BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar
Belakang
·
Tekanan Hidrostatis
Didalam kehidupan
sehari-hari sering dijumpai berbagai macam zat yaitu zat cair, zat padat, dan
zat gas. Zat cair merupakan cairan berbentuk cair seperti air, minyak, bensin
dan sebagainya. Zat padat adalah zat yang memiliki bentuk keras atau padat
seperti es batu. Zat gas merupakan zat yang berbentuk gas atau udara seperti
balon yang ditiup berisi gas.
Fluida adalah zat yang
tidak dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk
ketika ditekan. Oleh sebab itu yang termasuk fluida hanyalah zat cair dan zat
gas. Fluida yang saat ini yang dilakukan percobaan yaitu fluida statis.
Fluida statis merupakan
fluida yang tidak mengalami perpindahan bagian-bagiannya. Fluida statis (hidrotatis)
mengenal beberapa konsep yang saling berkaitan, yaitu tekanan hidrostatis,
hukum pascal, hukum archimedes, tegangan permukaan, kapilaritas, dan kekentalan
zat cair.
Tekanan didefinisikan
sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas
bidang itu. Pada fluida statis terdapat tekanan hidrostatis. Tekanan
hidrostatis memiliki keterkaitan terhadap luas permukaan wadah atau
bejana.
Tekanan hidrostatis
didefinisikan sebagai besarnya gaya tekan zat cair yang dialami oleh bejana
tiap satuan luas. Didalam fluida 1
terdapat tekanan dimana
jika luas permukaan wadah lebih besar maka tekanan yang dihasilkan semakin
kecil dan sebaliknya jika luas permukaan wadah wadah lebih kecil maka tekanan
yang dihasilkan semakin besar. Jadi luas permukaan wadah mempengaruhi besar
atau kecilnya tekanan yang dihasilkan.
Percobaan yang dilakukan
mengenai fluida statis dimana kita mengamati besar tekanan hidrostatisnya. Kita
menggunakan sebuah botol yang diberi lubang sebanyak tiga lubang yang ditutup
dengan selotip lalu diisi dengan air sampai penuh. Disini kita akan melihat
perbandingan tekanan yang dihasilkan setelah lubang dibuka, yang mana lubangnya
dibuka satu persatu dan diukur kejauhannya dengan mistar, setelah kita
melakukan percobaan tersebut maka kita dapat membandingkan besar atau kecilnya
tekanan yang dihasilkan. Dengan percobaan seperti ini kita dapat membuktikan
teori –teori dari tekanan hidrostatis.
·
Hukum Pascal
Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah
fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir.
Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat
gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat
mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu
contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas,
susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida
karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain
(Lohat, 2008).
2
Fenomena
fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan
hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan
dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal. Hukum Pascal diambil dari nama
penemunya yaitu
Blaise Pascal (1623-1662)
yang berasal dari Perancis (Kanginan,
2007).
Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering
dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya
adalah prinsip hukum Pascal. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal
tersebut. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal
dan penerapannya
dalam kehidupan.
·
Tegangan Permukaan
Banyak fenomena-fenomena alam yang
kurang kita perhatikan akan tetapi fenomena-fenomena tersebut mempunyai
hubungan dengan adanya tegangan permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa
alam yang tidak diperhatikan dengan teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada
pipa keran yang bukan suatu aliran, laba-laba air yang berada di atas permukaan
air, mainan gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan
perlahan-lahan di atas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada
pipa kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja
pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain.
Tegangan permukaan merupakan fenomena
menarik yang terjadi 3
pada zat cair (fluida) yang berada
pada keadaan diam (statis). Contoh yang menarik, tetes air cenderung berbentuk
seperti balon (yang merupakan gambaran luas minimum sebuah volume) dengan zat
cair berada di tengahnya.
1.2.
Tujuan Percobaan
·
Tekanan Hidrostatis
1. mengetahui konsep
tekanan hidrostatis.
2. Mengamati pengaruh
tekanan terhadap kecepatan fluida.
·
Hukum Pascal
1. Mengetahui pengertian
hukum Pascal.
2. Mengetahui
cara menuliskan persamaan hukum Pascal.
3. Mengetahui penerapan hukum Pascal dalam sistem
fluida statis.
·
Tegangan Permukaan
1.
Untuk mengetahui pengertian tegangan permukaan.
2.
Untuk mengetahui faktor yang memengaruhi tegangan permukaan.
3.
Untuk mengetahui persamaan tegangan permukaan.
4.
Untuk mengetahui penerapan tegangan permukaan pada kehidupan sehari-hari.
1.3 Manfaat
Praktikum
·
Tekanan Hidrostatis 4
1.
Sebagai bahan referensi untuk percobaan selanjutnya.
2.
Sebagai acuan kepada pengamat selanjutnya dalam
Menentukan
hokum hidrostatis.
3.
Sebagai sumber informasi mengenai tekanan hidrostatis.
·
Hukum Pascal
1. Menambah wawasan dan pengetahuan
kepada penulis tentang hukum
Pascal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
2. Memberikan informasi kepada
pembaca tentang tentang hukum
Pascal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
·
Tegangan Permukaan
1.
memperbagus keyakinan tentang
tegangan permukaan.
2. menambah wawasan dan mempercepat daya tangkap tentang fluida.
5
BAB 2
DASAR TEORI
2.1.
Tekanan Hidrostatis
Ketika fluida dalam keadaan tenang,
fluida akan memberikan gaya yang tegak lurus
ke seluruh permukaaan kontaknya,
seperti dinding bejana atau benda
yangtercelup dalam fluida. Jika kita membayangkan sebuah permukaan
imajiner dalamfluida,
fluida pada kedua sisi permukaan
menekan dengan
gaya yang sama dan berlawanan pada permukaan. Pada
sebuah permukaan kecil dengan luas dA berpusat pada titik di dalam fluida,
gaya normal yang diberikan fluida pada masing-masing sisiadalah dF (gaya tegak
lurus). Sehingga tekanan (pressure) pada titik itu didefinisikansebagai gaya
normal per satuan luas, yaitu perbandingan dF dan dA.,
P=dF/dA => defenisi tekanan
Jika setiap titik pada permukaan
bidang terbatas dalam area A memiliki tekanan sama,maka
P=F/A
Kita dapat
menurunkan hubungan umum antara tekanan p pada setiap titik dalam keadaan
tenang (diam) dengan ketinggian h pada sebuah titik. Kita anggap bahwa densitas
dan percepatan gravitasi adalah sama pada seluruh bagian fluida.Gambar di bawah
ini
memperlihatkan sebuah tabung berisi cairan. Tekanan didasar
tabung lebih besar dibanding dengan di atas tabung untuk menopang beratcairan di tabung. Massa
cairan di tabung ini adalah:
m = ρV = ρAh
6
dan beratnya adalah
w = mg = ρAhg
A = luas penampang tabung
h Jika Po adalah tekanan di bagian atas dan
P
adalah tekanan di dasar
tabung ,maka gaya netto ke atas yang disebabkan oleh beda tekanan ini adalah PA
– PoA.Dengan membuat gaya ke atas
netto ini sama dengan berat cairan di tabung, kitadapatkan
PA – PoA = ρAhg
Atau
P = Po + ρgh
7
(tekanan fluida yang mempunyai
densitas homogen)dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (9,8 m/s2) adalah nilai
percepatan gravitasi, danh adalah tinggi cairan.Tekanan
P
pada kedalaman h jauh lebih besar sebagai ρgh kali daripadatekanan P0
permukaan.
2.2.
Hukum Pascal
Bila ditinjau dari zat cair yang berada
dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu saja lebih besar
dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin ke bawah, semakin besar
tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas
wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Besarnya tekanan sebanding
dengan pgh (p = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h =
ketinggian/kedalaman) (Lohat,
2008).
Setiap titik pada kedalaman yang sama memiliki besar tekanan yang sama.
Hal ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak
bergantung pada bentuk wadah tersebut. Apabila ditambahkan tekanan luar
misalnya dengan menekan permukaan zat cair tersebut, pertambahan tekanan dalam
zat cair adalah sama di segala arah. Jadi, jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang sama (Lohat, 2008).
Jika seseorang memeras ujung kantong plastik
berisi air yang memiliki banyak lubang maka air akan memancar dari setiap
lubang dengan sama kuat. Blaise Pascal (1623-1662)
8
menyimpulkannya dalam hukum Pascal
yang berbunyi, “tekanan yang diberikan pada
zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah” (Kanginan,
2007).
Blaise Pascal (1623-1662)
adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli 1623. Pada usia
18 tahun, ia menciptakan kalkulator
digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan melakukan
eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang dideritanya. Ia
menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya bermain-main dengan air
(Kanginan, 2007).
PERSAMAAN
HUKUM PASCAL
Jika suatu
fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan
di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas
permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini
adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang
berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil)
dan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar) (Kanginan, 2007).
Gambar 1: Fluida yang Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda 9
Sesuai dengan
hukum Pascal bahwa tekanan yang
diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke
segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan
pada penghisap kedua (Kanginan, 2007).
Tekanan dalam
fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.
P = F
: A
sehingga
persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.
P1
= P2
2.3.
Tegangan Permukaan
“Tegangan permukaan zat
cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga
permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis” (Kanginan, 2009).
Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau
kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya
lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya
didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru (Wavega, 2008).
Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di
permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit
melengkung ke bawah tempat silet itu berada. Lengkungan itu memperluas
permukaan zar cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha
mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin. 10
BAB 3
METODE KERJA
3.1.
Alat dan Bahan
·
Praktikum Tekanan Hidrostatis
1. 2 buah botol/kaleng
2. plester
3. air
·
Praktikum Hukum Pascal
1. Satu balon
2. air
3. jarum pentul
· Praktikum Tegangan Permukaan
1. Baskom
2. benang 2 helai
3. jarum
4. air
3.2.
Langkah Keja
·
Tekanan Hidrostatis
diperlukan 2 buah
botol/kaleng, plester, danair. Botol A diberi empat lubang pada satu sisisecara
vertikal, dengan jarak antar lubang + 2cm. Botol B, diberi 4 bulang
disekeliling bawah botol, dengan jarak yang sama antar lubang. Di
atas 4 lubang tersebut, diberi 1lubang dengan jarak antar lubang di bawahnya+
2cm. Kedua botol ini digunakan untuk mengamati pengaruh tekanan air
terhadapkecepatan air yang keluar dari lubang-lubangtersebut. Plester digunakan
untuk menutupilubang pada kedua botol tersebut 11
supaya air tidak
keluar ketika botol telah diisi penuhdengan air. Air adalah yang digunakan
untuk mengamati tekanan terhadap kecepatan fluida.
·
Hukum Pascal
memerlukan
satu balon, air, dan jarum pentul. Balon akandigunakan sebagai wadah air,
untuk pengamatan hukum Pascal. Air adalah fluidayang digunakan untuk
mengisi balon dan jarum akan digunakan untuk memberi lubang pada
balon.
·
Tegangan Permukaan
Ambil baskom dan isi air,
setelah itu untuk percobaan pertama campakkan jarum kedalam air dan apa yang
terjadi, apakah jarum itu terapung, melayang, dan tenggelam. Dan percobaan
kedua jatuhkan kedua benang kedalam air sampai kedasarnya dan himpitkan jarum
keatas benang dengan seimbang. Setelah itu geser pelan-pelan benang tadi dan
jangan sampai jarumnya bergoyang.
12
BAB 4
METODE
PROSEDUR
4.1.
Tekanan Hidrostatis
Tutupi lubang di botol A
dan B menggunakan plester,lalu isi dengan air penuh. Lalu, buka plester dengan
cepat dan amati kecepatan air padasetiap lubang. Lakukan
prosedur-prosedur tersebut berulang-ulang, tetapi botol dalamkeadaan
tertutup, dan amati kecepatan air yangkeluar pada setiap lubang.
4.2.
Hukum Pascal
pertama isi balon
dengan air, tetapi tidak sampai balon terlihat mengkilat. Lalu, tusuk-tusuk
seluruh permukaannya dengan jarum pentul.Kemudian amati kecepatan air di
setiap lubang-lubangnya.
4.3.
Tegangan Permukaan
Perhatikan dengan seksama
dan dalam kerja yang sangat merumitkan dan perlu hati-hati.
13
BAB
5
HASIL PERCOBAAN
·
Tekanan Hidrostatis
botol A,
air yang keluar darilubang paling bawah mempunyai kecepatanterbesar dan jarak
jatuh terjauh. Setelah diisikembali dengan air , diplester, dan atasnyaditutup
rapat-rapat, air yang keluar dari lubang paling bawah mempunyai kecepatan
lebih besar dan jarak jatuh yang lebih jauh. Namun, pada lubang
paling atas, hanya sedikit air yangkeluar.Pada botol B, air yang keluar
darilubang dengan kedalaman yang samamempunyai kecepatan dan jarak jatuh
yangsama. Namun air yang keluar dari lubangdengan kedalaman yang berbeda, air
pada posisi paling bawah mempunyai kecepatanlebih besar, dan jarak jatuh
yang lebih jauh.
·
Hukum Pascal
Ketika
kami menusuk balon yangtelah diisi air dengan jarum pentul, tidak adaair yang
keluar dari setiap lubang. Tetapi,setelah kami memberi tekanan pada balon,
air hanya keluar dari beberapa lubang.
·
Tegangan Permukaan
Ketika kami memasukan
jarum kedalam air maka jarum tersebut tenggelam. Dan kami coba lagi menggunakan
benang 2 helai dan kami tarok jarum tersebut diatas benang, dan setelah benang
itu kami tarik pelan-pelan ternyata jarum tersebut mengapung.
14
BAB 6
PEMBAHASAN
·
Tekanan Hidrostatis
Seperti yang kita
ketahui, gayagravitasi menyebabkan zat cair dalam suatuwadah selalu tertarik ke
bawah. Semakin tinggizat cair dalam wadah, makin berat zat cair itu,sehingga
semakin besar pula tekanan zat cair pada dasar wadahnya. Kami telah
berhasilmembuktikan ini, dengan percobaan yangdilakukan di atas.Pada botol A,
air pada posisi paling bawah keluar dengan kecepatan tercepat dan
jarak
jatuh terkauh. Ini disebabkan karena air pada posisi paling bawah
mempunyai tekananyang paling besar dibandingkan dengan air pada
posisi di atas. Air yang berada di paling bawah ditekan oleh air di
atasnya dan udara,sedangkan air di paling atas hanya ditekan olehudara sehingga
mempunyai tekanannya lebihkecil.Ketika botol ditutup rapat-rapat,kecepatan dan
jaruk jatuh air pada posisi paling bawah semakin cepat dan jauh karenadiberi
tekanannya ditambah. Namun air pada posisi atas hanya keluar sedikit. Ini
disebabkankarena tidak ada lagi tekanan udara yangmenekan air keluar.Pada botol
B, air yang keluar darilubang dengan kedalaman yang samamempunyai kecepatan dan
jarak jatuh yangsama. Penyebabnya adalah, air padakedalaman yang sama mempunyai
tekananyang sama. Namun ketika dibandingkandengan air yang keluar dari lubang
di atas, air pada posisi bawah mempunyai kecepatan dan jarak
jatuh yang lebih besar. Ini disebabkankarena mempunyai tekanan yang lebih
besar seperti yang dijelaskan pada percobaan botolA.
·
Hukum Pascal 15
Hukum Pascal berbunyi “
tekananyang dierikan pada zat cair dalam ruangtertutup diteruskan sama besar ke
segala arah.”Pada percobaan kami, ini tidak berhasildibuktikan, disebabkan oleh
faktor balon yang bahannya tebal. Semakin tebal bahan balon,maka semakin
besar pula keelastisitasnya. Jadi,ketika kami melubangi balon tersebut,
lubang-lubangnya kembali tertutup sehingga air sulituntuk keluar. Setelah ditekan
oleh kami, barulah air keluar, tetapi hanya dari beberapalubang.
·
Tegangan Permukaan
Dari percobaan kami buat
dapat kami jelaskan permukaan air tertekan kebawah karena berat jarum tersebut.
Dan setelah kami gunakan benang ternyata jarum tersebut mengapung. Dan inilah
yang dikatakan tegangan permukaan. Makanya tegangan permukaan zat cair
menyebabkan permukaan air tersebut bagaikan sebuah lempengan benda lentur yang
rata.
16
BAB 7
KESIMPULAN
·
Tekanan Hidrostatis
Disimpulkan dari percobaan ini yaitu
bahwa semakin dalam air maka semakin besar pula tekanannya. Dalam kehidupan
sehari-hari ini bisa dirasakan ketika berenang. Apabila kita menyelam ke
dasar kolam renang, maka telinga akan terasa berdenging. Kejadian ini
disebabkan karena perubahan pada tekanan air. Tetapi, pada kedalaman yang
sama, air pun mempunyai tekanan yang sama.
·
Hukum Pascal
Pada percobaan kedua ini
juga dapat kami simpulkan, air dalam ruang tertutup yang diberi tekanan
seharusnyaditeruskan ke segala arah. Akan tetapi karena balon kami
mempunyai keelastisitasan yang besar, yang menyebabkan bentuk balonkembali
seperti semula, air sulit untuk keluar dari lubang-lubang yang kami
berikan.Sebaiknya dalam percobaan ini, kami gunakan balon dengan bahan
yang lebih tipis agar air lebih mudah untuk keluar, dan pengamatanHukum
Pascal pun lebih terlihat jelas.
·
Tegangan Permukaan
Dari praktikum ini dapat
kita simpulkan benda bisa tenggelam adalah dikarenakan berat benda tersebut.
Dan benda yang tidak tenggelam dikarenakan adanya tegangan permukaan. Tegangan permukaan
ini juga bisa kita buktikan dalam kehidupan sehari-hari yang itu andaikan kita
terjun keair dengan posisi jatuh yang tidak tepat, maka tubuh kita akan terasa
bagaikan ditampar dengan keras oleh permukaan air dari tempat yang tinggi!
Makanya usahakan posisi jatuh tersebut bertumpu pada luas tubuh yang kecil,
misalnya dalam posisi berdiri.
17
DAFTAR PUSTAKA
Hikmahwati. 2011. Bahan
Belajar SMA Bina Insani Kelas XI-IPASemester II Fisika
. Bogor: SekolahBina
Insani.Kanginan, Marthen. 2007.
Fisikauntuk SMA Kelas XI Semester
2. Jakarta: Penerbit Erlengga.
18
