MATERI TEKANAN ZAT UNTUK MTs/SMP

Berhati-hatilah jika kamu memegang benda tajam, seperti pisau atau jarum karena benda tajam memiliki luas bidang tekan yang sangat kecil. Tekanan dipengaruhi oleh besarnya gaya dan luas bidang tekan. Setelah mengetahui bahwa besar tekanan dipengaruhi oleh gaya dan luas bidang, sekarang kamu dapat menjelaskan mengapa bekas kaki ayam lebih dalam daripada bekas kaki itik jika keduanya berjalan di atas lumpur. Untuk memudahkan usaha (kerja), kamu harus membuat pengiris bawang (pisau) atau jarum lebih runcing. Oleh sebab itu, dengan memperkecil luas bidang tekan merupakan upaya untuk memperbesar tekanan. Alat-alat berikut sengaja dibuat dengan memperkecil luas bidang tekanannya untuk mendapatkan tekanan yang jauh lebih besar.

A.   Tekanan pada Zat Padat

Ketika kamu mendorong uang logam di atas plastisin, berarti kamu telah memberikan gaya pada uang logam. Besarnya tekanan uang logam pada plastisin bergantung pada besarnya dorongan (gaya) yang kamu berikan dan luas bidang tekannya. Semakin besar gaya tekan yang kamu berikan, semakin besar pula tekanan yang terjadi. Namun, semakin besar luas bidang tekan suatu benda maka semakin kecil tekanan yang terjadi. Dengan demikian, tekanan berbanding lurus dengan gaya tekan dan berbanding terbalik dengan luas bidang tekan

B.   Tekanan pada Zat Cair

Berenang adalah kegiatan yang sangat menyenangkan. Ketika kamu mencoba untuk menyelam ke dasar kolam, semakin dalam kamu menyelam maka kamu akan merasa gaya yang menekan ke tubuhmu semakin besar. 

1.    Hukum Pascal

Kamu sudah mengetahui bahwa pada zat cair yang diam memiliki tekanan hidrostatis yang dipengaruhi oleh massa jenis zat cair, konstanta gravitasi, dan kedalaman zat cair. Namun, bagaimanakah jika suatu zat cair dalam ruang tertutup kamu berikan tekanan, dan ke arah manakah tekanan itu diteruskan? Pertanyaan tersebut terjadi pada diri seorang ilmuwan bernama Pascal. Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair di ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata.

Penemuan Pascal menunjukkan bahwa Tuhan telah menetapkan hukum alam tidak lain untuk kesejahteraan umat manusia. Gejala alam ini sering digunakan dalam teknologi untuk mengangkat mobil di bengkel atau pompa hidrolik untuk memompa suatu bahan tertentu. Marilah kita telusuri mengapa gaya yang lebih kecil dapat mengangkat gaya berat beban yang lebih besar? Menurut Hukum Pascal, tekanan zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata.

Ketika pengisap kecil kamu dorong maka pengisap tersebut diberikan gaya sebesar F1 terhadap luas bidang A1, akibatnya timbul tekanan sebesar p1. Menurut Pascal, tekanan ini akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata sehingga tekanan akan diteruskan ke pengisap besar dengan sama besar. Dengan demikian, pada pengisap yang besar pun terjadi tekanan yang besarnya sama dengan p1. Tekanan ini menimbulkan gaya pada luas bidang tekan pengisap kedua (A2) sebesar F2 
Sajian video pembelajaran dan penyelesaian hukum pascal dapat dilihat pada video berikut

2.    Bejana Berhubungan

Pernahkah kamu berpikir mengapa air sumur tidak pernah kering walaupun setiap saat kamu pompa airnya. Apabila kamu perhatikan dasar kolam, laut, atau danau tidak rata. Ada bagian yang dalam, ada yang dangkal, dan ada pula yang curam seperti palung laut. Namun, bagaimanakah permukaan airnya? Tuhan menciptakan permukaan air selalu rata. Adapun alat-alat yang menggunakan prinsip bejana berhubungan di antaranya sebagai berikut.

a.    Cerek

Cerek adalah alat untuk memudahkan ketika menum-pahkan air minum pada gelas. Ketika cerek dimiringkan, permukaan air di dalam cerek selalu rata sehingga memudah-kan air keluar dari corong sesuai dengan kemiringannya. Oleh karena itu, kamu dapat mengatur keluarnya air dari dalam cerek.

b.    Penyipat Datar

Pernahkah kamu perhatikan seorang tukang bangunan yang sedang mengukur ketinggian suatu tempat, tetapi permukaan tanahnya tidak rata atau cukup jauh? Alat apakah yang mereka gunakan? Tentu mereka tidak menggunakan mistar atau meteran untuk mengukurnya karena dengan menggunakan alat tersebut akan menyulitkan. Tukang bangunan biasanya menggunakan alat sederhana yang terbuat dari selang plastik yang diisi air. Alat itu disebut penyipat datar. Penyipat datar yang dibuat pabrik disebut water pass. Penyipat datar sederhana digunakan dengan cara menempatkan permukaan air dari satu ujung dengan tinggi yang telah ditentukan, sedangkan ujung yang lain diturun-naikkan sehingga permukaan airnya tetap. Apabila permukaan airnya sudah diam, berarti ketinggian kedua tempat tersebut sama.

c.    Sumur

Keberadaan air di dalam sumur pompa ataupun sumur tradisional disebabkan oleh berlakunya prinsip bejana berhubungan. Oleh karena itu, sumur harus berada di bawah permukaan air tanah supaya airnya tidak pernah kering. Prinsip bejana berhubungan tidak berlaku pada bejana yang pipanya sempit atau pipa kapiler.

3.    Hukum Archimedes

Apabila kamu berdiri di dalam kolam renang yang sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut kamu akan merasa seolah-olah badanmu semakin ringan. Bahkan apabila air kolam sudah sampai kepala, kamu dapat terapung. Prinsip ini biasa juga digunakan agar kapal laut terapung di permukaan air. Supaya kamu dapat merancang sebuah kapal laut, tentu kamu harus tahu hukum alam yang terjadi pada peristiwa tersebut.

Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mem-pelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yang sama dengan hasil percobaanmu, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (FA). Apabila kamu lihat hasil percobaanmu, ternyata gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air. 
FA= w_u–w_a

dengan:
FA= gaya apung atau gaya ke atas (N)

wu = gaya berat benda di udara (N)

wa = gaya berat benda di dalam air (N)

Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

FA = w_f

Karena 
w_f = m_f g 

dan
m_f = p_f V

maka
w_f = p_f V_g

dengan: 
FA = gaya apung (N)

p = massa jenis zat cair (kg/m³)

v = volume zat cair yang didesak atau volume benda yang tercelup (m3)

g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s²)

Tuhan telah menetapkan hukum alam bahwa air memiliki gaya apung yang dikenal dengan prinsip Archimedes. Beberapa teknologi yang memanfaatkan prinsip ini adalah kapal selam, balon udara, hidrometer, dan jembatan ponton.

a.    Kapal Selam

Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam. Pada badan kapal selam terdapat bagian yang dapat diisi udara dan air. Ketika kapal selam ingin terapung maka bagian tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.

b.    Hidrometer

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Biasanya alat ini digunakan oleh usaha setrum accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu sudah tidak bisa digunakan maka harus diukur dengan hidrometer. Cara menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan nilai massa jenis dari zat cair tersebut.

c.    Jembatan Ponton

Di pelabuhan kamu dapat melihat jembatan yang terbuat dari drum-drum besar yang mengapung di atas air. Jembatan ini disebut jembatan ponton. Drum-drum itu biasanya terbuat dari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair.

d.    Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes 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.

C.   Tekanan Udara

Tuhan Yang Mahakuasa telah menciptakan langit sebagai "atap yang terpelihara" yang disebut atmosfer. Atmosfer ini diciptakan Tuhan dengan sesempurna mungkin sehingga dapat menjaga dari seluruh kemungkinan yang dapat merusak bumi yang kamu cintai ini. Misalnya, meteor-meteor yang jatuh ke bumi akan hangus terbakar digesek oleh lapisan atmosfer, angin matahari yang sangat berbahaya bagi manusia dibelokkan oleh medan magnet bumi serta radiasi ultraviolet yang juga berbahaya sebagian diserap oleh atmosfer sehingga kadarnya jadi bermanfaat bagi manusia. Dengan kata lain, atmosfer atau disebut juga udara diciptakan khusus untuk kehidupan manusia. Atmosfer memiliki tekanan seperti halnya zat cair. Tekanan udara sangat memengaruhi cuaca. Terjadinya angin merupakan salah satu hal yang disebabkan oleh perbedaan tekanan atmosfer di dua daerah yang berdekatan. Angin bersifat meratakan tekanan udara. Semakin besar perbedaan tekanan udaranya, semakin kencang angin yang berhembus sehingga terjadi keseimbangan tekanan. Perbedaan tekanan ini dipicu oleh perbedaan suhu akibat pemanasan sinar matahari. Tekanan atmosfer sangatlah besar, salah satu buktinya adalah dapat menahan air di dalam gelas melalui selembar kertas HVS dan dapat memecahkan balon karet ketika air di dalam labu erlenmeyer didinginkan yang menyebabkan tekanan di dalam labu lebih rendah dari tekanan atmosfer.

Tekanan atmosfer dapat menjaga keseimbangan tubuhmu karena dari dalam tubuh pun terdapat tekanan. Oleh karena itu, supaya tidak terjadi sesuatu yang bisa keluar dari dalam tubuh maka diseimbangkan oleh tekanan atmosfer. Inilah yang menyebabkan mengapa seorang pendaki gunung bisa keluar darah dari hidungnya apabila naik ke gunung yang sangat tinggi.

1.    Ketinggian Memengaruhi Tekanan Atmosfer

Setiap zat memiliki berat, termasuk udara, namun berat udara sangatlah ringan dibandingkan dengan zat-zat yang lain. Kamu sudah mengetahui bahwa tekanan hidrostatis disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri, begitupun halnya dengan tekanan udara. Tekanan udara (tekanan atmosfer) disebabkan oleh berat udara yang menekan lapisan atmosfer bagian bawah sampai ke ketinggian tertentu. Tekanan atmosfer dapat dimisalkan dengan tekanan zat cair. Semakin dalam suatu zat cair maka semakin besar tekanannya, begitu pula tekanan atmosfer. Mulai dari bagian atas atmosfer bumi hingga ke bawah akan semakin besar sehingga beratnya semakin besar. Dengan kata lain, semakin rendah permukaannya, semakin besar tekanan udaranya. Sebaliknya, semakin tinggi permukaan bumi akan semakin rendah tekanan udaranya. Tekanan udara dipermukaan laut sama dengan satu atmosfer (1 atm = 76 cmHg). Setiap kenaikan 100 m, tekanan udara berkurang sebesar 1 cmHg. Berikut ini data hasil perhitungan tekanan udara berdasarkan ketinggiannya.

2.    Alat Ukur Tekanan

Pada abad ke-17 seorang ilmuwan berkebangsaan Italia bernama Evangelista Torricelli (1608–1647) mencoba mengukur tekanan udara. Karena keuletannya, dia berhasil melakukan percobaan untuk membuktikan tekanan udara dengan memperkenalkan alat pengukur tekanan yang disebut barometer pertama yang sangat sederhana. Alatnya hanya menggunakan sebuah pipa kaca yang panjangnya 1 meter dengan salah satu ujungnya tertutup dan raksa. Torricelli melakukan percobaan 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. Dia menyimpulkan bahwa tekanan di permukaan laut itu sebesar 76 cmHg 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 untuk mengukur tekanan udara disebut Barometer. Barometer banyak jenisnya, salah satunya sudah dibahas di atas, yaitu Barometer Torricelli. Barometer Torricelli tentu tidak praktis karena kamu harus membawa alat yang tingginya 1 meter dengan raksa yang sangat berbahaya apabila uapnya terisap olehmu. Hal ini disebabkan massa jenis uap raksa sangat berat sehingga apabila terisap ke paru-paru sulit untuk keluar lagi. Oleh sebab itu, para ahli berusaha membuat alat pengukur tekanan udara yang praktis, di antaranya adalah sebagai berikut.

a.    Barometer Fortin

Barometer raksa disebut barometer Fortin karena yang pertama membuatnya adalah seorang ahli Fisika berkebangsaan Prancis Nicolas Fortin walaupun yang kali pertama menemukannya Torricelli. Barometer ini dapat mengukur dengan teliti karena dilengkapi dengan skala nonius atau skala vernier seperti halnya dalam jangka sorong. Ketelitian alat ukur ini mencapai 0,01 cmHg. Barometer ini cukup panjang seperti halnya barometer Torricelli sehingga sulit untuk dibawa-bawa

b.    Barometer Logam

Barometer logam disebut barometer aneroid. Barometer ini banyak digunakan di Badan Meteorologi dan Geofisika untuk memperkirakan cuaca dengan mengukur tekanan udaranya. Barometer logam biasa juga disebut barometer kering.

Barometer logam lebih praktis untuk dibawa-bawa dan skalanya mudah dibaca karena berbentuk lingkaran. Bagian utama dari barometer ini adalah sebuah kotak logam kecil berisi udara dengan tekanan yang sangat rendah. Permukaan kotak dibuat bergelombang agar lebih mudah melentur di bagian tengahnya. Jika tekanan bertambah, bagian atas dan bawah kotak mengempis sehingga menekan kotak logam yang berisi udara. Akibatnya, tekanannya naik dan akan menggerakkan tuas yang menarik rantai kiri sehingga jarum penunjuk barometer akan menyimpang ke kanan dengan menunjukkan angka tertentu.

Video yang terkait dengan  tekanan sebagai berikut

Untuk mengetahui lebih jauh tentang Tekanan serta penghitungannya 

1.     Materi, Soal dan Pembahasannya. Klik : TEKANAN

2.     Materi pendukung lainnya. Klik : TEKANAN2

3.     Latihan Ujian ONLINE 
      Klik : AKU BISA TEKANAN1
      Klik : AKU BISA TEKANAN2
      Klik : AKU BISA TEKANAN3