IPA · Bab 8 Gaya dan Tekanan

Rinie Pratiwi

24/08/2021 14:36:00

SMP 8 KTSP

Daftar Isi

Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan Manusia Bab 2 Sistem Gerak pada Manusia Bab 3 Sistem Pencernaan Manusia Bab 4 Sistem Pernapasan dan Peredaran Darah Manusia Bab 5 Sistem Kehidupan Tumbuhan Bab 6 Partikel partikel Materi Bab 7 Bahan Kimia dalam Kehidupan Bab 8 Gaya dan Tekanan Bab 9 Energi dan Usaha Bab 10 Gelombang dan Bunyi Bab 10 Cahaya dan Alat Optik

Halaman

213

Bab 8

Gaya dan Tekanan

213

Gaya dan Tekanan

BAB 8

A. Gaya

B. Gerak Dipercepat

C. Aksi dan Reaksi

D. Tekanan

Sumber: http://www.k53.pbase.com

214

IPA SMP

Kelas VIII

Peta Konsep

Peta Konsep Gaya dan Tekanan

gaya

bentuk

dijelaskan dengan

Hukum

Newton

dapat mengubah

menimbulkan

tekanan

gerak

meliputi

Hukum I

Newton

Hukum II

Newton

Hukum III

Newton

zat

zat cai

zat gas

dapat terjadi

fluida

prinsip

Archimed

tergolong

ada

prinsip

Pascal

ruang

tertutup

hukum

Boyle

berlaku

berupa

tarikan atau dorongan

sentuh

tak sentuh

ada yang

padat

mengikuti

pada

215

Bab 8

Gaya dan Tekanan

215

Peta Konsep

Hukum Newton

Hukum Kedua Newton

meliputi

Benda diam

tetap diam

Menjelaskan kaitan

Hukum Kelembaman

menyatakan bila

tidak ada

gaya

luar

Hukum Pertama Newton

Hukum Ketiga Newton

disebut juga

Benda yang

ber-GLB tetap

-GLB

Gaya Reaksi

Sama Besar

den

an Ga

ksi

Hukum Aksi-Reaksi

men

atakan

Gaya

(F)

Massa

(m)

percepatan

(a)

engan hubungan

Gaya Reaksi

Berlawanan Arah

den

an Ga

ksi

Peta Konsep Hukum Newton

216

IPA SMP

Kelas VIII

Amatilah gerak benda-benda di sekitarmu; dedaunan yang melambai-lambai, lalu lalang

kendaraan di jalan raya atau seorang anak yang berlari-lari. Renungkan, bagaimana benda-

benda itu dapat bergerak? Apa yang menyebabkan benda dapat bergerak? Apa yang kamu

rasakan bila kamu menyelam? Kamu akan menemukan jawabannya setelah mempelajari

bab ini, yang mendiskusikan tentang gaya dan tekanan. Kamu akan mengawali kegiatanmu

dengan menyelidiki keterkaitan penting antara gerak dan gaya, yang dapat menjelaskan

banyak pengamatan yang kamu jumpai sehari-hari. Lakukan

Kegiatan Penyelidikan

di bawah

ini untuk mengeksplorasi gaya dan akibatnya terhadap gerak benda.

1. Letakkan sebuah pensil atau pulpen

berbentuk silinder di atas sehelai

kertas.

2. Peganglah ujung kertas itu.

3. Tariklah dengan cepat kertas itu

dengan arah horizontal. Apa yang

terjadi pada pensil atau pulpenmu?

4. Lakukan lagi kegiatan di atas

berulang-ulang, dengan tarikan

kertas sangat lambat, lambat, agak

cepat, dan cepat.

5. Ulangi kegiatan di atas untuk benda-

benda lain yang diletakkan di atas

kertas.

6. Catatlah hasil pengamatanmu.

Gaya dan

Tekanan

BAB

Menemukan kaitan Gerak dan Gaya

Kegiatan Penyelidikan

Dalam Jurnal IPAmu, jelaskan

mengapa pensil, pulpen, atau benda-

benda lain tersebut berkelakuan

seperti yang kamu amati!

217

Bab 8

Gaya dan Tekanan

217

Apakah Gaya Itu?

Doronglah daun pintu sehingga terbuka. Tariklah

sebuah pita karet. Tekanlah segumpal tanah liat. Angkatlah

bukumu. Pada setiap kegiatan itu kamu mengerahkan

sebuah gaya. Gaya adalah suatu tarikan atau dorongan yang

dikerahkan sebuah benda terhadap benda lain. Kadang-

kadang, akibat suatu gaya tampak demikian jelas, seperti

saat sebuah mobil sedang melaju dan menabrak sebatang

pohon. Akan tetapi, akibat gaya-gaya lain tidak sejelas

pohon yang ditabrak itu. Dapatkah kamu merasakan gaya

dari lantai yang bekerja pada kakimu?

Catatlah semua gaya yang mungkin kamu lakukan atau

alami pada suatu hari tertentu. Bayangkan tindakan-

tindakan seperti mendorong, menarik, merenggangkan,

meremas, membengkokkan, dan menjatuhkan benda. Pada

saat itu kamu mengerahkan gaya kepada benda tersebut.

Bagaimana kamu dapat mengukur besar gaya? Besar

gaya diukur dengan neraca pegas, seperti ditunjukkan pada

Gambar 8.1

. Gaya diukur dalam satuan newton (N).

Gaya Sentuh dan Gaya Tak Sentuh

Pada saat kamu mendorong meja, kamu harus

menyentuh meja itu untuk mengerahkan gaya kepada meja

itu. Demikian pula jika kamu hendak melontarkan batu

dengan menggunakan ketapel. Gaya otot pada saat kamu

mendorong meja dan gaya pegas pada saat kamu

melontarkan batu dengan ketapel termasuk gaya sentuh.

Disebut gaya sentuh karena sebuah benda yang memberikan

gaya harus menyentuh benda lain yang dikenai gaya

tersebut. Contoh lain gaya sentuh adalah gaya gesekan, yang

akan kita bahas nanti.

Jika kamu melepaskan kapur dari ketinggian tertentu,

maka kapur itu akan jatuh ke bawah, ditarik oleh gaya

gravitasi Bumi. Gaya gravitasi termasuk gaya tak sentuh,

karena tanpa harus melalui sentuhan kapur dan Bumi. Gaya

listrik dan gaya magnet adalah contoh lain gaya tak sentuh.

Gambar 8.1

Neraca pegas.

Sumber: Dok. Penulis

Gaya

Kata-kata IPA

Gaya

Gaya-gaya setimbang

Gaya resultan

Kelembaman

Hukum I Newton

Gesekan

218

IPA SMP

Kelas VIII

Akibat Gaya terhadap Benda

Apa yang terjadi pada sebuah benda saat gaya

dikenakan pada benda tersebut? Apabila sebuah benda

sedang bergerak, apakah gaya tersebut mengubah kecepatan

benda itu? Perhatikan anak yang baru saja menendang bola

seperti ditunjukkan pada

Gambar 8.2

. Kecepatan bola

tersebut tentunya berubah begitu benturan terjadi. Jadi gaya

dapat mengubah kecepatan benda.

Perhatikan plastisin yang ditekan pada

Gambar 8.3

. Pada saat menekan plastisin,

tangan itu memberikan gaya kepada plastisin

itu. Bagaimana bentuk plastisin setelah

ditekan? Ternyata gaya juga dapat

menyebabkan bentuk benda berubah.

Gaya-gaya Setimbang

Gaya-gaya tidak selalu mengubah kecepatan.

Gambar

8.4

memperlihatkan pertandingan tarik tambang. Kedua tim

tersebut sama-sama mengerahkan gaya dengan arah

berlawanan. Bila kedua tim tersebut tidak bergerak, maka

gaya yang dilakukan kedua tim pada tali tersebut sama

besar. Gaya yang menarik tali ke kiri diimbangi dengan gaya

yang menarik tali ke kanan. Gaya-gaya yang besarnya sama

dan arahnya berlawanan yang bekerja pada sebuah benda

disebut gaya-gaya setimbang.

Gambar 8.2

Gaya yang dikerahkan kaki Danang

pada bola membuat kecepatan bola

itu berubah.

Gambar 8.3

Gaya dapat mengubah bentuk benda.

Sumber: Dok. Penulis.

Sumber: Dok. Penulis

219

Bab 8

Gaya dan Tekanan

219

Gaya-gaya Tak setimbang

Pernahkah kamu menarik sebuah gerobak yang

bermuatan? Untuk membuat gerobak bergerak, kamu harus

menarik gerobak tersebut. Jika gaya yang kamu kerahkan

tidak cukup besar, kamu mungkin meminta bantuan

temanmu. Temanmu mungkin akan menarik gerobak itu

bersamamu atau mendorongnya dari belakang. Dua gaya

tersebut, yaitu gaya dari kamu dan temanmu akan bekerja

pada arah yang sama

. Jika dua gaya bekerja pada arah yang

sama, maka kedua gaya itu dijumlahkan, seperti ditunjukkan

pada

Gambar 8.5a

. Gaya total atau gaya resultan pada

gerobak tersebut sama dengan jumlah kedua gaya itu. Jika

Gambar 8.5

Dua gaya dapat bergabung

sehingga dua gaya itu dapat

dijumlahkan (a), menjadi setimbang

(b), atau dikurangkan (c).

Gambar 8.4

Dalam permainan tarik tambang,

kedua tim mengerahkan gaya.

Mengapa tambang itu tidak

bergerak?

Sumber: Dok. Penulis.

(a)

(c)

(b)

220

IPA SMP

Kelas VIII

gaya total pada suatu benda menuju ke arah tertentu, gaya

tersebut disebut gaya-gaya tak setimbang. Gaya-gaya tak

setimbang

selalu

mengubah kecepatan sebuah benda.

Apabila temanmu mendorong gerobak dengan arah

yang berlawanan dengan arah gaya dorongmu, gaya-gaya

itu digabung dengan cara yang berbeda. Jika dua gaya

berlawanan arah, maka gaya total kedua gaya tersebut

merupakan selisih kedua gaya. Jika satu gaya lebih besar

daripada gaya yang lain, gerobak itu akan bergerak ke arah

gaya yang lebih besar

(Gambar 8.5c)

. Dalam hal ini temanmu

jelas tidak membantu kamu. Menurut pendapatmu apa yang

terjadi jika gaya dorongmu dan gaya dorong temanmu sama

dan berlawanan arah, seperti

Gambar 8.5b

Jadi seperti ditunjukkan

Gambar 8.5,

gaya dapat

digambarkan sebagai anak panah. Panjang anak panah

menunjukkan besar gaya, dan arah anak panah

menunjukkan arah gaya. Dengan menggunakan anak panah

ini kamu dapat menyatakan berapa besar hasil gabungan

gaya-gaya itu dan ke mana arahnya.

Kelembaman dan Massa

Andaikan kamu sedang duduk di dalam sebuah mobil

yang melaju kencang. Apa yang terjadi padamu saat mobil

tersebut tiba-tiba direm? Kamu akan terdorong ke depan.

Terdorongnya badanmu itu memperlihatkan contoh sifat

kelembaman.

Kelembaman (inersia) adalah kecenderungan

setiap benda melawan tiap perubahan dalam geraknya.

Dengan kata lain kelembaman adalah kecenderungan

sebuah benda untuk mempertahankan geraknya. Kamu

dapat membayangkan hal ini sebagai sifat “malas” sebuah

benda. Jika sebuah benda sedang bergerak, benda itu akan

terus bergerak dengan kelajuan dan arah yang sama kecuali

ada gaya-gaya tak setimbang yang bekerja pada benda itu.

Dengan kata lain kecepatan benda tersebut tetap, kecuali

ada suatu gaya mengubah kecepatan benda itu. Jika sebuah

benda diam, benda tersebut cenderung tetap diam.

Kecepatannya tetap nol kecuali ada gaya yang menyebabkan

benda itu bergerak. Dapatkah kamu meramalkan apa yang

terjadi dengan buku di pangkuan anak pada

Gambar 8.6

seandainya kursi roda yang meluncur tiba-tiba berhenti?

Gambar 8.6

Dapatkah kamu memprediksi, apa yang

terjadi dengan buku di pangkuan anak ini

seandainya kursi roda tersebut tiba-tiba

berhenti?

Sumber: Dok. Penulis

221

Bab 8

Gaya dan Tekanan

221

Apakah sebuah bola besi tolak peluru memiliki

kelembaman yang sama dengan kelembaman kelereng?

Tentu saja kelembamannya berbeda, karena kamu lebih

mudah menggerakkan kelereng dibanding bola besi tolak

peluru. Semakin besar massa sebuah benda, kelem-

bamannya juga semakin besar. Ingatlah kembali bahwa

massa adalah jumlah materi dalam sebuah benda, dan bola

besi tolak peluru tentunya mengandung materi lebih banyak

daripada sebuah kelereng. Jadi bola besi tolak peluru itu

memiliki kelembaman lebih besar daripada kelembaman

kelereng. Oleh karena bola besi tolak peluru memiliki

kelembaman lebih besar, maka lebih banyak gaya yang

diperlukan untuk mengubah kecepatannya.

Hukum Pertama Newton

Kamu telah mempelajari bahwa setiap benda memiliki

kelembaman, dan gaya dapat mengubah gerak benda. Sir

Isaac Newton

(lihat Gambar 8.7)

merumuskan hukum-

hukum yang mengatur keterkaitan gaya dengan gerak. Ada

tiga hukum Newton tentang gerak. Kita akan bahas dahulu

hukum pertama Newton.

Hukum pertama Newton tentang gerak

menyatakan

bahwa

sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan

terus bergerak dengan kecepatan tersebut kecuali ada gaya resultan

bekerja pada benda itu. Jika sebuah benda dalam keadaan diam, benda

tersebut tetap diam kecuali ada gaya resultan yang bekerja pada benda

itu.

Perhatikan, hukum ini sama dengan peristiwa

kelembaman. Jadi, kamu akan dapat memahami mengapa

hukum ini kadang-kadang disebut

hukum kelembaman

. Apa

kamu lakukan dan amati dalam Kegiatan Penyelidikan salah

satunya memperlihatkan berlakunya hukum kelembaman

ini. Demikian juga halnya dengan peristiwa pada

Gambar

8.6.

Untuk lebih meyakinkan kamu tentang berlakunya

hukum ini dalam kehidupan sehari-hari, perhatikan

Gambar

8.8.

Selanjutnya bacalah dengan cermat “Sabuk Pengaman”

untuk mendapatkan penjelasan bagaimanakah cara

mencegah bahaya yang ditimbulkan oleh kelembaman

tubuhmu.

Gambar 8.7

Sir Isaac Newton (1642-1727), ilmuwan

yang tekun dan jenius dari Inggris,

merumuskan tiga hukum tentang gerak.

Hukum ini selanjutnya dikenal sebagai

Hukum Newton tentang gerak.

http://www.imechanica.org.

222

IPA SMP

Kelas VIII

(b) Gerobak menabrak penghalang, dan berhenti. Sementara itu, jerigen-jerigen kecil itu terus

bergerak ke depan walaupun tidak ada yang mendorongnya. Kelembaman jerigen-jerigen itu

membuatnya bergerak ke depan. Jerigen-jerigen itu juga mulai jatuh ke bawah karena gaya

gravitasi menariknya ke bawah.

tergeletak di tanah.

(a)

Orang itu mendorong gerobak dengan

kecepatan tetap. Jerigen-jerigen itu juga

bergerak dengan kecepatan tetap. Tidak ada

gaya total yang bekerja pada gerobak maupun

pada jerigen tersebut.

Gambar 8.8

Kamu dapat mengamati berbagai contoh

hukum pertama Newton beraksi dalam

kehidupan sehari-hari.

Sumber: Dok. Penulis.

223

Bab 8

Gaya dan Tekanan

223

Sabuk Pengaman

Apakah kamu selalu menggunakan sabuk pengaman pada saat mengendarai

mobil? Atau, pernahkah kamu melihat atau mendengar anjuran menggunakan sabuk

pengaman pada saat mengendarai mobil? Mengapa orang yang mengendarai mobil

perlu menggunakan sabuk pengaman?

Melalui berbagai eksperimen, para ilmuwan mengetahui bahwa luka parah dan

kematian pada penumpang akibat kecelakaan mobil dapat dicegah. Caranya adalah

dengan menggunakan sabuk pengaman yang menyilang pada bahu, dada, dan

pangkuan penumpang.

Apa yang terjadi dalam sebuah tabrakan? Apabila sebuah mobil yang melaju

dengan kecepatan sekitar 50 km/jam menabrak benda besar yang padat, mobil

tersebut akan ringsek dan berhenti mendadak dalam waktu sekitar 0,1 s. Karena

kelembamannya

, penumpang yang tidak memakai sabuk pengaman akan terus

bergerak maju dengan kecepatan 50 km/jam, sama dengan kecepatan mobil tersebut.

Kecepatan ini kurang lebih sama dengan kecepatan penumpang itu apabila jatuh

dari lantai tiga sebuah gedung! Dalam waktu sekitar 0,02 s setelah mobil berhenti,

penumpang itu akan membentur

dashboard,

kemudi, atau bagian belakang kursi di

depannya.

Sumber: Dok. Penulis.

Penerapan

Penumpang yang

mengenakan sabuk pengaman

seperti gambar di samping ini

akan tetap tertahan di kursi.

Penumpang itu akan melambat

seiring dengan melambatnya

mobil. Gaya yang diperlukan

untuk mem-perlambat

seseorang dari 50 km/jam

menjadi nol dalam waktu 0,1 s

sama dengan 14 kali beratnya.

Sabuk pengaman itu

“memberi” sedikit waktu

tambahan untuk me-lambat bagi

penumpang itu, pada saat sabuk

sedikit meregang menahan or-

ang tersebut. Disamping itu,

sabuk tersebut juga

menyebarkan gaya, sehingga

gaya itu tidak memusat hanya

pada satu bagian tubuh orang

tersebut.

224

IPA SMP

Kelas VIII

Gesekan

Kamu baru saja mempelajari bahwa

kelembaman menyebabkan sebuah benda

yang bergerak dengan kecepatan tetap akan

tetap bergerak pada kecepatan tersebut,

kecuali ada gaya-gaya tak setimbang yang

bekerja padanya. Akan tetapi, seperti

ditunjukkan

Gambar 8.9

, jika kamu

meluncurkan sebuah buku di atas meja,

gerak buku semakin lama semakin pelan, dan akhirnya

berhenti. Mengapa buku itu berhenti?

Sebuah gaya tak terlihat bekerja antara buku dan meja

tersebut. Gaya itu adalah gesekan. Gesekan adalah gaya yang

melawan gerakan antara dua permukaan yang saling

bersentuhan. Gesekan itulah yang menyebabkan gerakan

buku itu menjadi semakin lambat dan akhirnya berhenti.

Menurut pendapatmu, gesekan manakah yang lebih besar:

antara jalan basah dengan sepatumu ataukah antara jalan

kering dengan sepatumu? Besar gesekan bergantung pada

dua faktor, yaitu tingkat kekasaran kedua permukaan dan

gaya yang menekan terhadap kedua permukaan yang

bergesekan itu. Perhatikan permukaan dua benda yang

bergesekan pada

Gambar 8.10

. Lakukan kegiatan dalam

Lab

Mini 6.1

untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaan

terhadap mudahnya benda bergerak.

Gambar 8.10

Dua permukaan yang bersentuhan ketika

di-perbesar, tampak amat tidak teratur dan

kasar. Besar kecilnya gesekan yang

timbul pada kedua permukaan ini

dipengaruhi oleh kekasaran permukaan

tersebut.

Sumber: Dok. Penulis.

Gambar 8.9

Buku yang diluncurkan di atas meja akhir-

nya berhenti.

Mengapa hal ini terjadi?

Sumber: Dok. Penulis.

225

Bab 8

Gaya dan Tekanan

225

Gesekan Statis dan Gesekan Kinetis

Tentunya kamu pernah melihat orang yang sedang

mendorong atau menarik sesuatu benda yang berat di atas

lantai kasar. Untuk membuat benda itu mulai bergerak,

orang itu mengerahkan gaya yang besar. Namun ketika

benda sudah bergerak, orang itu lebih santai dan hanya

mengerahkan gaya yang tidak sebesar gaya sebelumnya

untuk membuat benda tetap bergerak.

Gambaran di atas mirip dengan apa yang kamu lakukan

dalam

Lab Mini 8.2

, diperlihatkan pada

Gambar 8.11

Ketika kamu mengerahkan gaya yang relatif kecil pada

balok, balok itu belum bergerak. Hal ini karena terdapat

gaya gesekan antara permukaan balok dengan meja. Gaya

gesekan ini besarnya sama dengan gaya yang kamu

kerahkan, sehingga membentuk gaya-gaya setimbang dan

benda diam. Gaya gesek yang terjadi pada saat benda masih

diam disebut gaya gesek statis. Bila gaya yang kamu

Lab Mini 8.1

Menganalisis Data Gesekan

Papan luncur di tempat bermain anak-

anak tidak menyenangkan apabila

gesekan antara papan dengan anak yang

terlalu besar. Apa yang mempengaruhi

besarnya gesekan itu?

Langkah-langkah

1. Gunakan karton tebal dan kamu tahan

salah satu sisinya agar membentuk

bidang miring.

2. Aturlah kemiringan bidang miring itu

sedemikian rupa sehingga uang logam

seratusan dapat meluncur turun sampai

di bawah.

3. Lekatkan bahan dengan jenis

permukaan yang berbeda (misalnya

kertas folio, kertas koran, dan kertas

manila) pada bidang miringmu. Temukan

sudut kemiringan tiap jenis permukaan

untuk membuat uang logam tersebut

meluncur ke bawah. Ukur sudut

kemiringan tersebut dengan busur

derajat seperti ditunjukkan pada

gambar di atas. Catat datamu pada

sebuah tabel data.

Analisis

1. Di antara tiga jenis permukaan tersebut,

permukaan manakah yang memerlukan

sudut paling kecil bagi logam itu untuk

meluncur ke bawah? Apa perbedaan

permukaan itu dengan permukaan lain?

2. Bagaimanakah kamu dapat mengubah

permukaan itu, agar sudut kemiringan

untuk menggerakkan uang logam

tersebut lebih kecil?

Sumber: McLaughin & Thonson, 1997.

226

IPA SMP

Kelas VIII

kerahkan pada balok semakin besar, maka gaya gesek

statisnya juga semakin besar, sampai dengan benda

tepat akan

bergerak

. Pada saat ini gaya geseknya terbesar, disebut gaya

gesek statis maksimum. Bila kamu memperbesar gaya

tarikmu pada balok, maka gaya yang kamu kerahkan

melebihi gaya gesek statis maksimum dan benda menjadi

bergerak.

Pada saat kamu menarik balok dengan kecepatan tetap,

sesuai hukum pertama Newton resultan gaya yang bekerja

pada balok sama dengan nol. Hal ini berarti gaya yang kamu

kerahkan tersebut disetimbangkan oleh gaya gesek antara

permukaan balok dengan meja. Gaya gesek yang terjadi

pada saat benda bergerak disebut gaya gesek kinetis. Sesuai

dengan hasil pengukuran yang kamu lakukan dalam

Lab

Mini 8.2

, besar gaya gesek kinetis

lebih kecil

daripada gaya

gesek statis maksimum.

Gambar 8.11

Balok yang terletak di atas permukaan kasar ditarik dengan gaya

Sumber: Dok. Penulis.

s max

(a) Saat gaya kecil

dikerahkan, timbul gaya

gesek statis (

) antara

permukaan balok

dengan lantai.

(b) Bila gaya

diperbesar,

gaya gesek statis (

)

juga semakin besar.

akan bergerak, gaya

gesek statisnya

maksimum (

s max

(d) Bila balok bergerak,

maka gesekan yang

terjadi adalah gaya

gesek kinetis (

)

227

Bab 8

Gaya dan Tekanan

227

Hidup Tanpa Gesekan?

Gesekan tidak selalu merugikan. Jika tidak ada gesekan,

hidupmu menjadi sangat berbeda. Kamu tidak akan dapat

berjalan atau bahkan menggenggam suatu benda. Gesekan

antara sol sepatumu dengan lantai memungkinkan kamu

berjalan. Kamu dapat menggenggam sebuah benda dengan

jari-jarimu karena ada gesekan. Temukan contoh gaya

gesekan yang lain dalam kehidupan sehari-hari.

Pada saat kamu menyelesaikan subbab ini, kamu

seharusnya lebih menyadari bahwa gaya dan gerak

merupakan bagian dari segala sesuatu yang kamu lakukan

dan yang terjadi di sekitarmu.

Gesekan Statis dan Kinetis

Prosedur

1. Letakkan balok berpengait di atas meja. Kaitkan neraca pegas pada balok tersebut.

2. Tariklah balok tersebut, dengan gaya makin lama semakin besar. Perhatikan besar

gaya yang kamu kerahkan pada neraca pegas. Perbesar terus gaya tarikmu, hingga

balok

tepat akan bergerak

Ukurlah

gaya yang kamu perlukan untuk menarik balok

pada saat itu.

3. Tariklah balok tersebut, sehingga balok

bergerak dengan kecepatan tetap.

Ukurlah

gaya yang kamu perlukan untuk menarik balok pada saat itu.

Analisis

Apa yang menyebabkan balok tersebut belum bergerak, walaupun kamu mengerahkan

gaya padanya?

Bandingkan

penunjukan gaya pada neraca pegas, saat balok tepat

akan bergerak dan saat balok bergerak dengan kecepatan tetap.

Lab Mini 8.2

Kelembaman memegang peran penting

dalam berbagai olah raga. Dalam Jurnal

Sainsmu, tulislah sebuah karangan yang

menggambar-kan peran kelembaman dalam

olah raga kesukaanmu.

228

IPA SMP

Kelas VIII

Intisari Subbab

1. Jelaskan, manakah yang memiliki kelembaman lebih besar, mobil sedan

yang melaju cepat ataukah truk yang sedang parkir.

2. Kamu tentunya pernah melihat orang melumasi bagian-bagian tertentu sepedanya.

Mengapa mereka melakukan hal itu?

Berpikir kritis

: Pikirkan dan kemudian jelaskan 3 contoh olah raga yang memanfaatkan

gaya untuk mengubah kecepatan sebuah benda atau seseorang.

Bina Keterampilan

Mengenal Sebab Akibat

Jelaskan apa yang terjadi pada tubuhmu ditinjau dari kelembaman, gesekan,

dan gaya pada saat kamu terpeleset dan jatuh di atas tanah yang licin.

229

Bab 8

Gaya dan Tekanan

229

(a)

(b)

Kata-kata IPA

Hukum kedua Newton

tentang gerak

Percepatan gravitasi

Hambatan udara

Gambar 8.12

(a) Percepatan yang terjadi pada mobil-mobilan bergantung pada besar gaya yang dikerahkan

anak tersebut.

(b) Agar mobil-mobilan yang bermuatan itu dapat bergerak dengan percepatan sama, anak

tersebut harus menariknya dengan gaya yang lebih besar.

Hukum Kedua Newton tentang

Gerak

Pernahkan kamu menarik mobil-mobilanmu?

Perhatikan

Gambar 8.12

. Jika kamu tarik, mobil mainanmu

mulai bergerak. Semakin kuat kamu menariknya, semakin

cepat mobil itu bergerak. Jadi semakin besar gaya yang

dikerahkan, semakin besar pula percepatannya. Jika mobil-

mobilanmu kamu beri beban, kamu harus menarik lebih

kuat untuk membuatnya bergerak. Gaya lebih besar juga

diperlukan untuk mempercepat mobil-mobilanmu yang

telah kamu beri beban tersebut.

Jadi gaya yang dikerahkan pada sebuah benda sehingga

benda tersebut mengalami percepatan sebanding dengan

massa benda dan percepatan benda itu. Secara matematis

pernyataan tersebut dapat ditulis:

Gaya = massa

percepatan

atau

Persamaan ini dikenal dengan hukum kedua Newton

tentang gerak.

Sumber: Dok. Penulis.

Gerak Dipercepat

230

IPA SMP

Kelas VIII

Bila massa bersatuan kilogram (kg) dan percepatan

bersatuan m/s

, maka gaya bersatuan kg m/s

. Perhatikan,

satuan kg m/s

disebut juga newton (N). Satu newton sama

dengan gaya yang diperlukan untuk mempercepat benda

bermassa 1 kg dengan percepatan 1 m/s

Dengan kata lain

1 N = 1 kg

1 m/s

Perhatikan pemain tenis meja pada

Gambar 8.13.

Pemain

itu memanfaatkan sebuah raket untuk menghasilkan

percepatan pada bola tenis meja tersebut. Pengaruh apa yang

akan diperoleh terhadap percepatan bola, jika pemain

tersebut menggunakan bola tenis yang lebih berat (misalnya

bola tenis lapangan)? Apa yang harus dilakukan pemain itu

agar bola tenis mejanya memiliki percepatan besar saat

dipukul?

Gaya yang bekerja pada sebuah benda menyebabkan

benda tersebut dipercepat dalam arah yang sama dengan

arah gaya itu. Percepatan itu ditentukan oleh besar gaya dan

massa benda tersebut. Gaya lebih besar yang bekerja pada

suatu benda menyebabkan percepatan yang lebih besar.

Benda bermassa lebih besar memerlukan gaya yang lebih

besar daripada benda yang bermassa lebih kecil untuk

mencapai percepatan yang sama. Berarti sekarang

seharusnya kamu dapat menjawab pertanyaan

Gambar 8.13

Dapatkah kamu menjelaskan dengan hukum kedua

Newton, mengapa mobil kecil mengkonsumsi lebih sedikit

bensin untuk menempuh jarak yang sama dengan yang

ditempuh mobil besar? Perhatikan contoh soal berikut agar

dapat menerapkan hukum kedua

Newton dalam kehidupan

sehari-hari.

Gambar 8.13

Apa yang dapat dilakukan pemain tenis

meja tersebut agar mendapatkan

percepatan yang besar pada bolanya?

Sumber: Dok. Penulis.

231

Bab 8

Gaya dan Tekanan

231

Penggunaan Matematika

Menghitung Gaya

Soal Contoh

Seseorang mendorong meja 250 kg dengan gaya 75 N. Berapakah

percepatan meja tersebut?

Langkah-langkah Penyelesaian:

1. Apa yang diketahui?

massa meja,

m =

250 kg

gaya,

= 75 N

2. Apa yang tak diketahui?

percepatan,

3. Pilih persamaannya,

4. Penyelesaian:

maka

a =

= =

0,3 m/s

Soal Contoh

Berapakah besar gaya yang diperlukan untuk mempercepat sepeda

motor bermassa 200 kg dan pengendara bermassa 70 kg sebesar

4 m/s

Langkah-langkah Penyelesaian:

1. Apa yang diketahui?

massa pengendara,

= 70 kg

massa sepeda motor,

= 200 kg

percepatan,

= 4 m/s

2. Apa yang tak diketahui?

gaya yang diperlukan,

3. Pilih persamaannya,

4. Penyelesaian:

Massa total,

, adalah

70 kg + 200 kg = 270 kg

= 270 kg x 4 m/s

= 1080 kg m/s

= 1080 N

Diperlukan gaya sebesar 1080 N

Soal Latihan

1. Diperlukan gaya 3000 N untuk mempercepat sebuah mobil kosong

bermassa 1000 kg pada percepatan 3 m/s

. Jika seorang pegulat

bermassa 160 kg berada di dalam mobil tersebut, berapakah

gaya yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan yang sama?

2. Seorang anak menarik sebuah mobil-mobilan bermassa 2,5 kg

dengan gaya 4 N. Berapakah percepatan mobil-mobilan itu?

250

Sumber: http:www//triatmono.worldpress.com.

232

IPA SMP

Kelas VIII

Benda Jatuh

Sulit dipercaya, jika kamu menjatuhkan bola besi tolak

peluru dan kelereng dari atas jembatan secara serentak,

kedua benda tersebut akan tercebur ke dalam air pada saat

hampir bersamaan. Hal ini berarti percepatan gerak kedua

benda tersebut juga hampir sama. Apakah kamu menduga

bola besi tolak peluru menghantam air lebih dulu, karena

memiliki massa lebih besar? Memang benar bahwa gaya

gravitasi pada bola boling lebih besar, karena massanya

lebih besar. Namun massa yang lebih besar membuat

kelembaman bola boling tersebut menjadi lebih besar pula,

sehingga lebih banyak gaya diperlukan untuk mengubah

kecepatannya. Kelereng memiliki massa jauh lebih kecil

daripada bola boling, namun kelembamannya juga jauh

lebih kecil.

Gambar 8.14

memperlihatkan foto gerak jatuh

dua bola. Bola besar memiliki massa lebih besar daripada

bola kecil, namun dapat kamu lihat kedua bola tersebut jatuh

dengan kecepatan yang sama.

Percepatan oleh Gravitasi

Di dekat permukaan Bumi, gravitasi menyebabkan

semua benda jatuh dipercepat sebesar 9,8 m/s

. Jika

demikian, berapakah gaya gravitasi yang bekerja pada

benda itu? Gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda

disebut juga berat benda itu. Sesuai dengan hukum kedua

Newton, gaya dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan:

Berat suatu benda,

, adalah gaya gravitasi

yang

bekerja pada massa benda tersebut. Oleh karena itu, kita

dapat mengganti

dengan

dan menuliskan

Di permukaan bumi, percepatan oleh gravitasi adalah

9,8 m/s

, sehingga:

9,8

m/s

Berarti benda dengan massa 1 kg, beratnya di

permukaan bumi 9,8 kg m/s

atau 9,8 N. Kamu dapat

menghitung beratmu dalam newton jika kamu mengtahui

massa tubuhmu. Sebagai contoh, jika massa tubuhmu 50 kg,

maka berat badanmu 490 N.

Gambar 8.14

Seperti ditunjukkan f oto ini, percepatan

sebuah benda jatuh tidak dipengaruhi oleh

massa benda itu.

Apa pengaruh

kelembaman terhadap benda jatuh?

Sumber: Awater et al., 1998.

233

Bab 8

Gaya dan Tekanan

233

Ingatlah bahwa pembahasan ini hanya berlaku

untuk benda

jatuh bebas

, yakni benda yang

dilepaskan dari ketinggian tertentu dan hanya

dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Pada saat

dilepaskan kecepatan benda tersebut sama dengan

nol. Jika benda

dilempar ke bawah,

benda tersebut

dipengaruhi oleh gravitasi dan gaya ke bawah dari

ayunan tangan. Oleh karena itu pada saat benda tersebut

dilempar ke bawah, percepatan ke bawah benda itu lebih

besar daripada 9,8 m/s

Hambatan Udara

Percepatan gravitasi (

) adalah sama untuk semua

benda, tidak memandang berapapun besar massanya. Ini

berarti jika tidak ada gaya lain selain gaya gravitasi,

percepatan semua benda adalah 9,8 m/s

Pikirkan hal ini beberapa saat . Apakah

sehelai daun jatuh secepat buahnya? Apakah

kertas jatuh secepat kapur?

Perhatikan

Gambar 8.15.

Apa yang

terjadi jika dua lembar kertas yang sama,

salah satunya diremas menjadi bola kertas,

kemudian keduanya dijatuhkan secara

bersamaan? Jika jawabanmu bahwa bola

kertas tersebut sampai di tanah lebih dulu,

kamu benar. Namun kenyataan ini tidak

sesuai dengan apa baru saja kamu pelajari.

Bagaimanakah ketidak-cocokan ini dapat

dijelaskan?

Satu-satunya penjelasan untuk

kenyataan ini adalah adanya gaya yang

bekerja selain gravitasi. Semua benda yang

bergerak dalam atmosfer Bumi dipengaruhi

oleh hambatan udara. Hambatan udara

adalah gaya yang diberikan udara kepada

suatu benda bergerak. Gaya ini berlawanan

dengan gerak benda tersebut.

Pada sebuah benda jatuh, hambatan

udara mendorong ke atas ketika gravitasi menarik benda

tersebut ke bawah. Besar hambatan udara bergantung pada

Gambar 8.15

Gravitasi dan hambatan udara, dua gaya

tersebut bekerja pada kertas, tidak

kelihatan.

Bagaimanakah kita mengetahui

bahwa gaya-gaya ini ada?

Sumber: cf. McLaughin & Thonson, 1997.

234

IPA SMP

Kelas VIII

kelajuan, ukuran, bentuk, dan

kerapatan benda. Hambatan udara ini

membuat parasut pada

Gambar 8.16

bergerak ke bawah cukup pelan

sehingga orang tersebut dapat

mendarat dengan selamat.

Gambar 8.16

Hambatan udara yang bekerja pada parasut

memungkinkan parasut itu bergerak cukup pelan

sehingga penerjun dapat mendarat dengan selamat.

1. Berapakah gaya gravitasi yang bekerja pada buah kelapa bermassa 5

kg yang jatuh dengan percepatan 9,8 m/s

2. Bola sepak massanya lebih besar daripada bola kasti. Gunakan hukum kedua Newton

untuk menjelaskan mengapa pemain bola tidak dapat melemparkan bola sepak sejauh

bola kasti.

Berpikir kritis:

Gunakan apa yang telah kamu pelajari tentang benda jatuh dan hambatan

udara untuk menjelaskan mengapa seorang penerjun payung dapat mendarat dengan

selamat.

Gunakan timbangan untuk menimbang massa balon kosong dan balon berisi

udara. Jatuhkan kedua balon tersebut bersamaan dari ketinggian yang sama. Apakah

persamaan dan perbedaan kelajuan jatuh kedua balon tersebut?

Sumber: http://www.resimcity.com.

Intisari Subbab

Bina Keterampilan

Menemukan Persamaan dan Perbedaan

Penggunaan Matematika

Hambatan udara

gravitasi

Sebuah benda dijatuhkan dari puncak menara. Berapakah kecepatan-

nya pada saat akhir detik ke-2? Pada akhir detik ke-5? Sesaat sebelum menyentuh

tanah setelah akhir detik ke-12?

(Gunakan persamaan kecepatan pada gerak lurus berubah beraturan)

235

Bab 8

Gaya dan Tekanan

235

Hukum Ketiga Newton tentang

Gerak

Doronglah tembok kelas dengan kedua tanganmu. Apa

yang kamu rasakan? Kamu akan merasakan terdorong ke

belakang. Semakin kuat kamu mendorongnya, semakin kuat

pula kamu merasa terdorong ke belakang. Kakimu atau

badanmu akan bergeser ke belakang. Jadi bila kamu

memberikan gaya aksi pada sebuah tembok, pada saat yang

sama tembok tersebut memberikan gaya reaksi kepadamu,

seperti ditunjukkan pada

Gambar 8.17.

Hukum ketiga Newton tentang gerak menyatakan

hubungan gaya aksi-reaksi tersebut, seperti ini:

Apabila suatu

benda mengerahkan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut

mengerahkan gaya pada benda pertama sama besar dan berlawanan

arahnya.

Dalam bahasa yang lebih sederhana dapat dikatakan

“Untuk setiap gaya aksi, terdapat suatu gaya reaksi yang besarnya

sama dan arahnya berlawanan.”

Dengan kata lain setiap gaya

pasti memiliki pasangan yang besarnya sama dan arahnya

berlawanan. Pasangan gaya ini disebut pasangan aksi-reaksi.

Pasangan Aksi-Reaksi

Marilah kita bahas contoh lain tentang pasangan aksi-

reaksi tersebut. Perhatikan

Gambar 8.18

. Seorang anak

sedang melompat dari

skate board

. Pada saat anak itu

melompat ke depan,

skate board

meluncur ke belakang.

Mengapa hal ini terjadi? Pada saat anak itu melompat,

skate

board mengerahkan gaya pada kakinya

, mendorong anak itu

bergerak ke depan. Bersamaan dengan itu,

kakinya

mengerahkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah kepada

skate board

, sehingga

skate board

itu bergerak ke belakang.

Gambar 8.17

Saat orang ini mendorong tembok,

tembok tersebut mendorong balik

dengan gaya yang sama besar.

Sumber: Dok. Penulis.

Aksi dan Reaksi

Kata-kata IPA

Hukum ketiga Newton

tentang gerak

Gaya aksi

Gaya reaksi

236

IPA SMP

Kelas VIII

Gaya-gaya yang Bekerja pada Benda yang

Berbeda

Hukum ketiga Newton dapat digunakan untuk

menjelaskan mengapa perenang pada

Gambar 8.19

dapat

bergerak melintasi air tersebut. Dengan ayunan lengannya,

perenang itu mengerahkan suatu gaya pada air. Air tersebut

mendorong balik perenang itu dengan gaya yang sama dan

arah berlawanan. Namun, jika gaya itu sama, bagaimana

perenang itu dapat bergerak maju? Hal ini dapat terjadi

karena gaya-gaya itu bekerja pada benda yang berbeda. Gaya

“aksi” bekerja pada air; gaya “reaksi” bekerja pada perenang.

Perenang tersebut yang massanya jauh lebih kecil daripada

massa sekolam air, mengalami percepatan lebih besar

daripada percepatan air tersebut.

Gambar 8.19

Ketika tangan dan kaki perenang

mendorong air, air tersebut mendorong

pe-renang itu, membuatnya bergerak ke

depan.

Gambar 8.18

Pada saat anak itu melompat ke depan

dari

skate board,

ternyata

skate board

bergerak ke belakang.

Sumber: Dok. Penulis.

Sumber: www.wikimu.com/ News.

237

Bab 8

Gaya dan Tekanan

237

Gambar 8.21

“Gaya aksi” dari gas yang mengembang

mendorong roket ke atas. “Gaya reaksi”

roket mendorong keluar gas itu.

Hal penting yang perlu diingat pada saat

berhubungan dengan hukum ketiga Newton

adalah bahwa gaya aksi-reaksi bekerja pada

benda yang

berbeda

. Jadi, walaupun kedua gaya

itu sama, tetapi kedua gaya itu tidak setimbang.

Dalam kasus perenang tersebut, air mendorong

maju perenang itu, mengatasi gesekan yang ia

jumpai. Pasangan gaya-gaya yang terlibat

dalam pelemparan sebuah bola basket akan

menyebaban kursi roda pada

Gambar 8.20

bergerak mundur.

Kamu mungkin mengkaitkan gaya dengan

benda-benda aktif seperti manusia, binatang,

dan mesin-mesin. Hal ini membuat sulit bagimu untuk

membayangkan benda-benda seperti tembok, meja, atau

lantai dapat mengerahkan gaya. Bagai-manapun juga hal ini

memang benar. Tekanlah pojok meja dengan tanganmu. Meja

itu mungkin tetap diam, tetapi pada telapak tanganmu

membekas permukaan meja itu. Bekas ini merupakan bukti

bahwa meja tersebut memberikan gaya kepada tanganmu.

Semakin kuat kamu menekannya, semakin kuat pula meja

tersebut mendorong tanganmu.

Peluncuran Roket

Mungkin kamu pernah melihat tayangan

di televisi men gen a i pelu n cu ra n roket. Gera k

roket adalah contoh lain penerapan hukum

ketiga Newton tentang gerak. Perhatikanlah

Gambar 8.21

. Bahan bakar dinyalakan di

dalam mesin pembakar, menghasilkan gas

panas. Gas panas mendorong ke segala arah

di dalam roket, dan menyembur keluar

melalui bagian bawah roket. Dorongan gas ke

atas tersebut meluncurkan ke atas roket itu.

Pada saat gas tersebut menyembur ke bawah,

bergerak turun, roket itu bergerak ke arah

yang berlawanan, atau naik. Dapatkah kamu

menjelaskan, mengapa burung pada

Gambar

8.22

mengepakkan sayapnya? Lakukan

kegiatan

Lab Mini 8.3

untuk lebih memahami

gaya aksi dan reaksi.

Sumb er: http ://www. ocw.mit. edu.

Sumber: Dok. Penulis.

Gambar 8.20

Ketika anak itu melemparkan bola basket

ke depan, ia akan terdorong sedikit ke

belakang.

Gaya Reaksi

semburan gas

Gaya Aksi

roket dipercepat

238

IPA SMP

Kelas VIII

1. Bagaimanakah bunyi hukum ketiga Newton tentang gerak?

2. Dengan menggunakan hukum ketiga Newton tentang gerak, jelaskan

apa yang terjadi bila seekor burung mengepakkan sayapnya saat terbang.

Berpikir kritis:

Kamu sedang menarik sebuah mobil mainan. Gaya antara tanganmu

dengan tali mobil itu sama dan berlawanan. Namun mobil itu bergerak dipercepat searah

dengan gerakmu, namun tali tidak bergerak berlawanan dengan kamu karena ditarik

mobil-mobilan menuju ke kamu. Jelaskan, bagaimana hal ini terjadi.

Gambar 8.22

Saat terbang di udara, burung-burung

tersebut bergantung pada hukum ketiga

Newton tentang gerak.

Dapatkah seekor

burung terbang andaikata tidak ada

udara?

Sum ber: h ttp:// www.h ickerp hoto.com.

Intisari Subbab

Bina Keterampilan

Keterampilan Menulis

Lab Mini 8.3

Bagaimana kamu dapat mengirimkan “paket”

dengan roket balon?

Langkah-langkah

1. Buatlah suatu jalur pengarah untuk roket balonmu

dengan membentangkan tali kail 8 m melalui sebuah

sedotan. Ikatkan ujung-ujung tali itu pada kursi.

2. Tiup sebuah balon dan tekan rapat-rapat ujungnya.

Lekatkan sebuah benda kecil pada balon di tempat

yang tidak atau hanya sedikit mengganggu perjalanan

roket balon itu.

3. Dengan selotip, lekatkan balon yang telah

menggelembung tersebut pada sedotan yang terletak

di salah satu ujung tali.

4. Lepaskan balon itu. Ukurlah jarak perjalanan roketmu

sampai cm terdekat.

Analisis

1. Apa yang membuat roket meluncur ke depan?

Bagaimana peluncuran ini mendemonstrasikan

hukum ketiga Newton?

2. Apakah kamu berpikir bahwa roketmu akan bergerak

lebih jauh jika tidak membawa beban? Perubahan

apa yang dapat kamu lakukan agar roketmu bergerak

lebih jauh?

Buatlah tulisan tentang contoh-contoh lain penerapan hukum ketiga Newton

tentang gerak.

239

Bab 8

Gaya dan Tekanan

239

Gambar 8.23

Dua pasang jejak sepatu orang yang sama, memakai sepatu yang

berbeda.

Apa yang menyebabkan jejak sol sepatu pada Gambar

(B) lebih dalam?

Pada saat kamu memikirkan tentang gaya dan hukum

Newton tentang gerak, apakah kamu hanya memikirkan

bahwa gaya-gaya tersebut hanya bekerja pada benda-benda

padat, seperti mendorong sebuah kotak, menarik sebuah

kereta, mengangkat sebuah bangku? Meskipun kamu

mungkin tidak menyadarinya, gaya secara alamiah juga ada

dalam fluida.

Apa yang kamu rasakan pada telingamu saat kamu

menyelam di dalam air? Telingamu seperti ada yang

menekan. Pengalamanmu itu menunjukkan bahwa air

mengerahkan gaya pada telingamu.

Air termasuk fluida. Fluida adalah bahan yang tidak

memiliki suatu bentuk tetap tertentu. Bentuk fluida

berubah-ubah sesuai bentuk tempatnya. Zat cair dan zat gas

adalah fluida.

Ketika sedang bernapas, berenang, atau menyelam kamu

akan mendapatkan gaya-gaya yang dihasilkan oleh fluida .

Kamu mungkin tidak percaya, bahwa pada saat ini ada gaya

yang menekan punggungmu. Tahukah kamu, gaya apa itu?

mengapa kamu tidak merasakannya? Untuk mengetahuinya,

marilah kita bahas tekanan.

Sumber: Dok. Penulis.

Tekanan

Kata-kata IPA

Fluida

Tekanan

Gaya apung

Prinsip Archimedes

Prinsip Pascal

Mesin hidrolik

Tekanan udara

Hukum Boyle

Hukum Charles

240

IPA SMP

Kelas VIII

Apakah Tekanan itu?

Kamu mungkin pernah mengamati jejak-jejak sepatu

pada tanah basah, seperti

Gambar 8.23.

Kedua pasang jejak

itu berasal dari orang yang sama, namun orang itu

mengenakan sepatu yang berbeda. Walaupun berat orang

itu sama, namun pengaruhnya terhadap tanah tersebut

berbeda. Apa yang membuat berbeda? Perhatikan luas sol

kedua sepatu itu. Untuk gaya berat yang sama, semakin

kecil luas permukaan sol sepatu, ternyata jejak kakinya

semakin dalam. Besaran dalam fisika yang mengkaitkan

gaya dengan luas permukaan disebut

tekanan

Tekanan dapat dihitung dengan membagi gaya yang

dikerahkan dengan luas yang dikenai gaya tersebut.

Gambar 8.24

Berbagai peralatan tidak akan bekerja

dengan semestinya bila tekanan gas di

dalamnya tidak normal. Bola basket

manakah yang tekanan udaranya kurang?

tekanan =

gaya

luas

Sumber: Dok. Penulis.

Bila gaya diukur dalam satuan newton (N) dan luas diukur

dalam meter persegi (m

), maka tekanan diukur dalam

satuan newton per meter persegi (N/m

Pascal (Pa)

adalah

satuan SI untuk tekanan.

Satu pascal tekanan adalah suatu

gaya sebesar satu Newton per meter persegi. Seringkali

tekanan diukur dalam satuan kilopascal (kPa). Satu kPa

sama dengan 1000 Pa.

Bagaimanakah Fluida dapat Menghasilkan

Tekanan?

Mungkin kamu telah akrab

dengan istilah-istilah tekanan air,

tekanan udara, dan tekanan

darah. Berbagai peralatan tidak

akan bekerja dengan semestinya

bila tekanan fluida di dalamnya

tidak seperti yang seharusnya,

seperti ditunjukkan pada

Gambar 8.24.

Bagaimanakah

fluida dapat menghasilkan tekanan? Perhatikan

Gambar

8.25.

Semua benda tersusun dari partikel-partikel yang

sangat kecil.

Gaya yang ada dalam fluida disebabkan oleh

241

Bab 8

Gaya dan Tekanan

241

Gambar 8.25

Susunan dan gerakan partikel-partikel penyusun suatu zat menentukan ciri-ciri zat.

Saat pengamatanmu pindah dari padat menuju gas, partikel-partikel dalam gambar

tersebut menjadi lebih menyebar dan gerakannya bertambah.

Bagaimana kenyataan

ini, menjelaskan mengapa gas menghasilkan tekanan yang paling besar?

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

massa dan gerak partikel-partikel yang membentuk fluida

tersebut

. Di dalam zat padat, partikel-partikel tersebut

tersusun sangat rapat. Oleh karena itu partikel-partikel zat

padat tersebut tidak bebas bergerak. Namun, di dalam zat

cair dan gas partikel-partikelnya tidak tersusun secara rapat.

Jadi partikel-partikel itu lebih bebas bergerak. Partikel-

partikel penyusun fluida tersebut secara terus-menerus

bergerak ke segala arah. Pada saat bergerak, partikel-partikel

itu menumbuk partikel-partikel lain dan dinding wadah

fluida dengan gaya yang besarnya bergantung pada massa

dan percepatan partikel tersebut. “Dorongan” atau gaya oleh

partikel-partikel tersebut yang bekerja pada suatu luas

tertentu disebut

tekanan

Tekanan fluida bekerja ke segala

arah sama besar.

Kegiatan Penyelidikan

yang telah kamu lakukan,

menunjukkan bahwa udara yang menyelimuti Bumi kita,

atau atmosfer Bumi mempunyai tekanan. Tekanan atmosfer

yang paling besar adalah di permukaan laut. Udara dalam

atmosfer mengerahkan tekanan sebesar 10,13 N/cm

permukaan laut. Jika punggungmu memil

iki luas 1000 cm

maka udara menekan punggungmu dengan gaya 10130 N.

Gaya ini hampir sama dengan berat sebuah mobil! Apa yang

membuat tubuhmu tidak remuk oleh gaya sebesar ini?

Fluida di dalam tubuhmu juga mengerahkan gaya. Tekanan

udara di luar tubuhmu disetimbangkan oleh tekanan fluida

di dalam tubuhmu. Oleh karena itu kamu tidak merasakan

gaya dari udara di luar tubuhmu tersebut.

242

IPA SMP

Kelas VIII

Sumber: Dok. Penulis.

Perbedaan Tekanan

Kamu barangkali tidak menaruh banyak

perhatian terhadap apa yang sedang kamu

lakukan pada saat kamu minum melalui sebuah

sedotan. Namun apa yang sesungguhnya kamu

lakukan pada saat minum dengan menggunakan

sedotan, seperti

Gambar 8.26

adalah menyedot

sebagian besar udara di dalam sedotan.

Penyedotan itu menyebabkan tekanan udara di

dalam sedotan menurun. Tekanan udara luar

sekarang lebih besar daripada tekanan udara di

dalam sedotan sehingga mendorong permukaan

minumanmu ke bawah. Dorongan ini

memberikan gaya kepada minuman dan naik

melalui sedotan, dan kemudian masuk ke dalam

mulutmu! Prinsip yang memungkinkan kamu

minum melalui sedotan merupakan sifat penting

yang dimiliki fluida.

Fluida akan bergerak dari daerah

bertekanan lebih tinggi menuju daerah bertekanan lebih

rendah.

Peristiwa ini juga dapat kamu lihat saat kamu

membuka minuman bersoda, seperti

Gambar 8.27.

Pelajari contoh soal mengitung tekanan, setelah itu

kerjakan soal-soal latihannya, agar kamu dapat menerapkan

cara-cara menghitung tekanan.

Gambar 8.26

( a) Air dari dalam gelas dapat naik ke

dalam rongga mulut anak ini melalui

sedotan karena tekanan udara yang

mendorong ke bawah pada cairan di

luar sedotan lebih besar daripada

tekanan udara di dalam sedotan

tersebut.

( b) Perbedaan dalam tekanan ini

menyebabkan cairan tersebut

mengalir ke atas.

Gambar 8.27

Pop... Cessss. Ini adalah bunyi yang kamu

dengar saat membuka botol minuman.

Berbagai jenis minuman ditempatkan pada

botol atau kaleng bertekanan udara tinggi.

Pada saat botol tersebut dibuka, tekanan

tersebut lepas dan terjadi bunyi yang

kamu dengar tersebut.

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

(a)

(b)

tekanan udara

berkurang

243

Bab 8

Gaya dan Tekanan

243

Penggunaan Matematika

Menghitung Tekanan

Soal Contoh

Seseorang yang beratnya 600 N memakai sepasang

sepatu. Luas telapak sepasang sepatu tersebut yang

menyentuh tanah 400 cm

. Berapa pascalkah tekanan

sepatu itu pada lantai?

Langkah-langkah Penyelesaian:

Apa yang diketahui?

luas permukaan,

= 400 cm

gaya,

= 600 N

Apa yang tidak diketahui?

tekanan,

Pilih persamaannya,

Penyelesaian:

Agar menghasilkan satuan tekanan dalam pascal,

maka satuan luas harus dijadikan m

= 400 cm

= 400 x 10

-4

= 4 x 10

-2

Soal Latihan

1. Sebuah balok dengan berat 600 N berada di lantai.

Luas permukaan balok yang menyentuh permukaan

lantai 400 cm

. Berapa kPa tekanan pada lantai oleh

balok tersebut?

2. Luas permukaan sepasang sepatu yang dipakai

seorang penumpang pesawat 200 cm

. Berat

penumpang itu 800 N. Berapakah tekanan

penumpang tersebut terhadap lantai pesawat?

= 1,5 x 10

N/m

= 1,5 x 10

Pa.

600 N

4 x 10

-2

244

IPA SMP

Kelas VIII

Tekanan Hidrostatik

Apa yang kamu rasakan di telingamu pada saat kamu

menyelam di dalam air? Telingamu akan terasa semakin

sakit pada saat kamu menyelam semakin dalam. Hal ini

terjadi karena semakin dalam kamu menyelam, tekanan air

tersebut semakin besar. Karena gaya gravitasi, tekanan di

dalam fluida bertambah sesuai kedalamannya. Semakin

besar kedalaman tersebut, semakin besar pula tekanan

tersebut. Mari kita lihat mengapa demikian.

Misalkan air di kolam pada

Gambar 8.28

telah dibagi

menjadi 5 lapisan. Karena gaya gravitasi menarik ke bawah

partikel-partikel pada lapisan 1, maka lapisan tersebut

memiliki suatu berat tertentu. Gaya berat dari lapisan 1

menekan ke bawah pada lapisan 2. Lapisan 2 ini memiliki

gaya gravitasi pada partikel-partikelnya sendiri ditambah

gaya dari berat lapisan 1. Oleh karena itu tekanan pada

lapisan 2 lebih besar daripada tekanan dalam lapisan 1.

Bagaimana halnya pada lapisan 3? Lapisan 3 memiliki gaya

gravitasi pada partikel-partikelnya sendiri ditambah berat

dua lapisan pertama yang mendorong ke bawah lapisan 3

tersebut. Akibatnya, tekanan pada lapisan 3

lebih besar dari lapisan manapun di atasnya.

Lapisan paling bawah atau kedalaman pal-

ing dalam dari setiap fluida akan memiliki

tekanan paling besar karena lapisan itu

mendapatkan gaya dorong paling besar dari

lapisan di atasnya.

Gambar 8.28

Seperti yang dirasakan setiap penyelam, tekanan di dalam fluida meningkat

sesuai kedalamannya.

Dimanakah tekanan terbesar di dalam kolam renang?

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

berat

245

Bab 8

Gaya dan Tekanan

245

Gambar 8.29

(a) Akibat tekanan oleh zat cair

bertambah besar bila semakin dalam,

pancaran air di bagian bawah gelas

lebih kuat daripada di bagian atasnya.

(b)

Mengapa bagian bawah sebuah

bendungan dibuat lebih tebal

daripada bagian atasnya?

(B)

Bertambahnya tekanan seiring dengan ber-

tambahnya kedalaman fluida memiliki berbagai akibat

penting. Perhatikan

Gambar 8.29

. Aliran air dari lubang

pada bagian lebih bawah gelas memancar kuat.

Bendungan dirancang semakin bawah semakin tebal,

karena bagian bawah bendungan memperoleh tekanan

lebih besar daripada bagian atasnya. Kapal selam yang

menyelam terlalu dalam di lautan dindingnya dapat

melesak (ringsek) ke dalam karena tekanan air yang amat

besar. Penyelam yang menyelam terlalu dalam bisa

mendapatkan masalah serius akibat bertambahnya

tekanan air.

Bagaimanakah tekanan pada titik-titik yang

kedalamannya sama di dalam suatu zat cair?

Titik-titik

di dalam suatu zat cair yang kedalamannya sama mempunyai

tekanan yang sama.

Perhatikan

Gambar 8.29(a).

Pancaran

di sebelah kiri bawah sama dengan pancaran air di

sebelah kanan bawah karena kedua titik tersebut

kedalamannya sama.

Perhatikan

Gambar 8.30

. Permukaan suatu zat cair yang

ditempatkan pada sebuah bejana akan datar.

Jika pipa U

diisi suatu zat cair, tinggi permuk

aan zat cair pada pipa itu

sama. Bahkan jika terdapat bejana berhubungan yang

memiliki berbagai bentuk pipa diisi suatu zat cair, tinggi

permukaan zat cair tersebut dalam pipa-pipa tersebut sama.

Kenyataan ini dimanfaatkan untuk menentukan apakah

dua titik memiliki ketinggian yang sama, oleh para tukang

pembuat bangunan. Apa nama alat yang digunakan itu?

Gambar 8.30

Permukaan suatu zat cair dalam bejana

akan datar, bagaimanapun bentuk bejana

itu.

Sumber: Dok. Penulis.

Sumber:http://www.id.wikipedia.org/wiki/Bendungan)

(b)

(a)

Sumber: Awater, et al., 1995)

246

IPA SMP

Kelas VIII

Prinsip Archimedes

Pernahkah kamu bersantai dengan mengapungkan

punggungmu di dalam kolam renang seperti

Gambar 8.54.

Kamu merasa seperti tidak memiliki berat pada saat air

tersebut menopangmu. Jika kamu perlahan-lahan naik

keluar dari kolam, kamu merasa tubuhmu seperti bertambah

berat. Semakin tinggi kamu naik, kamu harus semakin

banyak mengerahkan otot-ototmu untuk menopang

tubuhmu. Pada saat kamu berada di dalam kolam renang

tersebut, kamu mengalami gaya apung.

Gaya apung

adalah

kemampuan suatu fluida, zat cair atau gas, untuk

mengerahkan suatu gaya ke atas pada suatu benda yang

dibenamkan ke dalam fluida tersebut.

Besar gaya apung tersebut menentukan

apakah sebuah benda akan terapung atau

tenggelam di dalam suatu fluida. Jika gaya

apung lebih kecil daripada berat benda

tersebut, benda itu akan tenggelam. Jika gaya

apung tersebut sama dengan berat benda,

seperti pada

Gambar 8.31

, benda tersebut

terapung

. Kadang-kadang gaya apung pada

sebuah benda lebih besar daripada berat benda

tersebut. Gaya ini adalah gaya yang mengangkat

sebuah balon berisi gas helium yang bergerak

ke atas di udara

Ketika balon tersebut dilepas,

gaya apung lebih besar daripada gaya berat

balon, menyebabkan balon bergerak dipercepat

ke atas.

Bagaimana Kapal Terapung?

Seperti halnya hasil kegiatanmu dalam

Lab

Mini 8.4

, Archimedes (seorang ahli matematika

Yunani yang hidup dalam abad ketiga sebelum

Masehi), menemukan penjelasan tentang gaya

apung. Menurut

prinsip Archimedes

gaya apung yang bekerja

pada suatu benda di dalam suatu fluida sama dengan berat fluida

yang dipindahkan oleh benda itu.

Andaikan kamu meletakkan sebuah balok kayu di atas

permukaan air. Balok itu akan memindahkan air pada saat

balok itu mulai bergerak terbenam ke dalam air; namun

hanya sampai berat air yang dipindahkan itu sama dengan

Gambar 8.31

Gaya-gaya yang bekerja pada orang

yang terlentang di lantai berbeda

dengan orang yang terlentang di

dalam air.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Sumber: Dok. Penulis.

247

Bab 8

Gaya dan Tekanan

247

berat balok tersebut. Balok tersebut terapung, seperti

ditunjukkan pada

Gambar 8.32.

Misalkan kamu meletakkan balok baja seukuran balok

kayu itu di atas permukaan air. Ketika balok baja itu

diletakkan di atas permukaan air, balok itu mulai mendesak

air saat masuk ke dalam air. Gaya apung mulai menekan

balok itu ke atas. Namun, karena massa jenis balok baja

lebih besar daripada balok kayu, maka berat balok baja lebih

Gambar 8.32

Perhatikan bahwa berat dan gaya

apung setimbang untuk benda-benda

terapung.

Benda-benda manakah

yang memiliki gaya setimbang?

Sumber: Dok. Penulis.

Lab Mini 8.4

Berapa banyak air yang dipindahkan

sebuah benda?

Telah kamu ketahui, agar sebuah benda

dapat terapung, harus ada gaya apung

yang bekerja pada benda tersebut.

Namun, seberapa besar gaya itu? Pada

saat kamu melakukan aktivitas ini, ingatlah

bahwa berat merupakan suatu ukuran

gaya.

Langkah-langkah

1. Isi sebuah gelas kimia dengan air

hingga penuh.

2. Letakkan panci di bawah gelas

tersebut, untuk menampung air yang

tumpah dari gelas tersebut.

3. Ukurlah berat sebuah benda yang dapat

tenggelam di dalam air dengan neraca

pegas.

4. Dengan tetap menggantung di neraca,

celupkan benda itu ke dalam air di

gelas kimia tersebut. Benda itu harus

tercelup seluruhnya di dalam air, namun

jangan sampai menyentuh dasar gelas.

Lihatlah gambar di samping. Sebagian

air akan tumpah ke dalam panci.

8. Ukurlah berat

benda itu saat

benda itu berada di

dalam air.

6. Ukurlah berat sebuah

wadah kecil yang

dilengkapi gantungan.

7. Pindahkan seluruh air

yang tumpah di dalam

panci itu ke dalam

wadah kecil itu, lalu

ukurlah ulang berat

wadah kecil itu.

Kurangi berat ini

dengan berat

wadah (langkah 6)

untuk mendapatkan berat air yang

tumpah.

Analisis

1. Berapa newton berkurangnya berat

benda yang dicelupkan ke dalam air

tersebut?

2. Bagaimanakah hubungan antara berat

air yang dipindahkan tersebut dengan

berkurangnya berat benda yang

dicelupkan ke dalam air tersebut?

248

IPA SMP

Kelas VIII

besar daripada balok kayu. Gaya ke atas ini tidak akan dapat

mengimbangi berat balok baja itu, sehingga balok itu

tenggelam

ke dasar.

Apabila demikian, bagaimana kapal dapat terapung?

Misalkan kamu membentuk balok baja itu menjadi mangkok

besar dan berongga. Saat mangkok ini di letakkan di atas

permukaan air, ia akan mendesak lebih banyak air daripada

balok baja tersebut. Mangkuk itu mendesak cukup banyak

air untuk mengimbangi berat mangkuk baja tersebut, dan

mangkuk-mangkuk itu terapung.

Pernahkah kamu mendengar atau melihat gambar kapal

selam yang melayang di dalam air? Jika pada saat gaya berat

benda setimbang dengan gaya apung seluruh benda yang

berada di dalam fluida, maka benda tersebut

melayang

dalam fluida. Untuk maksud tersebut kapten kapal selam

akan memerintahkan untuk memasukkan atau menge-

luarkan air laut sesuai kebutuhan. Jika air dimasukkan ke

dalam kapal selam, maka kapal selam itu bergerak ke bawah,

dan sebaliknya jika ingin naik ke permukaan, maka air

dikeluarkan dari kapal selam tersebut. Sedangkan pilot-pi-

lot balon udara panas, seperti

Gambar 8.33,

menyesuaikan

berat beban balon dengan gaya apung balon udara.

Gambar 8.33

Sepintas lalu mungkin kamu tidak melihat

hubungan antara balon udara yang naik

tinggi di angkasa dan kapal selam yang

menyelam di lautan. Sebenarnya,kapal

selam maupun balon udara harus diatur

beratnya untuk naik, turun, atau melayang

pada ketinggian atau kedalaman tertentu.

Beratnya diatur berdasarkan besar gaya

apungnya.

Sumber: http://www.gifttrap.com.

249

Bab 8

Gaya dan Tekanan

249

Gambar 8.34

Keluarnya pasta gigi karena ditekan

kemasannya terjadi berdasar pada

prinsip Pascal.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Prinsip Pascal

Misalkan kamu meniup balon hingga

menggelembung. Lalu kamu meremas satu ujung balon

itu. Partikel-partikel udara di dalam balon tetap berada di

dalamnya, namun menjadi lebih rapat. Apa yang terjadi

dengan tekanan tambahan yang diberikan pada balon itu?

Tekanan akan membesar pada setiap titik di dalam balon

itu, termasuk ujung lain balon itu, sehingga ujung lain balon

itu semakin menggelembung.

Ilmuwan Perancis, Blaise Pascal (1623-1662) menemukan

bahwa

tekanan di dalam fluida dipindahkan ke segala arah

dengan besar yang sama.

Sebagai contoh lain, saat kamu

menekan bagian bawah kemasan pasta gigi pada

Gambar

8.34

, pasta gigi itu keluar dari bagian atas kemasan tersebut.

Kamu dapat mengamati gejala yang menunjukkan prinsip

Pascal pada

Lab Mini 8.5.

Lab Mini 8.5

Bagaimanakah tekanan yang diberikan

mempengaruhi luas fluida yang berbeda?

Prosedur

1. Masukkan air ke dalam pipet tetes kecil, dan

tempatkan pipet itu ke dalam botol plastik minuman

ringan ukuran 2-l yang berisi air hingga 1 cm dari ujung

mulut botol.

2. Aturlah banyaknya air dalam pipet tetes hingga pipet

tersebut hampir terapung.

3. Tutup botol itu rapat-rapat.

Analisis

1. Apakah penambahan air di dalam pipet itu

mempengaruhi massa jenis pipet secara

keseluruhan?

2. Ketika kamu menekan kedua sisi botol itu, pengaruh

apakah yang kamu amati pada permukaan air di

dalam pipet?

3. Di dalam bukumu, paparkan bagaimana prinsip Pas-

cal menjelaskan pergerakan air di dalam pipet

tersebut.

250

IPA SMP

Kelas VIII

Gambar 8.35

Cairan dalam sistem rem sebuah mobil

melipat-gandakan gaya yang diberikan

pengemudi menjadi suatu gaya yang

cukup besar untuk menghentikan mobil

yang sedang bergerak tersebut.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Mesin Hidrolik

Pemindahan tekanan ke segala arah sama besar dalam

suatu cairan merupakan prinsip yang mendasari alat-alat

hidrolik. Jadi, mesin hidrolik yang dapat mengangkat

benda-benda berat tersebut bekerja dengan memanfaatkan

prinsip Pascal. Rem dan dongkrak mobil adalah contoh

mesin hidrolik.

Mesin hidrolik

menghasilkan gaya yang

besar dengan hanya mem-berikan gaya yang sangat kecil.

Dengan kata lain, mesin hidolik melipat-gandakan gaya.

Perhatikan bagan mesin hidrolik di sebelah ini untuk

memahami cara kerjanya. Tabung kecil dan tabung besar

dihubungkan oleh pipa. Luas penampang tabung kecil 5

. Luas penampang tabung besar 50 cm

. Masing-masing

tabung diisi dengan fluida cair, biasanya minyak. Pada

masing-masing tabung terdapat piston yang tertahan di atas

permukaan minyak.

Misalkan kamu memberikan gaya 500 N kepada piston

kecil. Tekanan pada piston kecil itu adalah:

Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan tersebut

dipindahkan melalui fluida tanpa berubah besarnya. Oleh

karena itu, piston besar juga mendapat tekanan 100 N/cm

Namun luas piston besar adalah 50 cm

Sehingga, besar gaya total pada piston

besar adalah:

100 N/cm

x 50 cm

= 5000 N.

Dengan mesin hidrolik ini kamu

dapat menggunakan berat tubuhmu

untuk mengangkat suatu benda yang

beratnya sepuluh kali berat badanmu.

Kamu mungkin heran bagaimana

mobil dengan massa lebih dari 1000 kg

yang melaju kencang dapat dihentikan

dengan injakan ringan pada pedal rem.

Gaya injakan itu sudah barang tentu

jauh lebih kecil daripada gaya yang

kamu perlukan seandainya kamu hendak menghentikan

mobil itu dari luar. Sistem rem mobil itu juga merupakan

mesin hidrolik. Dapatkah kamu menjelaskan bekerjanya rem

mobil, seperti yang diperlihatkan pada

Gambar 8.35

= =

= 100 N/cm

500 N

5 cm

piston

minyak

rumah

rem

ban

piston

kanvas rem

Penggunaan

Matematika

Luas = 5 cm

Luas = 50 cm

500 N 5000 N

Piston kecil

Tekanan yang

diberikan

pada piston kecil

dapat dipindahkan ke

piston besar melalui

fluida. Dongkrak

hidrolik bekerja

berdasarkan prinsip

ini.

Hitunglah

tekanan

yang diberikan pada

masing-masing piston.

251

Bab 8

Gaya dan Tekanan

251

Tekanan Udara

Air bukanlah satu-satunya fluida yang memiliki tekanan

yang berubah sesuai kedalamannya. Bumi kita diselimuti

lapisan udara, yang disebut atmosfer. Tekanan atmosfer kita

juga bervariasi. Tekanan tersebut berubah sesuai dengan

ketinggian dari atas tanah. Semakin tinggi suatu tempat,

maka tekanan udaranya semakin rendah. Pada ketinggian

lebih tinggi, dalam suatu daerah tertentu terdapat partikel-

partikel udara yang lebih sedikit. Partikel-partikel yang lebih

sedikit mendorong satu sama lain menghasilkan tekanan

lebih rendah.

Pada tempat yang lebih tinggi tekanan di dalam

tubuhmu menjadi lebih besar daripada tekanan udara di luar

tubuhmu. Kamu mungkin merasakan perbedaan tekanan

tersebut sebagai rasa sakit pada gendang telingamu. Bila

ini terjadi, sebagian udara keluar dari telingamu dan kamu

mendengar suara “pop.” Sebagai hasil dari keluarnya

sebagian udara dari bagian dalam gendang telingamu,

tekanan di dalam telingamu menjadi sama dengan tekanan

udara luar. Pada tempat yang sangat tinggi, seperti di puncak

Himalaya pada

Gambar 8.36

, tekanan udara menjadi sangat

kecil dan dapat menimbulkan masalah serius bagi para

pendaki. Pendaki rentan terkena sindrom kekurangan

oksigen karena ketinggian, yang dikenal dengan istilah

hipoksi.

Gambar 8.36

Pada tempat yang sangat tinggi seperti di

puncak pegunungan Himalaya ini udara

menipis dan tekanan udara menjadi

sangat kecil.

Sumber: www.thegeminiweb.com.

252

IPA SMP

Kelas VIII

Gambar 8.38

(a)

Cara Kerja Barometer Aneroid

Barometer ini memiliki tabung lentur

yang volumenya berubah-ubah akibat

tekanan. Perubahan volume tabung ini

diteruskan ke jarum penunjuk.

(b) Bentuk sesungguhnya Barometer

Aneroid

Alat-alat untuk Mengukur Tekanan

Meskipun kamu dapat membandingkan tekanan gas

dengan memijat bola basket yang penuh berisi udara dan

kurang berisi udara, cara ini tidak memberikan ukuran yang

akurat dari dua tekanan tersebut. Apa yang dibutuhkan

adalah alat pengukur tekanan.

Salah satu instrumen pertama yang digunakan untuk

mengukur tekanan gas dirancang oleh ilmuwan Italia

Evangelista Torricelli (1608-1647). Ia menemukan

barometer

suatu instrumen yang mengukur tekanan yang diberikan

oleh atmosfer.

Gambar 8.37

menjelaskan bagaimana

bekerjanya barometer Torricelli.

Pipa berisi penuh air raksa

dibalik dan bagian yang terbuka diletakkan pada bejana

berisi air raksa. Tinggi kolom air raksa itu menunjukkan

tekanan yang diberikan oleh atmosfer tersebut. Bila

pembalikan itu dilakukan di atas permukaan laut, maka

tinggi kolom air raksa pada pipa itu adalah 760 mm. Oleh

karena itu tekanan udara di atas permukaan laut tersebut

dapat dinyatakan sebesar 760 mmHg atau 1 atmosfer. Pada

saat ini barometer yang digunakan untuk pengukuran

tekanan tidak seperti percobaan Torricelli, namun seperti

Gambar 8.38.

tabung

lentur

(a)

(b)

Gambar 8.37

Cara Kerja Barometer Torricelli :

Pipa kaca berisi air raksa yang ditegakkan

di dalam suatu bejana berisi raksa.

Karena raksa tersebut berada di dalam

suatu tabung kaca tertutup, kamu dapat

menyimpulkan bahwa atmosfer

memberikan tekanan pada permukaan

raksa di bejana tersebut. Tekanan ini

diteruskan melalui air raksa di dalam

bejana tersebut. Tekanan tersebut

menahan kolom air raksa di dalam pipa

kaca tersebut.

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

Sum ber: htt p:// www. stan leylondon.com.

air raksa

tekanan

atmosfer

Sumber: Awater, et al., 1995)

253

Bab 8

Gaya dan Tekanan

253

Besaran ini selanjutnya digunakan sebagai satuan untuk

mengukur tekanan.

Atmosfer baku

(atm) didefinisikan

sebagai tekanan yang menyangga 760 mm kolom air raksa.

Berdasarkan hal itu 1,00 atm = 760 mmHg. Apabila

pembalikan itu dilakukan di tempat yang lebih tinggi, maka

ketinggian kolom air raksa itu berkurang. Artinya di tempat

yang lebih tinggi teka

nan udaranya lebih rendah. Alat

pengukur tekanan atmosfer semacam ini disebut

barometer

air raksa

Barometer jenis lain adalah

barometer aneroid

Perhatikan

Gambar 8.38

. Barometer ini memiliki tabung

lentur yang volumenya berubah-ubah akibat tekanan.

Perubahan volume tabung ini diteruskan ke jarum

penunjuk. Jika tekanan berubah, maka bentuk tabung

berubah, dan penunjukan jarum juga berubah.

Tekanan Udara dalam Ruang

Tertutup

Udara di dalam ruang tertutup memiliki ciri yang

berbeda dengan udara di ruang terbuka (atmosfer). Ciri-ciri

tersebut menyangkut volume, tekanan, dan suhu.

Pengukuran Tekanan Udara dalam Ruang

Tertutup

Alat pengukur tekanan udara dalam ruang tertutup yang

paling sederhana disebut

manometer terbuka.

Perhatikan

Gambar 8.39 (a)

. Pipa-U diisi sebagian dengan zat cair,

biasanya air raksa atau air. Perbedaan tekanan udara di

Gambar 8.39

Pengukur tekanan udara dalam ruang

tertutup.

(a) skema manometer terbuka.

(b)skema manometer Bourdon.

(c ) manometer Bourdon.

Jelaskan bekerjanya alat-alat itu.

(a)

(b)

tekanan atmosfer

tekanan dalam

ruang tertutup

beda

tinggi

pipa U

tekanan

dalam ruang

tertutup

pipa lentur

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

(c)

Sumber: http://www.answers.com/topic/pres-

sure-measurement-1.

254

IPA SMP

Kelas VIII

dalam dan di luar ruang ditunjukkan oleh perbedaan

ketinggian permukaan zat cair tersebut. Semakin besar

tekanan udara di dalam ruang, perbedaan ketinggian ini juga

semakin besar.

Alat pengukur tekanan udara dalam ruang jenis lain

adalah

manometer Bourdon.

Perhatikan

Gambar 8.39 (b)

Tekanan dari dalam ruang tertutup akan mengubah

kelengkungan pipa lentur. Ujung pipa itu dihubungkan

dengan jarum berskala. Ketika pipa itu berubah keleng-

kungannya akibat tekanan, penunjukan jarum tersebut juga

berubah.

Hukum Boyle

Misalkan kamu menempatkan gas dalam wadah

tertutup yang dapat diubah volumenya, seperti

pompa

sepeda Gambar 8.40

. Kamu dapat memperkecil atau

memperbesar wadah itu tanpa mengubah banyaknya gas

di dalamnya. Seperti pada saat memompa ban sepedamu,

apa yang kamu rasakan ketika volume gas itu diperkecil?

Tekanan suatu gas bergantung seberapa sering partikel-

partikel gas tersebut menumbuk dinding wadah tersebut.

Jika kamu menekan gas ke suatu ruang yang lebih kecil,

partikel-partikelnya akan lebih sering menumbuk dinding

ruang tersebut. Akibatnya tekanan gas itu bertambah. Hal

sebaliknya akan terjadi. Jika kamu memberikan ruang yang

lebih besar, partikel-partikel gas tersebut menjadi lebih

jarang menumbuk dinding dan tekanan gas tersebut

mengecil.

Gambar 8.40

Menurut hukum Boyle, bila volume gas

diperkecil, maka tekanan gas semakin

besar asalkan suhu gas tersebut tetap.

Gambar nomor berapakah yang tekanan

gasnya paling kecil, dan yang mana yang

paling besar

Sumber: Bakalian, et al., 1994.

255

Bab 8

Gaya dan Tekanan

255

Robert Boyle (1627-1691), seorang ilmuwan Inggris,

menjelaskan sifat-sifat gas tersebut. Menurut

hukum

Boyle

, jika kamu memperkecil volume suatu wadah gas,

tekanan gas tersebut membesar, asalkan

suhu gas

tersebut tetap

. Memperbesar volume wadah tersebut

menyebabkan tekanan gas tersebut turun. Penting untuk

dicatat bahwa hukum ini berlaku asal suhu gas tersebut

tetap.

1. Massa jenis air adalah 1,0 g/cm

. Berapa kilogram air yang dipindahkan

oleh balok besi 120 cm

yang terbenam di dalam air tersebut? Satu

kilogram beratnya 9,8 N. Berapakah gaya apung yang bekerja pada balok

itu?

2. Di dalam ruang tertutup yang volumenya 0,1 m

terdapat udara yang

tekanannya 2 atm. Menjadi berapakah tekanan udara dalam ruang tersebut,

jika volumenya dijadikan 0,05 m

, sedangkan suhunya sama?

1. Mungkinkah sebuah perahu yang dibuat dari semen dapat terapung?

Jelaskan.

2. Kamu mampu mengangkat tubuh temanmu di dalam air kolam, namun tidak mampu

jika di darat. Gaya apa yang membantumu mengangkatnya? Berasal dari manakah gaya

ini?

3. Jelaskan bagaimana prinsip bekerjanya mesin hidrolik.

4. Bagaimana tekanan dihitung?

5. Bagaimana cara mengukur tekanan udara dalam ruang tertutup?

Berpikir kritis:

Jika kamu mengisi balon dengan udara hingga menggelembung, mengikat

mulutnya, kemudian melepaskannya, balon itu akan jatuh ke lantai. Mengapa balon itu

jatuh, dan tidak melayang di udara?

Intisari Subbab

Bina Keterampilan

Menghitung

Penggunaan

Matematika

Jika kamu ingin meng-

angkat benda seberat

20.000 N, berapakah

gaya yang harus kamu

berikan pada piston

kecil, jika luas piston kecil

10 cm

dan luas piston

besar 200 cm

256

IPA SMP

Kelas VIII

Bab

A. Gaya

1. Gaya berupa tarikan atau dorongan sebuah benda yang dikerahkan pada benda

lain. Gaya pada arah yang sama digabung dengan penjumlahan. Gaya pada arah

yang berlawanan digabung dengan pengurangan.

2. Gaya-gaya setimbang yang bekerja pada sebuah benda tidak mengubah gerak benda

itu. Gaya-gaya tak setimbang selalu mengubah gerakan sebuah benda.

3. Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa gerak benda tidak akan

berubah kecuali ada resultan gaya total yang bekerja pada benda itu.

4. Terdapat gaya yang melawan gerak dua permukaan yang bersentuhan, yang disebut

gaya gesekan.

B. Gerak Dipercepat

1. Sesuai dengan hukum kedua Newton, adanya gaya resultan atau gaya total yang

bekerja pada sebuah benda menyebabkan benda tersebut bergerak dipercepat pada

arah gaya itu. Besar percepatan tersebut bergantung pada gaya dan massa benda

tersebut.

2. Di dekat permukaan Bumi, gaya gravitasi menyebabkan benda jatuh dipercepat

dengan suatu percepatan 9,8 m/s

. Dengan mengabaikan hambatan udara, semua

benda jatuh dengan percepatan itu, berapapun massanya.

3. Hambatan udara bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerak benda tersebut.

C. Aksi dan Reaksi

1. Gaya selalu bekerja berpasangan. Pasangan gaya itu desebut gaya aksi dan gaya

reaksi.

2. Gaya-gaya dalam suatu pasangan aksi-reaksi selalu sama besarnya dan berlawanan

arah.

D. Tekanan

1. Gaya yang bekerja pada suatu luasan tertentu menghasilkan tekanan.

2. Tekanan fluida disebabkan oleh partikel-partikelnya yang memiliki massa dan selalu

bergerak. Seluruh fluida memberikan tekanan sama besar ke segala arah.

5. Fluida mengalir dari tempat yang tekanannya lebih besar ke tempat yang tekanannya

lebih kecil.

4. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya apung pada sebuah benda di dalam

fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan benda itu.

5. Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada suatu fluida

diteruskan dengan besar tetap melalui fluida tersebut.

Rangkuman

257

Bab 8

Gaya dan Tekanan

257

Pasangkan Kata-kata Kunci IPA berikut dengan

pernyataan di bawahnya (tidak semua kata kunci

digunakan) .

a. gaya-gaya setimbang

b. gaya

c. gesekan

d. gaya gravitasi

e. kelembaman

gaya-gaya tak setimbang

g. berat

h. hambatan udara

hukum kedua Newton tentang gerak

hukum ketiga Newton tentang gerak

1. gaya yang melawan gerak suatu benda

yang jatuh di dekat permukaan Bumi

2. tarikan atau dorongan yang bekerja pada

sebuah benda

3. jenis gaya yang mengubah gerakan

sebuah benda

4. kecenderungan sebuah benda untuk

melawan perubahan dalam gerak

5. suatu gaya yang melawan gerak antara

dua permukaan

6. gaya yang dikerahkan oleh setiap benda

di alam terhadap benda lain

7. berhubungan dengan gaya-gaya aksi-

reaksi

8. besar gaya gravitasi pada sebuah benda

Pilihlah kata atau kata-kata yang melengkapi

kalimat atau menjawab pertanyaan berikut.

1. Berikut ini manakah yang berupa gaya?

a. kelembaman

b. gesekan

c. percepatan

d. kecepatan

2. Gaya gravitasi antara dua benda

bergantung pada ... benda itu.

a. massa

b. kelajuan

c. bentuk

d. volume

3. Gaya yang bekerja hanya antara

permukaan-permukaan yang ber-

sentuhan adalah ....

a. kelembaman

c. gravitasi

b. gesekan

d. gaya total

4. Benda dengan massa lebih besar

memiliki ... daripada benda bermassa

lebih kecil.

a. kelembaman lebih kecil

b. kelembaman lebih besar

d. berat lebih kecil

e. percepatan lebih besar

5. Gaya tak setimbang yang bekerja pada

sebuah benda bergerak menyebabkan

benda tersebut ....

a. jatuh

b.dipercepat

c. berhenti

d. melengkung

Evaluasi

Reviu Perbendaharaan Kata

Pemahaman Konsep

GAYA

258

IPA SMP

Kelas VIII

6. ... adalah gaya gravitasi pada sebuah

benda.

a. Gesekan

b. Kelembaman

c. Massa

d. Berat

7. Berikut ini, manakah yang melawan

percepatan akibat gaya gravitasi?

a. gaya aksi

b. gaya reaksi

c. hambatan udara

d. massa benda

8. Berdasarkan hukum kedua Newton, ...

sama dengan massa dikalikan

percepatan.

a. gravitasi

b. berat

c. kecepatan

d. gaya

9. Manakah yang paling baik

menggambarkan hukum ketiga Newton?

a. gerak jatuh

b. gerak melingkar

c. gerak roket

d. gerak lurus

10. Berikut ini, manakah yang tidak

berpengaruh terhadap besarnya

hambatan udara yang bekerja pada

sebuah benda?

a. massa

b. ukuran

c. bentuk

d. kelajuan

12. Apakah perbedaan antara massa dan

berat?

13. Jelaskan akibat-akibat adanya kelem-

baman dalam kehidupan sehari-hari.

14. Mengapa berat benda bermassa besar

lebih besar daripada benda bermassa

kecil?

15. Jika gaya-gaya dalam pasangan aksi-

reaksi sama besar dan berlawanan arah,

mengapa gaya-gaya itu tidak

setimbang?

Pemahaman Konsep

Jawablah Pertanyaan berikut dalam buku IPA-mu

dengan kalimat yang lengkap.

11. Baik gesekan maupun gravitasi adalah

gaya. Jelaskan paling sedikit dua

perbedaan antara keduanya.

Berpikir Kritis

16. Jelaskan mengapa kereta api yang melaju

cepat tidak dapat dihentikan mendadak.

17. Berapakah gaya yang bekerja pada mobil

1000 kg yang mem

iliki percepatan 15 m/

18. Gerak benda 12 kg dilawan oleh gaya

gesekan 30 N. Berapakah perlambatan

benda itu?

19. Kamu diminta untuk merancang jalan

pegunungan yang berkelok-kelok. Gaya

apa yang harus kamu coba perbesar

dalam merancang jalan ini? Bagaimana

kamu dapat melakukan hal ini?

20. Bulan tidak memiliki atmosfer dan

gravitasinya sekitar seperenam gravitasi

Bumi. Berdasarkan faktor-faktor ini,

jelaskan bagaimana gerakan benda-

benda di dekat bulan dibandingkan

dengan gerakan benda-benda di dekat

Bumi.

Penilaian Kinerja

21.

Mengamati dan Menginferensi

: Sebuah

mobil diam di sebuah bukit. Gaya-gaya

apa yang bekerja pada mobil itu. Apakah

gaya-gaya tersebut setimbang atau tak

setimbang? Jelaskan bagaimana kamu

mendapatkan jawabanmu.

259

Bab 8

Gaya dan Tekanan

259

22.

Menafsirkan Data:

Tabel berikut berisi

data tentang empat benda yang jatuh ke

tanah dari ketinggian dan waktu yang

sama.

5,0 g

2,0 s

5,0 g

1,0 s

30,0 g

0,5 s

35,0 g

1,5 s

Benda

Massa

Waktu jatuh

Waktu Jatuh Berbagai Benda

a. Benda manakah yang jatuh paling

cepat? Paling lambat?

b. Gaya gravitasi pada benda manakah

yang terbesar?

c. Apakah hambatan udara lebih kuat

pada A ataukah B?

Pengembangan Keterampilan

Poster:

Buatlah sebuah poster yang

memperlihatkan bagaimana sebuah

mesin roket bekerja. Gunakan hukum

ketiga Newton untuk menjelaskan

mengapa roket dapat lepas landas.

TEKANAN

Reviu Perbendaharaan Kata

Pasangkan kata-kata IPA berikut dengan dengan

frasa atau kalimat yang benar di bawahnya (tidak

semua kata IPA digunakan).

a. prinsip Archimedes

b. hukum Boyle

c. gaya apung

d. pascal

e. prinsip Pascal

tekanan

g. fluida

h. zat cair

gravitasi

cm Hg

1. bahan yang tidak memiliki bentuk

tertentu

2. besar gaya tiap satuan luas

3. satuan tekanan dalam sistem SI

4. Gaya apung pada suatu benda di dalam

suatu fluida sama dengan berat fluida

yang dipindahkan benda tersebut.

5. Gaya yang menyebabkan tekanan air

bertambah bila kedalamannya ber-

tambah.

Pilihlah kata atau kata-kata yang melengkapi

kalimat berikut.

1. Mesin-mesin hidrolik berdasarkan pada

....

a. gaya apung

b. hukum Charles

c. hukum Boyle

d. prinsip Pascal

2. Tekanan di dalam fluida bekerja ke ....

a. atas

b. bawah

c. samping

d. segala arah

3. Tekanan fluida berubah sesuai

kedalaman karena ....

a. volume

b. prinsip Archimedes

c. gravitasi

d. hukum Boyle

4. Gaya ke atas oleh suatu fluida pada

suatu benda yang berada di dalam fluida

tersebut disebut ....

a. hidrolik

b. gravitasi

c. gaya apung

d. berat

Pengecekan Konsep

260

IPA SMP

Kelas VIII

5. Gaya apung terhadap sebuah benda

sama dengan berat ....

a. benda itu

b. fluida yang dipindahkan

c. wadah fluida

d. seluruh fluida

Pemahaman Konsep

Jawablah pertanyaan berikut dalam buku IPA-

mu.

6. Apakah yang dimaksud dengan tekanan

fluida?

7. Dengan menggunakan prinsip tekanan

fluida, jelaskan bekerjanya pipet tetes.

8. Paparkan bagaimana bekerjanya mesin

hidrolik .

9. Jelaskan mengapa beratmu lebih besar

saat di luar air (di udara) daripada di

dalam air.

10. Jelaskan bekerjanya manometer pipa

terbuka.

Berpikir Kritis

11. Udara memberikan gaya sebesar 100.000

N pada permukaan atas meja,

menghasilkan tekanan 1000 N/cm

a. Berapakah luas permukaan meja

itu?

b. Berapakah gaya pada meja, jika

luas permukaan meja itu menjadi

2 kali semula?

12. Jelaskan bagaimana cara yang kamu

lakukan agar sepotong alumunium

dapat terapung di air.

13. Perahu bermuatan pasir mendekati

jembatan di atas sungai. Perahu itu tidak

dapat menerobos lewat bawah jembatan

itu. Haruskah pasir ditambahkan pada

perahu itu atau dikurangi? Jelaskan.

Penilaian Kinerja

14.

Merancang Eksperimen:

Massa jenis

emas adalah 19,3 g/cm

. Massa jenis

pirit, atau batu bijih emas adalah 5,02

g/cm

. Dengan menggunakan air raksa,

bermassa jenis 13,6 g/cm

, paparkan

sebuah eksperimen sehingga kamu

dapat mengatakan mana yang emas dan

mana yang pirit.

15.

Bertanya:

Misalkan kamu adalah seorang

wartawan yang mewawan-carai

seseorang yang baru saja membuat rekor

kedalaman menyelam. Tulislah tiga

pertanyaan yang akan kamu tanyakan.

16.

Mengenali Sebab Akibat:

Tulislah

akibat-akibat yang mungkin terjadi pada

hal-hal berikut ini.

a. Tekanan pada sebuah balon

mengecil.

b. Gaya apung sama dengan beratmu

Pengembangan Keterampilan

17.

Laporan:

Lakukan penyelidikan di

perpustakaan tentang akibat-akibat

perubahan tekanan pada tubuh

manusia, lalu tulislah laporannya.

Laporanmu sebaiknya memuat pula

segala peringatan yang harus

diindahkan berkaitan dengan

perubahan tekanan di angkasa dan di

kedalaman air.