Konsep Tekanan Hidrostatis

Fluida merupakan jenis zat yang dapat mengalir ketika diberikan tegangan geser pada permukaan. Seperti kita ketahui fluida dibedakan menjadi fluida dinamis dan statis. Pada kesempatan ini kita akan fokus pada fluida statis. Beberapa hal yang akan kita pelajari mengenai fluida statis adalah massa jenis zat, tekanan hidrostatis, hukum pascal, gaya achimides, dan gaya tegangan permukaan. Fokus pembahasan kali ini adalah massa jenis zat, dan tekanan hidrostatis. Suatu contoh aplikasi yang menggunakan desain tekanan hidrostatis adalah bendungan. Sebuah bendungan pada umumnya didesain dengan ketebalan yang berubah dengan kedalaman. Semakin ke bawah bendengan ketebalan bendungan akan semakin meningkat guna menahan tekanan hidrostatis air yang semakin membesar.

Massa Jenis zat

Suatu besaran fisika yang merupakan karakteristik suatu benda yang membedakan dengan benda lainnya adalah massa jenis zat. Sebagai contoh, air dengan minyak selain dari tampilan fisiknya, secara jelas akan berbeda pula dari massa jenisnya. Apakah suatu perhiasaan terbuat dari emas asli atau bukan? Bisa dilihat dari massa jenis perhiasan tersebut. Secara definisi massa jenis merupakan perbandingan massa suatu benda terhadap volumenya. Secara matematis dituliskan

Massa benda ditunjukkan m (kg), V menunjukkan volume benda ( meter kubik), dan rho menunjukkan massa jenis benda dalam satuan kg per meterkubik. Perlu diketahui bahwa tidak selamanya massa jenis benda dinyatakan dalam satuan internationa bisa pula dinyatakan dalam sistem cgs yaitu gram per centimeter kubik.

Kaji-1: Sebuah benda mempunyai massa jenis 4000 kg per meterkubik. Tentukanlah massa jenis benda tersebut dalam satuan gram percentimeter kubik!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Untuk mengubah dari satuan SI ke satuan sistem cgs kita cukup menggunakan konversi satuan sperti yang telah dituliskan di atas yaitu


Latih-1: Dengan menggunakan faktor konversi, sebuah benda mempunyai massa jenis 3 g per centimeterkubik. Tentukanlah massa jenis benda tersebut dalam satuan kg permeter kubik!

Kaji-2: Sebuah benda yang bermassa 200 gram dimasukkan kedalam gelas ukur yang mempunyai volume cairan 50 cc. Jika setelah dimasukkan benda volume cairan berubah menjadi 70 cc, tentukanlah massa jenis zat tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Massa jenis benda menunjukkan perbandingan massa terhadap volume benda tersebut.


Latih-2: Sebuah benda yang bermassa 100 gram dimasukkan kedalam gelas ukur yang mempunyai volume cairan 100 cc. Jika setelah dimasukkan benda volume cairan berubah menjadi 120 cc, tentukanlah massa jenis zat tersebut!

Tekanan Hidrostatis
Suatu zat cair diam akan memberikan tekanan pada setiap titik dikedalaman cairan tersebut. Tekanan tersebut muncul akibat berat cairan yang berada di atasnya. Untuk menghitung persamaan tekanan hidrostatis disuatu titik perhatikan gambar di bawah ini.

Perhatikan titik Q yang mempunyai kedalaman h dibawah permukaan air. Titik tersebut akan mendapatkan dua tekanan yaitu yang berasal dari tekanan udara luar (Po) dan tekanan yang berasal dari berat air di atasnya. Dengan mengambil bagian air yang berada di atas titik Q berbentuk balok dengan ketinggian h, kita dapat menghitung tekanan akibat berat air ini yaitu

Jelas bahwa dari persamaan akhir di atas adalah tekanan hidrostatis (Ph) suatu titik di bawah permukaan air ditentukan oleh tiga faktor yaitu kedalaman (h), massa jenis cairan, dan percepatan gravitasi (g). Hal ini menarik bahwa pada kedalaman yang sama, dan tempat yang sama tekanan yang diberikan akan berbeda ketika massa jenis cairan berbeda. Jika kita memperhitungkan tekanan udara luar (Po), tekanan total pada titik Q akan sama dengan jumlah tekanan hidrostatis ditambah tekanan udara luar.

Tekanan udara luar ditunjukkan dengan kenaikan raksa setinggi 76 mm pada sebuah akibat tekanan udara pada permukaan raksa. Tekanan ini biasanya dinyatakan dalam 1 atmosfer (atm) atau sekitar seratus ribu pascal.

Kaji-1: Sebuah titik tertentu berada pada suatu kedalam 30m di bawah permukaan air murni yang memiliki massa jenis 1000 kg permeter kubik. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada titik tersebut, dan tentukan pula tekanan totalnya ( jika tekanan udara adalah seratus ribu pascal)!

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Tekanan hidrostatis pada kedalaman 30m di bawah permukaan air adalah

Tekanan total pada titik Q adalah jumlah tekanan hidrostatis dengan tekanan udara luar.

Latih-1: Sebuah titik tertentu berada pada suatu kedalam 40m di bawah permukaan air murni yang memiliki massa jenis 1000 kg permeter kubik. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada titik tersebut, dan tentukan pula tekanan totalnya ( jika tekanan udara adalah seratus ribu pascal)!

Kaji-2: Perhatikanlah pipa U di bawah ini. Pipa diisi dengan suatu cairan (air) dan cairan lainnya yang tidak diketahui massa jenisnya (zat x).

Tentukanlah massa jenis zat cair x jika massa jenis air adalah 1000 kg permeter kubik!

Jawab:
Besaran yangdiketahui.


Konsep yang ditekankan pada permasalah ini adalah kedalaman pada titik yang sama akan mempunyai nilai yang sama. Perhatikan bidang batas air dengan zat x, pada kedalaman ini tekanan akan sama dengan kedalaman disebelah kanan yang sejajar titik tersebut.




Latih-2: Suatu pipa U diisi dengan cairan berupa air, setelah itu cairan yang tidak diketahui massa jenisnya ditambahakan kedalam pipa U sehingga terjadi kesetimbangan. Jika panjang kolom zat cair yang tidak diketahui 15 cm dan selisih ujung kedua cairan 10 cm, tentukanlah massa jenis cairan tersebut jika massa jenis air 1 gram/centrimeter kubik!

Kaji-3: Sebuah pipa diisi dengan raksa setinggi 10 cm seperti telihat pada gambar di bawah ini.

Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, tentukanlah tekanan udara yang terperangkap didalam pipa tersebut!

Jawab:

Besaran yang diketahui.

Tekanan udara luar menekan Hg ke atas sementara tekanan udara dalam pipa menekan Hg ke bawah. Jika raksa berasa dalam keadaan seimbang, tekanan oleh gaya beratnya berarah ke bawah. Nilai tekanan udara yang terperangkap adalah

Kaji-3: Sebuah pipa diisi dengan raksa setinggi 10 cm dengan kedudukan mulut pipa terbuka ke atas. Di bawah raksa dalam pipa menyisakan ruang udara yang terperangkap. Jika tekanan udara luar adalah 76 cmHg, tentukanlah tekanan udara yang terperangkap adalam pipa!