Tekanan Hidrostatis ǀ Pengertian, Persamaan (Rumus), Manometer & Barometer, Tekanan Mutlak & Gauge (Hidrostatis)

Pada kehidupan, kita biasa mendengar istilah “tekanan”. Apakah pengertian tekanan ini sama dengan pengertian dalam fisika? Kita akan mengulas pengertian tekanan (hidrostatis), penurunan persamaan, penerapannya pada manometer tabung terbuka, dan barometer raksa, tekanan mutlak dan tekanan gauge (hidrostatis).


Bab ini akan difokuskan pada tekanan pada zat alir (fluida) yang diam (statis) oleh karena itu disebut hidrostatis. Zat alir atau fluida sendiri terdiri dari zat gas, zat cair, dan padat. Bagaimana zat padat dapat termasuk fluida? Pada kondisi khusus, zat padat yang memiliki bulir yang halus dapat digolongkan sebagai fluida.


Konsep awal yang perlu dipahami dari sifat molekul ketiga zat ini adalah susunan partikel berbeda-beda. Zat padat dan cair tidak dapat dimampatkan, sedangkan zat gas bisa dengan batas tertentu. Hal ini terjadi karena molekul zat gas bebas bergerak. Saat dimampatkan, kita sedang merapatkan dan mengumpulkannya.


Baca juga : Lubang Hitam bukan Lubang Sebenarnya ǀ Pengertian, Cara Kerja, Cara Mengamati, & Alasan Diberi Nama Lubang Hitam

TEKANAN

Tekanan (pressure) adalah gaya yang dikerjakan pada luasan tertentu. Tekanan adalah besaran skalar. Kita hanya akan mendapati arah gaya terhadap luasan, bukan arah tekanan. Tekanan sendiri tidak hanya berlaku pada kondisi yang sesak, melainkan pada kondisi yang longgar pula. Kita dapat menentukan tekanannya.


Tekanan dengan gaya F dikerjakan pada luasan yang kecil akan lebih besar dibandingkan dikerjakan pada luasan besar. Kita akan lebih memilik terinjak sepatu sandal daripada heels, bukan? Saat menginjak lumpur, sepatu heels juga sangat tidak cocok.


Percobaan Piston Pegas yang Dicelupkan ke Fluida untuk Membuktikan Persamaan Tekanan, Analisis Tekanan Benda Melayang dengan Gaya Netto yang Menurunkan Persamaan Tekanan Multak Hidrostatis

Gambar 1.1.a. Percobaan Piston Pegas yang Dicelupkan ke Fluida untuk Membuktikan Persamaan Tekanan, Gambar 1.1.b. Analisis Tekanan Benda Melayang dengan Gaya Netto yang Menurunkan Persamaan Tekanan Multak Hidrostatis

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Perhatikan gambar 1.1.a., sebuah tabung hampa dengan pegas didalamnya dimasukkan ke dalam air. Air menekan piston yang fleksibel bergerak sehingga ia menjorok ke dalam. Gaya dikerjakan secara tegak lurus terhadap luasan pada seluruh titik pada luasa A secara homogen.


Kita memperoleh persamaan tekanan sebagaimana di bawahnya. Jika gaya yang diberikan tidak homogen, maka kita dapat menghitung sebuah sampel area tertentu yang sangat kecil (dA) yang dikenaik gaya sebesar dF.


Filosofi kehidupan yang dapat kita gunakan pada tekanan hidrostatik adalah “jika tekanan hidupmu besar, maka kurangi gaya, dan luaskan hatimu agar mengecil tekanan hidupmu”


Perhatikan gambar 1.1b., Mungkin kita bertanya “apakah benar piston gambar 1.1.a. akan menjorok ke bawah? Apakah gaya yang diberikan fluida bagian bawah, atas, kanan, kiri itu sama?”. Berdasarkan gambar 1.1.b., gaya diberikan pada seluruh sisi dari benda yang dicelupkan. Arahnya tegak lurus permukaan.


Besar gaya pada masing-masing sisi jelas tidak sama, gaya bagian atas akan lebih kecil dari gaya bagian bawah. Sedangkan, gaya bagian kanan dan kiri akan sama karena berada pada kedalaman yang sama terhadap permukaan air.

PERSAMAAN HIDROSTATIS

Kita mendapati persamaan hidrostatis P=P0+rho.g.h. Saat di permukaan air atau belum masuk air, benda sudah memiliki tekanan terhadap atmosfer (P0). Saat dicelupkan, tekanannya bertambah sebesar rho.g.h. Jadi, besar tekanannya adalah jumlah dari keduanya.


Ingat! 1 atm = 1,013 x 10^5 Pa atau 10^5 Pa saja. Kita perlu menjadikannya menjadi satuan Pa bukan atm. Nilai tekanan 1 atm itu berada di atas permukaan laut. Anggap saja kita mengkur di tempat yang memiliki tekanan 1 atm. Semakin tinggi dataran, semakin rendah tekanannya.


Semakin dalam atau besar nilai (h) akan semakin besar tekanannya. Tekanan di air pada kedalam yang sama pada semua titik adalah sama besar. Sedangkan, tekanan di udara  akan semakin kecil saat ia semakin tinggi datarannya.


Oleh karena itu, pesawat memiliki mekanisme untuk menyesuaikan tekanan di luar dan dalam pesawat saat terbang tinggi.

ALAT UKUR TEKANAN

Gambar 1.2.a. Barometer Raksa pada saat Kalibrasi (0 C), Gambar 1.2.b. Barometer Raksa pada Kondisi X (30 C), Gambar 1.2.c. Manometer Tabung Terbuka

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

BAROMETER AIR RAKSA

Kita memiliki dua jenis alat ukur disini. Kita akan membahas barometer raksa yang biasa digunakan di kapal-kapal. Sebuah wadah diisi dengan gas dan air raksa seperti gambar 1.2.a. Mulanya ia dikalibrasi dengan meletakkan balon kaca pada lingkungan dengan suhu 0 derajat celcius.


Hal ini mengakibatkan molekul gasnya mampat atau merapat. Sehingga, ketinggian kolom U titik B didapatkan. Titik A dan B selalu sejajar. Bagian ujung barometer terbuka dan terhubungan dengan lingkungan dengan tekanan 1 atm.


Saat balon kaca dipanaskan, gasnya akan bergejolak dan memuai (mengembang). Ia mendesak air raksa pada kolom titik A dan diteruskan ke kolom titik B. Ketinggian kolom B berubah. Titik A dan B selalu sejajar.

MANOMETER TABUNG TERBUKA

Tabung kaca terbalik yang diisi oleh air raksa dan menyisakan ruang hampa untuk naik turunnya air raksa. Wadah seperti gelas juga diisi air raksa dan sengaja dibuka dan dibiarkan kontak dengan lingkungan luar yang memiliki tekanan 1 atm.


Saat manometer berada di lingkungan dengan tekanan atmoster 1 atm, ia menunjukkan tinggi kolom tertentu. Saat tekanan bertambah, ia mendesak air raksa ada titik B. Hal ini menyebabkan tinggi kolom pada tabung bertambah.

PERSAMAAN TEKANAN MUTLAK & GAUGE (HIDROSTATIS)

Gambar 1.3. Persamaan Tekanan Mutlak dan Tekanan Gauge (Hidrostatis)
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Tekanan mutlak disini adalah tekanan akhir sedangkan tekanan gauge (hidrostatis) adalah selisih dari tekanan atmosfer dan tekanan akhir. Beberapa soal hanya menghendaki kita menghitung nilai dari tekanan gauge ini.


Salah satu contoh penerapan tekanan gauge disini adalah alat ukur tekanan pada ban sepeda.


Baca selanjutnya : Hukum Utama Hidrostatis ǀ Tekanan pada Pipa U, Persamaan (Rumus), dan Analisis Gambar


Beberapa soal perlu dipastikan terlebih dahulu tekanan jenis apa yang ditanyakan, gauge atau mutlak. Tekanan berlaku untuk gas dan cair. Barometer dan manometer adalah salah satu contoh alat ukur tekanan. Kesimpulannya istilah tekanan sehari-hari berbeda dengan istilah tekanan di fisika.

Share this post