupan
Apakah kamu pernah mencermati, penerapan tekanan zat padat dalam kehidupan sehari-hari ada banyak sekali lho, coba temukan salah satunya di antara beberapa contoh berikut ini:
- Bentuk kaki bebek lebar dan berselaput. Bentuk kaki bebek yang berselaput dan lebar dapat memperkecil tekanan kaki pada tanah, sehingga bebek mudah berjalan dan tidak terperosok di atas lumpur.
- Jarum dan paku dibuat runcing ujungnya. Ujung yang runcing pada paku dan jarum dapat memperbesar tekanan sehingga memudahkan jarum untuk menancap ke kain dan paku untuk menancap ke kayu.
- Alas sepatu salju (boots) dibuat lebih lebar. Alas yang lebar dapat memperkecil tekanan
sehingga memudahkan berjalan di atas salju. - Ban mobil khusus untuk medan berat berlumpur dibuat besar. Ban yang besar untuk memperkecil tekanan agar memudahkan mobil melaju dan tidak terperosok di atas medan berat berlumpur.
- Mata kapak dibuat tajam ujungnya. Ujung yang tajam bertujuan utnuk memperbesar tekanan agar memudahkan dalam membelah kayu.
Tekanan Hidrostatis
“Pernahkah kamu berenang? Jika pernah, apakah pernah mencoba membedakan rasanya berenang mendekati dasar kolam renang dan berenang dekat dengan permukaan air?
Apakah saat berenang mendekati dasar kolam kamu merasa ditekan oleh air kolam yang berada di atasmu? Dan apakah kamu merasa lebih sulit bergerak jika dibandingkan dengan berenang dekat dengan permukaan air? Mengapa demikian?”
A. Apa Itu Tekanan Hidrostatis?
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan, pada kedalaman tertentu. Semua zat cair akan memberikan tekanan tertentu, tergantung pada kedalamannya.
Ketika berenang mendekati dasar kolam renang, biasanya kita akan merasa agak lebih sulit untuk menggerakkan badan. Ini diakibatan oleh tekanan hidrostatis yang kita terima jauh lebih besar di dasar kolam. Sedangkan berenang di dekat permukaan air kolam renang akan terasa jauh lebih mudah karena tekanan hidrostatisnya lebih kecil.
B. Persamaan Tekanan Hidrostatis
Pada persamaan tersebut kita mengetahui bahwa massa jenis dan kedalaman berbanding lurus terhadap tekanan. Semakin dalam zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Semakin besar massa zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Persamaan tersebut diperoleh dari konsep tekanan yang telah dipelajari sebelumnya.
C. Penerapan Tekanan Hidrostatis dalam Kehidupan
Contoh penerapan tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari, sebagai berikut:
- Tekanan saat berenang, yang menyebabkan gerakan menjadi lebih sulit di kedalaman.
- Dasar bendungan dibuat lebih tebal di bagian dalam untuk menahan tekanan air.
- Pemasangan infus diletakkan di tempat tinggi agar gaya gravitasi dapat membantu infus masuk ke tubuh yang memiliki tekanan hidrostatis dalam darah.
- Bentuk kapal selam, yang dibuat agar bisa menahan tekanan hidrostatis di dalam laut.
Tekanan hidrostatis penting untuk diperhatikan dalam merancang berbagai struktur bangunan dalam penampungan air, misalnya pembangunan bendungan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Selain PLTA, para arsitek kapal selam juga memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut, sehingga kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan akibat tekanan hidrostatis.
“Sedalam apa manusia dapat menyelam?”
Manusia hanya mampu menyelam hingga kurang lebih 20 m. Hal ini dikarenakan paru-paru manusia tidak dapat menahan tekanan yang besar (>240.000 Pa). Apabila dipaksakan maka kemungkinan terburuk adalah kematian akibat besarnya tekanan hidrostatis yang tidak dapat diterima oleh tubuh dan paru-paru manusia.
Hukum Archimedes
“Pernahkan kamu berpikir kenapa kapal laut yang terbuat dari baja tidak tenggelam? Selain terbuat dari baja, kapal laut juga mengangkut truk besar, motor, mobil, benda-benda lainnya untuk disebrangkan, lantas mengapa tidak tenggelam?”
“Ternyata ini berkaitan dengan Hukum Archimedes lho! Apa kamu pernah mendengar nama tersebut? Archimedes adalah seorang ahli matematika dan penemu terkenal dari Yunani. Beliau belajar di kota Alexandria, Mesir dan hidup pada tahun 287 SM – 212 SM. Ingin tahu isi hukum Archimedes yang beliau perkenalkan?
A. Apa Itu Hukum Archimedes?
“Jika suatu benda dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas atau gaya apung yang sama besar dengan zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.”
Domenico Fetti Archimedes
Benda logam seperti koin, jarum, dan kunci dapat tenggelam jika dimasukkan ke dalam air. Namun kapal laut yang mengangkut benda berat tidak tenggelam di air. Meskipun massa kapal laut jauh lebih besar daripada kunci, kapal laut tetap dapat terapung. Hal ini menunjukkan bahwa masa benda bukanlah satu-satunya penyebab benda dapat terapung, melayang, dan tenggelam.Massa jenis benda atau kepadatan, benda yang hanya beberapa gram tapi kepadatannya lebih besar dari zat cair maka benda tersebut akan tenggelam. Benda yang memiliki massa berton-ton tapi memiliki kepadatan yang lebih kecil daripada zat cair maka benda tersebut akan terapung. Cara membuat kapal dapat terapung di permukaan air laur adalah dengan membuat massa jenis kapal tersebut jauh lebih kecil daripada massa jenis air laut caranya adalah dengan membesarkan volume kapal. Jika diperhatikan desain kapal banyak ruang kosongnya. Selanjutnya saat kapal laut diletakkan secara tegak dilautan, kapal laut dapat memindahkan air laut dalam jumlah yang cukup besar, sehingga kapal laut mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat kapal laut.
B. Persamaan yang Berhubungan dengan Hukum Archimedes
Gaya apung (Fa) yang mendorong benda ke atas atau berlawanan dengan arah berat benda yang menyebabkan berat benda di air terasa ringan. Persamaan gaya apung ditulis sebagai berikut:
Gaya angkat akan sama nilainya dengan berat fluida yang dipindahkan Sehingga persamaan gaya angkat menurut hukum Archimedes dinyatakan sebagai berikut:
C. Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan
Benda-benda berikut menggunakan penerapan hukum Archimedes:
- Kapal selam dapat mengatur massa jenisnya di dalam air agar bisa menyelam, melayang, dan mengapung di permukaan air dengan cara mengeluarkan atau memasukkan air untuk mengurangi atau menambahkan massanya.
- Balon udara agar dapat melayang di udara diisi dengan gas yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada massa jenis udara di atmosfer.
- Jika ingin mengecek kacang hijau yang kaya gizi pasti memiliki kepadatan yang lebih besar dibandingkan dengan yang tidak. Agar dapat mengetahuinya dengan mudah, kacang hijau dimasukkan ke dalam mangkok berisi air. Kacang hijau yang memiliki kepadatan atau massa jenis yang lebih besar akan tenggelam. Kacang hijau yang terapung dapat dipisahkan karena sudah rusak dan tidak baik untuk dijadikan bibit atau dikonsumsi.
- Kapal laut memiliki bentuk berongga sehingga volume air yang dipindahkan lebih besar dan gaya angkat ke atasnya lebih besar.
- Keadaan benda mengapung, melayang, dan tenggelam.
Info Menarik: “Mengapa Manusia dapat Terapung di Air?”
Manusia dapat mengapung di dalam air. Massa jenis manusia adalah 0,985 gr/cm3,lebih kecil dari air pada umumnya. Manusia dapat mengapung dengan mudah di laut mati yang memiliki kadar garam yang sangat tinggi. Massa jenis air di laut mati sekitar 1,24 gr/cm3,sehingga badan manusia dapat mengapung dengan mudah disana. Manusia dapat merasa ringan jika ia berada di kolam atau air. Akibat adanya gaya ke atas (gaya apung), benda yang ada di dalam zat cair beratnya akan berkurang, sehingga benda yang diangkat dalam air akan terasa lebih ringan dibandingkan ketika diangkat di darat.
TELUSUR, TULIS DAN TERANGKAN
- Setelah selesai membaca tentang tekanan pada zat padat, hidrostatis, dan hukum archimedes. Ayo kita coba amati sekitar kita dan temukan contoh penerapan lainnya tentang materi ini dan permasalahan yang terjadi lalu ceritakanlah dalam bentuk paragraf (latar belakang).
- Selanjutnya buatlah pertanyaan-pertanyaan dari permasalahan yang kamu temukan pada poin 1.
- Buatlah tujuan yang ingin kamu capai dan menjawab pertanyaan kamu pada poin 2.
- Latar belakang, rumusan masalah, dan tujuan pembelajaran ditulis pada buku latihan ya dan dikumpul ke gurumu pada pertemuan pertama saat membahas materi ini ya.
