Halaman
TEKANAN
BAB
19
Boleh juga.
Lho kok
lubang kalengnya
ada dua? Apa fungsinya?
Apa menuangnya jadi
lebih mudah?
Halo! Kamu
sedang membuat
apa?
Kamu mau tahu
mengapa? Kebetulan kita
akan belajar mengenai tekanan
pada zat padat, cair, dan gas.
Serta penerapannya
sehari-hari.
Berarti setelah
selesai mempelajari bab ini,
kita akan memahami penerapan
tekanan dalam kehidupan
sehari-hari.
Aku sedang mem-
buat susu kental
manis. Kamu mau?
Benar. Perbedaan
tekanan akan menyebab-
kan susu lebih mudah
dituang.
232
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Gerbang
Gambar 19.1
Kaki bebek yang berselaput mengurangi tekanan pada tanah
P
erhatikan gambar di atas! Seekor bebek memiliki kaki yang berselaput. Mengapa kaki ayam
dan kaki bebek saat berada di tanah becek, kaki ayam terperosok lebih dalam dibandingkan
kaki bebek? Pertanyaan tersebut erat kaitannya dengan tekanan yang dihasilkan oleh masing-masing
binatang. Semakin dalam kaki binatang terperosok ke dalam tanah, semakin besar tekanan pada
tanah. Lalu, faktor-faktor apa saja yang memengaruhi tekanan suatu benda? Untuk menjawab
pertanyaan tersebut, marilah kita pelajari tentang tekanan!
Kata kunci:
tekanan – tekanan hidrostatis – hukum Pascal – hukum Archimedes – barometer –
manometer
Rep.www.waterfowl
A.
Tekanan pada Zat Padat
Seperti kita ketahui, kaki ayam tidak memiliki selaput, sedang kaki bebek
memiliki selaput. Karena kaki ayam tidak memiliki selaput maka tekanannya pada
tanah becek lebih besar. Apakah yang dimaksud dengan tekanan? Untuk
mengetahuinya simaklah cerita berikut!
233
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Berdasarkan percakapan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa luas
penampang memengaruhi tekanan. Semakin kecil luas penampang suatu benda,
semakin besar tekanannya.
Bagaimana dengan seekor gajah dan
seekor burung yang berjalan di atas tanah
becek? Kaki gajah yang memiliki luas
penampang lebih besar akan terperosok
lebih dalam. Hal ini terjadi karena gajah
memiliki berat yang lebih besar dibanding
burung. Oleh karena itu, berat suatu benda
juga memengaruhi tekanan suatu benda.
Berat benda merupakan sebuah gaya. Jadi,
tekanan juga tergantung dari gaya yang
diberikan.
Untuk lebih memahami tentang tekanan pada zat padat, lakukanlah percobaan
berikut!
Praktikum 1
Tekanan pada Zat Padat
A. Tujuan
Mengetahui faktor-faktor yang memengaruhi tekanan pada zat padat.
B. Alat dan Bahan
1. Kubus
2 buah dengan ukuran sama tetapi berbeda beratnya
2. Balok
1 buah
3. Kotak pasir
1 buah
4. Pasir
secukupnya
Gambar 19.2
Jejak kaki gajah lebih dalam daripada
jejak kaki burung
Rep.www.astronomy-images.com
Benar. Berjalan
di tanah becek lebih mu-
dah dilakukan dengan
menggunakan sepatu yang
tidak memiliki hak.
Wah, ternyata
berjalan di tanah becek
menggunakan sepatu
yang berhak tinggi
susah sekali.
Mengapa
demikian?
Hak tinggi pada
sepatu memiliki luas pe-
nampang yang lebih kecil di-
bandingkan dengan sepatu
yang tidak memiliki hak
sehingga tekanannya
lebih besar.
234
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
A
G
F
C. Langkah Kerja
1. Buatlah permukaan pasir yang rata pada kotak pasir!
2. Letakkan dua kubus yang sama ukurannya, namun berbeda berat di atas pasir! Amati
kedalaman masing-masing kubus di dalam pasir! Catat hasil pengamatanmu!
3. Kembalikan pasir pada kondisi rata seperti semula!
4. Letakkan balok di atas pasir dengan luas penampang yang terkecil di atas pasir!
Amati kedalaman balok pada pasir! Catat hasil pengamatanmu!
5. Kembalikan pasir pada kondisi rata seperti semula!
6. Letakkan balok di atas pasir dengan luas penampang terbesar menyentuh pasir!
Amati kedalaman balok di pasir! Catat hasil pengamatanmu!
7. Buat laporan dari kegiatan yang telah kalian lakukan! Buatlah kesimpulan dari kegiatan
di atas! Serahkan laporan dan kesimpulan kalian kepada guru untuk dinilai!
8. Jangan lupa untuk mengembalikan alat dan bahan ke tempat semula!
A
G
F
Berdasarkan kegiatan di atas, kita peroleh hasil bahwa semakin
besar berat suatu benda, tekanannya semakin besar. Semakin kecil
luas permukaan suatu benda, tekanannya semakin besar. Dengan
memerhatikan hal-hal tersebut di atas, besar tekanan yang dialami
suatu benda dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.
P
=
. . . (19.1)
Keterangan:
P
: tekanan (Pascal atau N/m
2
)
G
F
: gaya tekan (N)
A
: luas permukaan (m
2
)
Besar gaya tekan benda pada kegiatan di atas sama dengan gaya berat
benda tersebut.
G
F
=
G
w
=
m
.
g
. . . (19.2)
Keterangan:
G
w
: gaya berat (N)
m
: massa benda (kg)
g
: percepatan gravitasi (m/s
2
) (
g
=10 m/s
2
)
Dengan demikian, persamaan 19.1 menjadi
P
=
=
. . . (19.3)
Berdasarkan persamaan 19.3 di atas, besar
tekanan pada zat padat dipengaruhi oleh luas
penampang zat padat tersebut. Prinsip tekanan pada
zat padat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-
hari, misalnya pada sepatu sepak bola. Perhatikan
gambar 19.4 di samping! Sol sepatu sepak bola dibuat
tidak rata (berupa tonjolan-tonjolan) untuk memper-
besar gaya tekan terhadap tanah. Semakin besar gaya
tekan yang kita berikan pada tanah, membuat kita
semakin kokoh berdiri dan berlari dengan lebih cepat,
bahkan saat hujan.
A
m
.
g
Gambar 19.4
Sol sepatu sepak bola
dibuat tidak rata agar gaya tekan
yang ditimbulkan semakin besar
Rep. frederickssoccersupplies
JG
F
=
JJG
w
tanah
A
Gambar 19.3
Gaya tekan balok sama dengan
gaya berat benda
235
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Penerapan matematis rumus-rumus di atas dapat kamu pelajari pada contoh
soal berikut!
Contoh Soal
Sebuah benda bermassa 2 kg berada di atas tanah. Jika luas penampang benda yang
menyentuh tanah 100 cm
2
, tentukan besar tekanan benda pada tanah!
Penyelesaian:
Diketahui:
m
= 2 kg
A
= 100 cm
2
= 100
.
0,0001 m
2
= 0,01 m
2
Ditanyakan:
P
=. . . ?
Jawab:
Langkah 1:
Menentukan besar gaya tekan yang diberikan oleh benda.
G
F
=
m
.
g
G
F
= 2 · 10
G
F
= 20 N
Langkah 2:
Menentukan besar tekanan benda pada tanah.
P
=
=
= 2.000 Pascal = 2 kPa (1 kPa = 1.000 Pa)
Jadi, tekanan yang diberikan benda pada tanah sebesar 2 kPa (kiloPascal).
A
G
F
0,01
20
Sekarang, coba kita uji pemahamanmu mengenai tekanan pada zat padat
dengan mengerjakan pelatihan berikut!
Kerja Berpasangan 1
Kerjakan bersama teman sebangkumu!
1. Jelaskan hubungan antara massa benda dan luas permukaan suatu benda terhadap
tekanan benda tersebut! Berikan contohnya!
2. Sebutkan 5 contoh penerapan tekanan pada zat padat dalam kehidupan sehari-hari!
3. Sebuah kubus mempunyai panjang sisi 8 cm dan massanya 0,4 kg. Tentukan besar
tekanan yang diberikan kubus terhadap lantai!
4. Sebuah balok kayu diletakkan di atas lantai. Panjang dan lebar permukaan balok yang
bersentuhan dengan lantai berukuran 16 cm dan 5 cm. Jika tekanan yang ditimbulkan
balok kayu terhadap lantai besarnya 2.000 Pa, berapa massa balok kayu tersebut?
5. Sebuah prisma segitiga sama sisi mempunyai panjang sisi 4 cm. Prisma tersebut
diletakkan pada suatu bidang datar. Jika prisma tersebut memberikan tekanan sebesar
5 Pa, berapa gaya tekan prisma tersebut?
236
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
B.
Tekanan pada Zat Cair
Cobalah kamu masukkan plastik yang telah ditiup ke dalam air! Apa
yang terjadi dengan plastik tersebut? Mengapa plastik tertekan kembali
ke atas? Hal ini membuktikan bahwa zat cair dapat memberikan tekanan
kepada semua benda. Dengan demikian, jika terdapat zat cair dalam suatu
tabung maka dinding tabung akan mendapat tekanan dari zat cair. Sifat-
sifat tekanan zat cair pada dinding tabung antara lain sebagai berikut.
a. Zat cair menekan ke segala arah.
b. Semakin dalam letak suatu titik dari permukaan zat cair, tekanannya
semakin besar.
c. Tekanan zat cair tidak tergantung pada bentuk wadahnya, melainkan
tergantung pada kedalaman dari permukaan zat cair.
d. Tekanan zat cair bergantung pada massa jenis zat cair.
Berikut ini akan kita pelajari hal-hal yang berkaitan dengan tekanan pada zat cair.
1. Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis
adalah tekanan dalam
zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu
sendiri. Sifat tekanan hidrostatis adalah sebagai
berikut.
a. Semakin dalam letak suatu titik dari per-
mukaan zat cair, tekanannya semakin besar.
b. Pada kedalaman yang sama, tekanannya
juga sama.
c. Tekanan zat cair ke segala arah sama besar.
Besarnya tekanan hidrostatis zat cair dipengaruhi beberapa faktor, yaitu
kedalaman, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi. Persamaan
tekanan hidrostatis dapat dirumuskan sebagai berikut.
P =
U
.
g
.
h
. . . (19.4)
Keterangan:
P
: tekanan hidrostatis (Pascal)
U
: massa jenis zat cair (kg/m
3
)
h
: kedalaman dari permukaan zat cair (m)
Untuk memahami penerapan rumus 19.4 dalam penghitungan
matematis, pelajarilah contoh soal berikut!
Contoh Soal
Seorang penyelam menyelam pada kedalaman 10 m di bawah permukaan air. Jika massa
jenis air 1.000 kg/m
3
dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s
2
, tentukan tekanan hidrostatis
yang dialami penyelam!
Tekanan
Hidrostatis
Gambar 19.6
Semakin dalam sebuah kapal
selam menyelam maka tekanan yang
diterima semakin besar
Rep.www.margaret-marks.com
Gambar 19.5
Benda dalam zat
cair akan mendapatkan tekanan
dari segala arah
h
P
P
P
benda
P
P
237
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Penyelesaian:
Diketahui:
h
= 10 m
U
= 1.000 kg/m
3
g
= 10 m/s
2
Ditanyakan:
P
= . . . ?
Jawab:
P
=
U
.
g
.
h
P
= 1.000
.
10
.
10
P
= 100.000 Pascal
Jadi, penyelam tersebut mengalami tekanan hidrostatis sebesar 100.000 Pa atau 100 kPa.
Setelah kamu memahami contoh soal di atas, coba kerjakan pelatihan berikut!
Kerja Mandiri 1
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Apakah zat cair dapat menimbulkan tekanan? Bagaimana sifat-sifat tekanan zat cair?
2. Jika seorang penyelam mengalami tekanan hidrostatis 150.000 Pa, massa jenis air
1.000 kg/m
3
, dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s
2
, tentukan kedalaman penyelam
tersebut!
3. Tentukan tekanan yang dialami dinding kapal selam yang menyelam pada kedalaman
400 m di bawah permukaan laut, jika massa jenis air laut 1.300 kg/m
3
dan percepatan
gravitasi bumi 10 m/s
2
!
Besarnya tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh bentuk wadah zat
cair. Hal ini dinyatakan dalam
hukum utama tekanan hidrostatis
yang berbunyi:
Tekanan hidrostatis di setiap titik pada bidang datar di dalam zat cair
sejenis yang berada dalam kesetimbangan adalah sama.
Alat yang biasa digunakan untuk mengamati tekanan hidrostatis disebut
hartl
. Untuk membuktikan bahwa besar tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi
wadahnya, lakukan kegiatan berikut!
Praktikum 2
Tekanan Hidrostatis
A. Tujuan
Membuktikan hukum utama tekanan hidrostatis.
B. Alat dan Bahan
1. Kaleng
2 buah
berbeda bentuk
2. Baskom air
2 buah
Hukum Utama
Tekanan
Hidrostatis
238
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
2. Hukum Pascal
Perhatikan gambar 19.7 di bawah ini!
Pada gambar tampak sebuah kran air
yang dihubungkan dengan sebuah bejana
yang memiliki berbagai bentuk. Dari
pembahasan sebelumnya, telah kita ketahui
bahwa besar tekanan hidrostatis tidak
dipengaruhi oleh wadahnya. Dengan
demikian, besar tekanan yang dialami oleh
dinding bejana adalah sama, meskipun
bentuk bejana berbeda-beda. Oleh karena
tekanan pada masing-masing bejana sama
besar maka tinggi permukaan masing-masing bejana juga sama. Peristiwa
ini diamati oleh Blaise Pascal. Pascal menyatakan bahwa:
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke
segala arah dan sama besar.
3. Paku
1 buah
4. Palu
1 buah
5. Mistar/penggaris
1 buah
6.
Stopwatch
1 buah
7. Air
secukupnya
8. Isolasi
secukupnya
C. Langkah Kerja
1. Lubangi bagian samping kedua kaleng pada ketinggian dan ukuran lubang yang sama!
2. Tutup lubang yang telah kamu buat dengan menggunakan isolasi!
3. Isi kedua kaleng dengan air sampai penuh!
4. Buka isolasi yang menutup lubang pada kaleng! Amati apa yang terjadi!
5. Ukur jarak siraman air yang keluar dari lubang kaleng setiap 20 sekon! Catat hasilnya
pada tabel berikut!
No.
Waktu
Jarak
Kaleng I
Kaleng II
1.
20 s
2.
40 s
3.
60 s
4.
80 s
5.
100 s
6. Buatlah kesimpulan tentang kegiatan di atas! Sampaikan hasil kesimpulanmu di depan
kelas untuk didiskusikan bersama!
7. Kembalikan semua peralatan ke tempat semula! Bersihkan meja kerja kalian!
Gambar 19.7
Hukum Pascal menya-
takan bahwa tekanan zat cair pada
ruang tertutup diteruskan ke segala
arah sama besar
AB C
D
239
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
A
1
G
F
1
A
2
G
F
2
Misalnya, terdapat sebuah bejana
berhubungan yang terdiri atas sebuah bejana
besar dan bejana kecil seperti gambar 19.8.
Jika bejana kecil diberi tekanan maka tekanan
tersebut akan diteruskan merata ke seluruh
bagian bejana besar. Dengan demikian, gaya
yang dihasilkan akan semakin besar.
Pernyataan Pascal dikenal
dengan
hukum Pascal
. Secara
matematis, hukum Pascal dinyata-
kan sebagai berikut.
P
1
=
P
2
=
. . . (19.5)
Keterangan:
P
1
: tekanan bejana 1 (Pa)
P
2
: tekanan bejana 2 (Pa)
G
F
1
: gaya angkat bejana 1 (N)
G
F
2
: gaya tekan bejana 2 (N)
A
1
: luas permukaan bejana 1 (m
2
)
A
2
: luas permukaan bejana 2 (m
2
)
Hukum Pascal banyak diterapkan pada beberapa peralatan, di
antaranya:
a. dongkrak hidraulis,
b. pompa hidraulis,
c. mesin pengangkat mobil hidraulis,
d. kempa hidraulis, dan
e. rem piringan hidraulis.
Untuk lebih memahami penerapan prinsip hukum Pascal pada
peralatan tersebut di atas, lakukan studi pustaka berikut!
Sebaiknya Tahu
Peristiwa pengereman mobil
melibatkan prinsip hukum
Pascal. Ketika kaki pengemudi
menekan pedal rem, pengemudi
tersebut mendorong piston (1)
yang memaksa zat cair mengalir
di dalam silinder (2). Zat alir
atau fluida yang ada dalam
silinder akan mengalir menuruni
pipa ke dua silinder lain (tanda
anak panah). Silinder-silinder
ini menekan bantalan rem (3)
ke cakram di roda. Akibatnya
terjadi gesekan antara cakram
dengan roda. Gesekan ini akan
memperlambat laju mobil
sehingga mobil menjadi ber-
henti.
(Dikutip seperlunya dengan
perubahan dari
Energi, Gaya, dan
Gerak
. Pakar Raya. 2006)
Gambar 19.9
Rem mobil me-
manfaatkan prinsip hukum
Pascal
Studi Pustaka
Pergilah ke perpustakaan, kemudian carilah buku atau artikel yang memuat penjelasan
mengenai prinsip kerja dongkrak hidraulis! Tulis hasilnya di buku catatanmu sebagai
referensi, kemudian kumpulkan kepada gurumu untuk dinilai!
Hukum Pascal
Rep.Energi, Gaya, & Gerak; Pakar Raya
(1)
(2)
(3)
Agar kamu lebih memahami penghitungan hukum Pascal, simak contoh
soal berikut kemudian kerjakan pelatihan di bawahnya!
Gambar 19.8
Bejana berhubungan
G
F
1
A
1
PP
P
A
2
G
F
2
240
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Contoh Soal
Sebuah dongkrak hidraulis memiliki penampang kecil dan besar masing-masing 10 cm
2
dan 100 cm
2
. Jika beban seberat 200 N diletakkan pada penampang besar, tentukan
gaya yang diperlukan untuk menekan penampang kecil!
Penyelesaian:
Diketahui:
A
1
= 100 cm
2
A
2
= 10 cm
2
G
F
1
= 200 N
Ditanyakan:
G
F
2
=...?
Jawab:
=
=
G
F
2
= 20 N
Jadi, besar gaya angkat yang digunakan untuk menekan penampang kecil adalah 20 N.
A
1
G
F
1
A
2
G
F
2
10
G
F
2
100
200
3. Bejana Berhubungan
Pernahkah kamu mengamati bentuk per-
mukaan air dalam teko atau selang yang ditekuk?
Ternyata, permukaan zat cair tersebut tetap
mendatar, dan tidak terpengaruh bentuk tempat
zat cair itu. Teko dan selang termasuk bejana ber-
hubungan. Hal ini kemudian dinyatakan dalam
hukum yang terkenal dengan nama hukum
bejana berhubungan. Hukum bejana berhubung-
an
berbunyi:
Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama dan
berada dalam keadaan setimbang maka permukaan zat cair dalam bejana-
bejana terletak pada sebuah bidang datar.
Kerja Mandiri 2
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Sebut dan jelaskan bunyi hukum Pascal!
2. Sebuah mobil dengan berat 2.000 N diangkat dengan dongkrak hidraulis. Jika luas
penampang kecil dan besar masing-masing 8 cm
2
dan 40 cm
2
, tentukan gaya tekan
pada penampang kecil!
3. Sebuah dongkrak mempunyai perbandingan luas penampang kecil dan besar 1 : 5.
Jika pada penampang besar diberi beban 4.000 N, tentukan gaya yang harus diberikan
pada penampang kecil!
Hukum Bejana
Berhubungan
Gambar 19.10
Permukaan air
dalam teko membentuk suatu
bidang datar
A
1
= 100 cm
2
A
2
= 10 cm
2
200 N
G
F
2
= . . . ?
241
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Hukum bejana berhubungan membahas
mengenai zat cair sejenis dalam bejana
berhubungan. Lalu, apa yang akan terjadi jika
bejana berhubungan tersebut diisi dengan
beberapa zat cair tidak sejenis? Untuk kasus
seperti ini digunakan prinsip tekanan
hidrostatis, yaitu tekanan zat cair akan sama
pada kedalaman yang sama.
Perhatikan gambar 19.11 di samping!
Tekanan hidrostatis pada titik A akan sama
dengan tekanan hidrostatis pada titik B se-
hingga diperoleh persamaan:
P
A
=
P
B
U
1
.
g
.
h
1
=
U
2
.
g
.
h
2
U
1
.
h
1
=
U
2
.
h
2
. . . (19.6)
Keterangan:
U
1
: massa jenis zat cair 1 (kg/m
3
)
U
2
: massa jenis zat cair 2 (kg/m
3
)
h
1
: ketinggian zat cair 1 (m)
h
2
: ketinggian zat cair 2 (m)
Berdasarkan peristiwa di atas, tampak bahwa tinggi permukaan zat cair
tidak sejenis tidak sama. Dengan demikian, prinsip bejana berhubungan tidak
berlaku. Beberapa hal yang menyebabkan prinsip bejana berhubungan tidak
berlaku antara lain sebagai berikut.
a. Bejana diisi oleh zat cair yang memiliki massa jenis berbeda.
b. Bejana dalam keadaan tertutup, baik salah satu bejana maupun kedua-
duanya.
c. Adanya unsur pipa kapiler pada bejana, yaitu pipa kecil yang
memungkinkan air menaiki sisi bejana.
Peristiwa bejana berhubungan banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-
hari di antaranya:
a. air dalam teko,
b. alat pengukur kedataran suatu permukaan (
water pass
), dan
c. penyaluran air melalui selang pada tempat dengan ketinggian yang sama.
Contoh Soal
Tentukan tinggi zat cair 1 yang mempunyai massa jenis 800
kg/m
3
, jika tinggi zat cair 2 (
h
2
) adalah 2 cm dan massa
jenis zat cair 2 adalah 1.000 kg/m
3
!
Penyelesaian:
Diketahui:
U
1
= 800 kg/m
3
U
2
= 1.000 kg/m
3
h
2
= 2 cm
Gambar 19.11
Bejana berhubungan
yang diisi dengan zat cair yang massa
jenisnya berbeda
AB
U
1
U
2
h
1
h
2
AB
U
1
U
2
h
1
h
2
242
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Ditanyakan:
h
1
=...?
Jawab:
U
1
.
h
1
=
U
2
.
h
2
800
.
h
1
= 1.000
.
2
h
1
= 2,5 cm
Jadi, tinggi zat cair 1 adalah 2,5 cm.
Kerja Mandiri 3
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Jelaskan bunyi hukum bejana berhubungan!
2. Jelaskan hal-hal yang menyebabkan hukum bejana berhubungan tidak berlaku!
3. Tentukan tinggi zat cair 1 yang mempunyai massa jenis 700 kg/m
3
, jika tinggi zat cair
2 (
h
2
) adalah 4 cm dan massa jenis zat cair 2 adalah 1.000 kg/m
3
!
Gambar 19.12
Setiap benda dalam zat cair akan
mendapat gaya ke atas
4. Hukum Archimedes
Apa yang terjadi jika sebatang kayu kalian lemparkan ke air? Apa yang
akan terjadi jika sebuah batu kerikil kalian lempar ke dalam air? Ternyata
kayu yang memiliki berat lebih besar dibanding kerikil akan terapung di air,
sedangkan batu kerikil yang memiliki berat lebih kecil dibanding kayu justru
tenggelam dalam air. Mengapa hal ini dapat terjadi?
Pertanyaan itu telah diselidiki
oleh Archimedes. Perhatikan gambar
19.12 di samping! Berdasarkan hasil
penelitiannya, Archimedes menyata-
kan bahwa jika sebuah benda di
udara memiliki berat
G
w
maka ketika
benda tersebut berada di air, ia akan
mendapat gaya ke atas sebesar
G
a
F
.
Dengan demikian, berat benda di air
adalah sebagai berikut.
G
w
'
=
G
w
–
G
a
F
. . . (19.7)
Keterangan:
G
w
'
: berat semu dalam air (N)
G
w
: berat di udara (N)
G
a
F
: gaya Archimedes (N)
Gaya ke atas yang dialami benda ketika berada di air disebut gaya
Archimedes. Adapun besar
gaya Archimedes
dirumuskan sebagai berikut.
Gaya
Archimedes
100 cm
3
100 cm
3
G
w
'
G
w
G
a
F
243
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
G
a
F
=
U
.
g
.
V
. . . (19.8)
Keterangan:
U
: massa jenis zat cair yang didesak benda (kg/m
3
)
g
: percepatan gravitasi (10 m/s
2
)
V
: volume zat cair yang didesak benda (m
3
)
Dengan menggunakan konsep gaya Archimedes, kedudukan suatu benda
dalam zat alir dibedakan menjadi 3, yaitu mengapung, melayang, dan
tenggelam.
a. Mengapung
Suatu benda dikatakan
mengapung
jika besar gaya ke atas atau gaya
Archimedesnya lebih besar dibanding gaya ke bawahnya (gaya beratnya).
Secara metematis dapat dinyatakan:
G
a
F
>
G
w
. . . (19.9)
b. Melayang
Suatu benda dikatakan
melayang
atau terbang jika besar gaya ke
atas (gaya Archimedes) sama dengan gaya ke bawah (gaya berat) benda
tersebut. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
G
a
F
=
G
w
. . . (19.10)
c. Tenggelam
Suatu benda dikatakan
tenggelam
jika besar gaya ke atas (gaya
Archimedes) lebih kecil daripada gaya ke bawahnya (gaya beratnya).
Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.
G
a
F
<
G
w
. . . (19.11)
Konsep gaya Archimedes berlaku untuk se-
mua zat yang dapat mengalir (zat alir atau fluida).
Dengan demikian, konsep gaya Archimedes juga
berlaku di udara. Dengan memerhatikan hukum
Archimedes maka tidaklah mengherankan jika
balon udara dapat melayang di udara dan kapal
selam dapat menyelam dalam air. Selain balon
udara dan kapal selam, masih banyak peralatan
lain yang menggunakan prinsip gaya Archimedes,
antara lain:
1) jembatan ponton,
2) kapal,
3) pesawat terbang,
4) tank amfibi,
5) pesawat amfibi, dan
6) hidrometer.
Agar kamu lebih memahami gaya Archimedes, pelajarilah contoh soal
berikut dengan saksama!
Mengapung
Melayang
Tenggelam
Gambar 19.13
Balon udara dapat
melayang di udara menggunakan
prinsip gaya Archimedes
Dok. Penerbit
244
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
Contoh Soal
1. Sebuah balok bermassa 2 kg di udara. Jika volume balok 2.000 cm
3
, tentukan berat
balok dalam air yang mempunyai massa jenis 1.000 kg/m
3
!
Penyelesaian:
Diketahui:
m
= 2 kg
V
= 2.000 cm
3
= 0,002 m
3
U
= 1.000 kg/m
3
Ditanyakan:
G
w
'
= . . . ?
Jawab:
G
w
'
=
G
w
–
G
a
F
G
w
'
=
m
.
g –
U
.
g
.
V
G
w
'
= 2
.
10 – 1.000
.
10
.
0,002
G
w
'
= 10 N
Jadi, berat balok tersebut dalam air adalah 10 N.
2. Sebuah kapal selam berbobot 220.000 kg melayang dalam air laut dengan massa
jenis 1.100 kg/m
3
. Tentukan volume kapal selam tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
m
= 220.000 kg
U
air laut
= 1.100 kg/m
3
Ditanyakan:
V
kapal
= . . . ?
Jawab:
Kapal selam melayang, berarti beratnya sama dengan gaya Archimedes sehingga
G
w
=
G
a
F
m
.
g
=
U
.
g
.
V
m
kapal
=
U
air laut
.
V
kapal
220.000 = 1.100
.
V
kapal
V
kapal
= 200 m
3
Jadi, kapal selam tersebut memiliki volume 200 m
3
.
Tidak sulit, bukan? Sekarang coba kerjakan pelatihan berikut bersama
kelompokmu!
Kerja Kelompok 1
Kerjakan bersama kelompokmu!
1. Suatu balok mempunyai volume 200 cm
3
. Jika di udara berat balok 20 N, tentukan
berat benda di air yang mempunyai massa jenis 1 gr/cm
3
!
G
w
'
G
w
G
a
F
245
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
2. Sebuah kubus bersisi 20 cm. Jika kubus terapung di atas permukaan air dan
bagian kubus tercelup di dalam air, tentukan massa jenis kubus (
U
air
= 1.000 kg/m
3
)!
3. Jelaskan prinsip kerja peralatan di bawah ini!
a. Jembatan ponton.
b. Kapal.
c. Pesawat terbang.
d. Tank amfibi.
e. Pesawat amfibi.
f.
Hidrometer.
2
1
Gambar 19.14
Percobaan Torricelli
C.
Tekanan pada Gas (Tekanan Udara)
Apa yang akan terjadi jika bumi tidak memiliki atmosfer? Tentu saja kita tidak
dapat bernapas karena tidak ada udara di atmosfer. Udara yang ada di atmosfer
memiliki tekanan. Tekanan udara muncul sebagai akibat berat partikel udara yang
tertarik gaya gravitasi bumi. Jika gaya tarik terhadap partikel ini hilang maka partikel
udara akan terbang ke luar angkasa dan bumi tak memiliki atmosfer. Tanpa
atmosfer tidak akan ada kehidupan di bumi. Berikut ini akan kita pelajari tekanan
dalam gas/udara.
1. Mengukur Tekanan Udara
Tekanan udara pertama kali diselidiki oleh Evangelista Torricelli pada tahun
1643. Torricelli melakukan pengukuran tekanan udara menggunakan tabung
sepanjang 1 meter yang diisi dengan air raksa. Setelah tabung diisi penuh air
raksa, tabung tersebut kemudian dibalik dan dimasukkan dalam bejana yang
berisi air raksa.
Setelah tabung tersebut dibalik, air raksa
dalam tabung turun. Tinggi air raksa setelah dibalik
adalah 76 cm dari permukaan air raksa dalam
bejana.
Tinggi air raksa dalam tabung Torricelli
digunakan sebagai acuan tekanan atmosfer atau
tekanan udara luar. Sedang ruang hampa di atas
air raksa dalam tabung dikenal dengan nama
ruang hampa Torricelli.
Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa:
76 cmHg = 1 atmosfer = 100.000 Pascal.
Angka 76 cm tersebut diperoleh jika percobaan dilakukan di tepi pantai
dan bukan di pegunungan.
2. Tekanan Udara dan Ketinggian Tempat
Tekanan udara yang ada di atmosfer berbeda-beda. Semakin tinggi suatu
tempat dari permukaan laut, tekanan udara di tempat tersebut akan semakin
berkurang. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya jumlah partikel udara karena
1 m
76 cm
246
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Tekanan
sebagian besar partikel udara berada di dekat permukaan bumi (laut) akibat
gaya tarik bumi.
Menurut penelitian para ahli, setiap kenaikan 10 m dari permukaan laut
tekanan udara rata-rata turun 1 mmHg. Penurunan ini hanya berlaku sampai
ketinggian 1.000 m. Dengan demikian, karena 76 cmHg senilai dengan 760
mmHg maka ketinggian suatu tempat dapat dinyatakan dengan persamaan:
h
= (760 –
x
)
.
10
. . . (19.12)
Keterangan:
h
: ketinggian suatu tempat (m)
x
: tekanan tempat tersebut (mmHg)