Tekanan

TEKANAN ZAT DAN PENERAPANNYA DALAM KEHIDUPAN SEHARI HARI 

 

Pernahkah kamu melihat mobil yang diangkat menggunakan sebuah alat di tempat pencucian mobil? Mengapa mobil tersebut bisa terangkat dengan alat? Tahukah kamu? Mengapa balon udara dapat terbang tinggi ke langit? Bagaimana sistem kerjanya? Pelajari ringkasan materi berikut ini, untuk mengetahui jawabannya.

 

 

 

a.   Tekanan Zat Padat

 

 

❏  Tekanan dipengaruhi oleh gaya (F) dan luas bidang (A). Semakin besar gaya yang diberikan pada benda, tekanan yang dihasilkan semakin besar pula. Semakin luas permukaan suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara sistematis, tekanan dapat dituliskan sebagai berikut :

 

 

dengan : P = tekanan (N/m2 disebut juga pascal (Pa)) 

                F = gaya (Newton)

A = luas bidang (m2)

❏  Contohnya ketika berjalan di tanah berlumpur, lebih mudah menggunakan sepatu  boot  agar  tidak  masuk  ke  tenah  lumpur daripada menggunakan sepatu dengan pijakan sempit.

 

 

b.   Tekanan Zat Cair

 

 

❏  Tekanan hidrostatis adalah kedalaman zat cair dan massa jenis zat cair mempengaruhi tekanan yang dihasilkan oleh zat cair. Semakin dalam zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan.

 

❏  Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (W) yang berada diatas benda, sehingga :

dengan :     P = tekanan (N/m2)

m = massa benda (kg)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = tinggi zat cair (m)

V = volume (m3)

 

 

❏ Tekanan  hidrostatis  penting  dalam  merancang  struktur  bangunan penampungan  air  seperti  pembangunan  bendungan  untuk  PLTA.  Para arsitek kapal selam memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut agar kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan akibat tekanan hidrostatis.

 

❏  Berikut struktur bendungan :

❏  Ketika suatu benda dimasukkan dalam air, beratnya seperti berkurang. Ini disebabkan oleh gaya apung (Fa) yang mendorong benda keatas atau berlawanan dengan arah berat benda. Secara sistematis, dapat dituliskan :

Fa = Wbu – Wba

Sehingga,

 

Wba = Wbu – Fa

dengan :     Fa = gaya apung (N)

Wba = berat benda di air (N)

Wbu = berat benda di udara (N)

 

❏  Berikut gaya pada batu yang tenggelam :

❏  Hukum Archimedes : jika benda dicelupkan kedalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut.

 

❏  Menurut  Archimedes,  benda  lebih  ringan  bila  diukur dalam air daripada diukur diudara, karena di dalam air benda mendapat gaya keatas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah :

Wcp = mcp × g            dan    mcp = ρcp × Vcp

Sehingga berat air yang didesak oleh benda adalah :

 

Wcp = ρc × g × Vcp

Berarti, menurut Archimedes, besar gaya keatas adalah :

Fa = ρc × g × Vcp

dengan :     Fa = gaya apung (N)

ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Vcp = volume zat cair yang dipindahkan (m3)

❏  Hukum  Archimedes digunakan sebagai pembuatan dasar kapal laut dan

kapal selam. Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (Fa). Jika gaya apung maksimum lebih  besar  daripada  gaya berat maka benda akan terapung. Jika gaya apung lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam.

 

❏  Jika gaya apung maksimum sama dengan gaya berat maka benda akan melayang. Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada dibawah permukaan zat cair.

 

❏  Kapal laut dapat terapung karena ketika diletakkan secara tegak di lautan, kapal  laut  dapat  memindahkan  banyak  air  laut,  sehingga  kapal  laut mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat kapal laut. Berikut struktur kapal laut di air :

❏  Kapal selam dapat terapung, melayang dan tenggelam di laut karena berat kapal selam dapat diperbesar dengan cara memasukkan air kedalam badan kapal dan dapat diperkecil dengan cara mengeluarkan air dari badan kapal. Ketika kapal selam akan tenggelam, air laut dimasukkan ke penampungan badan kapal.

 

❏  Berat kapal selam menjadi lebih besar daripada gaya keatas sehingga kapal selam tenggelam. Agar tidak tenggelam terus, air dalam badan kapal dikeluarkan dari penampungan sehingga berat kapal selam sama dengan gaya keatas dan kapal selam melayang dalam air.

 

❏ Saat kapal selam akan mengapung, air di penampungan badan kapal dikeluarkan  sehingga  volume  kapal  selam  menjadi  lebih kecil dari gaya keatas dan kapal selam dapat mengapung. Berikut mekanisme keluar masuknya air di badan kapal selam :

❏  Hukum Pascal : tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Penerapan dari hukum Pascal yaitu pompa hidrolik. Berikut model pompa hidrolik :

Jika  penampang  luas  A1    diberi  gaya  dorong  F1    maka  tekanan  yang dihasilkan adalah :

Menurut hukum pascal, tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A2. Pada penampang A2 muncul gaya angkat F2 dengan tekanan :

Secara sistematis, diperoleh persamaan pompa hidrolik yaitu :

dengan :

P = tekanan (Pa)

F1 dan F2 = gaya yang diberikan (N) A1 dan A2 = luas penampang (m2)

 

❏  Contoh soal : luas penampang kecil (A1) besarnya 1 cm2  akan diberi gaya kecil (F1) sebesar 10 N sehingga menghasilkan tekanan (P) sebesar 10

N/cm2. Kemudian tekanan tersebut diteruskan ke luas penampang besar

(A2) besarnya 100 cm2. Berapa gaya yang dihasilkan pada luas penampang

(A2)?

 

❏  Jawab :

❏  Jadi, dengan memberikan gaya pada luas penampang kecil (A1) mampu menghasilkan gaya 1000 N pada luas penampang besar (A2). Berdasarkan prinsip  inilah  sehingga  pompa hidrolik dapat mengangkat mobil ataupun motor.

 

 

 

c.   Tekanan Gas

❏  Ketika   air   dalam   enlemeyer   ditutup   dengan   balon   karet   kemudian dipanaskan  akan  membuat  balon  karet  mengembang.  Ini  terjadi karena partikel gas dalam enlemeyer menerima kalor dari pemanasan, akibatnya gerakan    partikel  gas  dalam  enlemeyer  semakin  cepat  dan  terjadilah pemuaian sehingga tekanannya besar.

 

❏  Tekanan dalam enlemeyer diteruskan sama besar menuju balon, sehingga tekanan didalam balon lebih besar daripada tekanan gas diluar balon yang mengakibatkan  balon  mengembang.  Berikut ilustrasi balon karet dan air dalam enlemeyer :

(a) : balon karet dan air dingin dalam enlemeyer

(b) : balon karet dan elemeyer berisi air panas

 

 

❏  Ketika  enlemeyer  berisi  air  panas ditutup dengan balon karet kemudian dimasukkan dalam air dingin maka balon karet tertekan kedalam enlemeyer. Ini disebabkan partikel gas dalam enlemeyer dirambatkan menuju air dingin. Gerak         partikel   semakin   lambat   dan   terjadi   penyusutan.   Penyusutan menyebabkan tekanan gas dalam enlemeyer lebih rendah daripada diluar.

 

❏  Balon udara dapat terbang karena massa jenis balon udara lebih rendah daripada massa jenis udara disekitarnya. Massa jenis balon dikendalikan

oleh   pilot   perubahan   temperatur   pada   udara   dalam   balon   dengan menggunakan pembakar dibawah lubang balon.

 

❏  Ketika bara api memanaskan udara dalam balon, berat balon menjadi lebih kecil daripada gaya keatas sehingga balon bergerak keatas (udara panas lebih  ringan  daripada  udara  dingin).  Jika  ingin  turun, pemanasan udara dalam balon dikurangi atau dihentikan sehingga suhu udara dalam balon menurun.

 

❏  Berikut struktur balon udara :

d.   Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan

 

 

❏  Konsep    tekanan   zat   juga   terdapat   pada   makhluk   hidup   seperti pengangkutan air dan nutrisi pada tumbuhan; tekanan darah pada sistem peredaran darah manusia; tekanan gas pada proses pernapasan manusia.

 

❏ Pengangkutan air dan nutrisi pada tumbuhan : pengangkutan air pada tumbuhan terjadi karena adanya jaringan xilem. Air dari dalam tanah diserap oleh rambut – rambut akar kemudian masuk ke sel epidermis melalui osmosis. Selanjutnya,   air   menuju   korteks,   endodermis   dan  perisikel. Kemudian air menuju xilem akar, xilem batang dan xilem daun.

 

❏  Berikut ilustrasi pengangkutan air masuk kedalam akar :

❏  Air dapat diangkut naik ke daun dan diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan karena adanya daya kapilaritas batang yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi. Kohesi adalah kecenderungan molekul untuk berikatan dengan molekul  lain  yang  sejenis.  Adhesi  adalah  kecenderungan molekul untuk berikatan dengan molekul lain yang tak sejenis.

 

❏  Dengan gaya adhesi, molekul air berikatan lemah dengan dinding pembuluh.

Dengan gaya kohesi, molekul air berikatan dengan molekul air lainnya. Ini menyebabkan  tarik  –  menarik  antar  molekul  air di sepanjang pembuluh xilem. Selain itu, penyebab naiknya air ke daun adalah karena daya hisap daun.

 

❏  Air   dimanfaatkan   dalam   fotosintesis.   Didalam   daun,   air   mengalami penguapan  (transpirasi).  Penggunaan  air  oleh  daun  akan menyebabkan terjadinya tarikan terhadap ari dalam xilem sehingga air didalam akar dapat naik ke daun.

 

❏  Berikut ilustrasi pengangkutan air dari akar menuju daun :

❏  Semua bagian tumbuhan memerlukan nutrisi. Nutrisi tumbuhan berupa gula dan asam amino hasil fotosintesis yang diedarkan oleh jaringan floem. Pengangkutan hasil fotosintesis dimulai dari daun (daerah berkonsentrasi gula tinggi) menuju ke seluruh tubuh (daerah berkonsentrasi gula rendah) dengan bantuan sirkulasi air yang mengalir melalui xilem dan floem.

 

❏  Berikut ilustrasi pengangkutan hasil fotosintesis dari daun ke seluruh tubuh tumbuhan :

e.   Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia

 

 

❏  Tekanan pada pembuluh darah berprinsip keja seperti hukum pascal. Ketika jantung memompa darah, darah mendapat dorongan sehingga dapat mengalir melalui pembuluh darah kemudian memberi dorongan pada pembuluh  darah yang disebut tekanan darah. Agar tekanan darah tetap terjaga, pembuluh darah harus penuh oleh darah.

 

❏  Bila kehilangan darah karena kecelakaan atau penyakit, tekanan darah akan hiang  sehingga  darah  tidak  dapat mengalir menuju sel – sel di seluruh tubuh, akibatnya sel – sel akan mati karena tidak mendapat oksigen dan nutrisi. Tekanan darah diukur menggunakan alat sphygmomanometer atau tensimeter.

❏  Berikut sphygmomanometer :

❏  Tekanan darah diukur dalam pembuluh nadi (arteri) yang terdapat di lengan atas. Tekanan darah orang normal sekitar 120/80 mmHg. 120 : angka sistol, menunjukkan tekanan saat bilik berkontraksi dan darah terdorong keluar dari bilik jantung melalui pembuluh arteri.

 

❏  80  :  angka  diastol  menunjukkan  hasil  pengukuran  tekanan  saat  bilik relaksasi dan darah masuk menuju bilik jantung, tepat sebelum bilik – bilik berkontraksi lagi. Berikut cara pengukuran tekanan darah :

 

❏  Berdasar hukum pascal : tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Begitu pula tekanan darah pada aorta, sama dengan tekanan pada arteri atau pembuluh nadi pada lengan atas.

 

 

f.    Tekanan Gas pada Proses Pernapasan Manusia

 

❏  Dalam paru – paru, yaitu alveolus terjadi pertukaran gas O2 dan CO2 secara difusi,              yaitu  perpindahan  zat  terlarut  dari  daerah  berkonsentrasi  dan bertekanan parsial tinggi ke daerah berkonsentrasi dan bertekanan parsial rendah. Setiap menit paru – paru dapat menyerap sekitar 250 mL O2 dan mengeluarkan CO2 sekitar 200 mL.

 

❏  Tekanan  parsial  adalah tekanan yang diberikan oleh gas tertentu dalam campuran gas tersebut yaitu tekanan O2 dan CO2 yang terlarut dalam darah. Pada sistem peredaran darah, darah yang masuk ke paru – paru melalui arteri pulmonalis memiliki parsial O2 yang lebih rendah dan parsial CO2 lebih tinggi daripada udara dalam alveoli (alveoli : jamaknya alveolus).

 

❏  Ketika darah memasuki kapiler alveoli, CO2  dalam darah berdifusi menuju alveoli dan O2 dalam alveoli berdifusi ke dalam darah. Akibatnya, pasial O2 dalam darah naik (banyak mengandung O2) dan parsial CO2 turun (sedikit mengandung CO2). Selanjutnya, darah menuju jantung kemudian dipompa ke seluruh tubuh.

 

❏  Ketika darah di jaringan tubuh, O2  dalam berdifusi menuju jaringan tubuh.

Kandungan CO2 dalam jaringan lebih besar dari kandungan jaringan dalam darah, sehingga CO2 dalam jaringan berdifusi kedalam darah. Setelah melepas O2 dan CO2 dari jaringan, darah kembali ke jantung dan dipompa lagi ke paru – paru.

 

❏  Berikut proses difusi gas pada pernapasan dan peredaran darah :