Tekanan muncul sebab adanya gaya terhadap luasan tertentu begitu juga tekanan di dalam zat cair, pada artikel kali ini ini akan membahas terkait bagaimana tekanan pada zat cair atau yang juga disebut sebagai tekanan hidrostatis.
Daftar Isi
Pengertian Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis adalah suatu tekanan yang diberikan oleh zat cair menuju seluruh arah terhadap sebuah benda akibat adanya gaya gravitasi.
Tekanan jenis ini akan meningkat seiring dengan waktu bertambahnya kedalaman yang diukur dari arah permukaan zat cair.
Hal yang perlu kalian perhatikan pada tekanan ini yakni masa jenis dari suatu zat cair yang terkena pada suatu benda tersebut.
Contoh yang kerap kali dimanfaatkan yakni air dan minyak. Air mempunyai masa jenis 1 g/cm2 atau 1000 kg/m2 serta masa jenis minyak sebesar 0.8 g/cm2 atau 800 kg/m2.
Akibat dari adanya gaya gravitasi, berat dari partikel air akan menekan partikel yang berada dibawahnya, lalu berbagai partikel air dibawah tersebut akan saling menekan sampai menuju dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan atas.
Sehingga semakin dalam kita menyelam di arah permukaan air, maka akan semakin banyak pula volume air yang terdapat di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang akan diberikan air terhadap tubuh kita juga akan semakin besar.
Sifat – Sifat Tekanan Hidrostatis
Adapun beberapa sifat dari tekanan hidrostatis, diantaranya yaitu:
- Semakin dalam letak sebuah titik dari arah permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatis juga akan semakin tinggi.
- Tekanan zat cair menuju segala arah merupakan sama besar.
- Tekanan hidrostatis akan bergantung kepada kedalaman, massa jenis zat cair serta percepatan gravitasi.
- Tidak bergantung dengan bentuk wadah.
Rumus Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis ini tidak dapat dipengaruhi dengan massa atau berat air, luasan permukaan air maupun bentuk bejana air dan tekanan ini menekan ke semua arah.
Satuan dari tekanannya yakni Newton per meter kuadrat (N/m2) / Pascal (Pa).
Berikut adalah rumus yang digunakan untuk mencari tekanan hidrostatis, yakni:
Ph = ρgh
Keterangan:
- Ph : Tekanan Hidrostatis (N/m2 atau Pa) >> 1 atm = 1 Pa
- ρ : Massa jenis (km/m3)
- g : Gaya gravitasi (m/s2)
- h : Kedalaman sebuah benda dari arah permukaan zat cair (m)
- Ph : ρgh + P
- P : Tekanan udara luar (1 atm / 76 cm Hg)
Semakin besar dari jarak titik ukur dengan arah permukaan air, maka akan semakin juga besar tekanan hidrostatis pada titik tu.
Hal tersebut bisa dibuktikan dengan gambar yang ada di bawah yang mana semakin besar dari ketinggian air, maka akan semakin besar juga tekanan hidrostatis yang ada pada dasar bejana.
Hal itulah yang akan membuat air akan muncrat lebih jauh kepada bejana sebelah kanan sebab tekanan yang lebih tinggi daripada bejana yang ada di sebelah kiri.
Rumus yang ada di atas dimanfaatkan sebagai alat untuk mengetahui nilai tekanan hidrostatis terhadap bejana tertutup (contohnya: tekanan terhadap titik tertentu pada air yang ada di dalam botol tertutup, tangki air maupun tong air yang tertutup).
Guna dapat menghitung besar total tekanan yang ada pada sebuah titik di bawah permukaan air di tempat yang terbuka misalnya danau dan laut atau kontainer dengan wadah terbuka, maka akan membutuhkan penambahan besar tekanan atmosfer di dalam perhitungannya.
Sehingga, total tekanan hidrostatis di dalam keadaan terbuka merupakan sama dengan tekanan hidrostatis air pada titik tersebut namun ditambah dengan besar tekanan yang bekerja di permukaan air yang dirumuskan dengan:
Ptotal = Phidro + Patm
Ptotal = ρgh + Patm
Keterangan:
Patm merupakan tekanan atmosfer (tekanan atmosfer di permukaan laut sebesar Patm = 1,01×105Pa).
Tekanan zat cair sangat erat kaitannya dengan Hukum Archimedes & Hukum Pascal.
Prinsip Tekanan Hidrostatis
Supaya dapat lebih memahami prinsip rumus dari tekanan hidrostatis, perhatikan gambar yang ada di bawah ini:
Keterangan:
- Tekanan total yang mana diterima oleh si pemancing merupakan suatu sebesar tekanan atmosfer (apabila senantiasa menerima tekanan atmosfer setiap waktu), sehingga P1 = Patm
- Tekanan total yang diterima oleh si penyelam bertangki kuning merupakan suatu sebesar tekanan atmosfer yang ditambah dengan tekanan hidrostatis di dalam kedalaman h2. Sehingga P2 = ρgh2+ Patm
- Tekanan total yang diterima oleh si penyelam bertangki merah merupakan sebesar tekanan atmosfer yang ditambah dengan tekanan hidrostatis di dalam kedalaman h3. Sehingga P3 = ρgh3+ Patm
Sebab, h3 > h2, sehingga P3 > P2.
Contoh Tekanan Hidrostatis
Berikut adalah beberapa contoh tekanan hidrostatis yang ada di dalam kehidupan sehari – hari, antara lain:
- Lubang kuras penampung air yang dipasang pada dasar penampungan agar air serta kotoran yang terdapat di dalam penampung air dapat keluar dengan lancar.
- Dasar bak air yang dibuat lebih tebal dibandingkan dengan bagian atas dengan tujuan guna menahan tekanan air yang besar pada bagian bawah.
- Bagian bawah dari bendungan yang dibuat lebih tebal dibandingkan dengan bagian atas dengan tujuan guna menahan tekanan air yang besar pada bagian bawahnya.
- Pada waktu berenang semakin dalam, seorang penyelam akan merasakan telinga yang terasa sakit. Hal tersebut disebabkan semakin dalam kita menyelam, maka tekanannya juga akan semakin besar.
- Pada pemasangan infus, infus harus dipasang di bagian tubuh yang mempunyai tekanan darah lebih rendah dibandingkan dengan tekanan infus supaya cairan infus dapat mengalir ke dalam tubuh pasien. Jika tekanan darah lebih besar dibanding tekanan infus, maka darah akan mengalir lewat selang infus ke arah kantong infus.
- Bentuk kapal selam yang dibuat seperti bentuk torpedo agar dapat menahan tekanan hidrostatis di dalam laut.
Contoh Soal
Agar memudahkan kalian dalam memahami berbagai uraian di atas, berikut kami berikan beberapa contoh soal tekanan hidrostatis beserta penjelasannya, antara lain:
1. Tekanan atmosfer di permukaan air laut sebesar 1,01 x 105 Pa. Kenapa kita tidak dapat merasakan tekanan atmosfer saat menekan tubuh kita?
A. Besar tekanan atmosfer dianggap nol sebab adanya gravitasi.
B. Gaya gravitasi menghilangkan rasa adanya tekanan.
C. Cairan yang ada di dalam tubuh kita dapat menekan keluar tubuh dengan gaya yang sama besar.
D. Kita sudah terbiasa dengan adanya tekanan atmosfer sejak lahir.
Jawab:
Jawaban yang benar adalah C.
Sebab darah beserta cairan yang ada di dalam tubuh manusia akan memberikan tekanan yang sama besar terhadap tekanan atmosfer yang keluar dari tubuh.
Sebab tekanan yang menekan keluar dari dalam tubuh sama seperti tekanan atmosfer yang menekan tubuh, sehingga kita tidak akan bisa merasakan adanya tekanan atmosfer yang sedang menekan tubuh kita.
2. Seekor kura – kura berenang di dalam akuarium. Kura – kura itu terletak 50 cm dari arah permukaan akuarium. Hitunglah tekanan hidrostatis yang diterima oleh kura – kura?
(massa jenis air = 1000 kg/m3 serta percepatan gravitasi bumi 10 m/s2)
Jawab:
Diketahui:
h = 50 cm = 0,5 m
ρ = 1000 kg/m3
g = 10 m/s2
Ditanya:
Ph …..?
Penyelesaian:
Ph = ρ.g.h
Ph = 1000 x 10 x 0,5
Ph = 5000 Pa.
Sehingga dapat kita ketahui bahwa tekanan hidrostatis yang diterima oleh kura – kura yaitu 5000 pascal.
3. Perhatikan gambar di bawah ini!
Pada gambar di atas, terdapat dua tekanan yang diberikan pada selang berbentuk U yang berisi air raksa, terhubung langsung dengan udara bebas atau merupakan tekanan atmosfer. Berapa besar tekanan Pa jika diketahui beda ketinggian air (H) sebesar 1,2 m?
(massa jenis air raksa = 13.600 kg/m3)
Solusi:
Diketahui:
Penyelesaian:
Sehingga dapat diperoleh besarnya tekanan di sisi sebelah kanan (Pa ) sebesar 2,61 x 105 Pa.
Meskipun perbedaan ketinggiannya hanya sedikit, namun massa jenis cairan yang harus ditekan sangat besar (lebih dari 13 kali lipatnya ) apabila dibandingkan dengan air biasa.
Oleh sebab itu, dibutuhkan tekanan yang besar sampai 13 kali lipat guna menekan air raksa daripada air biasa.
4. Seorang penyelam tengah mengerjakan penyelaman di dalam kedalaman 10 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis airnya adalah 1.000 kg/m3 serta percepatan gravitasi buminya adalah 10 m/s2, maka cari serta tentukanlah nilai tekanan hidrostatis yang dialami oleh seorang penyelam tersebut!
Jawab:
Diketahui:
h = 10 m
ρ = 1.000 kg/m3
g = 10 m/s2
Ditanya P =…..?
Penyelesaian
P = ρ . g . h
P = 1.000 . 10 . 10
P = 100.000 N/m2
Sehingga tekanan hidrostatis yang dialami oleh penyelam yaitu = 100.000 N/m2.
