Tekanan Fisika

Kompetensi Dasar
Menyelidiki tekanan pada benda padat, cair dan gas serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Indikator
1. Menentukan salah satu besaran berhubungan dengan rumusan tekanan zat padat dan tekanan hidrostastik
2. Memberikan contoh penerapan hukum bejana berhubungan
3. Menyelesaikan masalah sederhana berhubungan dengan hukum pascal
4. Memberikan contoh penerapan hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari
5. Mengamati peristiwa yang didalamnya terdapat gejala hukum Archimedes
6. Mengamati gejala terapung, melayang, dan tenggelam ditinjau dari massa jenis dan gaya apung.
7. Mengamati peristiwa yang didalamnya mengandung konsep tekanan udara.



Perhatikan gambar ketika orang tersebut sedang bermain bola dilumpur, mereka agak kesusahan dalam berjalan atau berlari, mengapa hal ini terjadi? nah hal ini berhubungan dengan konsep tekanan. Mari kita pelajari bersama!

Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda setiap satuan luas permukaan yang ditekan.

A. Tekanan zat
Pada saat kita berjalan di atas tanah yang berlumpur jejak kaki kita akan tampak membekas lebih dalam jika dibandingkan dengan jejak kaki kita berjalan di tanah yang tak berlumpur. Gejala ini menunjukkan bahwa tekanan kaki kita pada tanah berlumpur lebih besar dibandindingkan tekanan kaki kita pada tanah yang tak berlumpur. Contoh lain dari peristiwa ini adalah pada waktu menancapkan paku runcing lebih mudah daripada paku tumpul dan dengan pisau yang tajam memudahkan kita memotong suatu benda.


Rumusan tekanan zat padat
Tekanan merupakan besarnya gaya tekan dibagi luas bidang tekan.

Secara matematis tekanan zat padat dapat di rumuskan sebagai berikut ini :

P = F/A

Keterangan:
P = tekanan (N/m2)
F = gaya tekan (N)
A = luas bidang (m2)

Faktor – faktor yang mempengaruhi tekanan adalah besarnya gaya tekan dan luas bidang tekan. Satuan tekanan = satuan gaya/satuan luas. Dalam SI besarnya tekanan ini menggunakan satuan N/m2. Satuan ini disebut juga pascal (disingkat Pa). 1 pascal = 1 N/m2


Contoh Penerapan Rumus:
1. Tekanan yang bekerja pada permukaan seluas 0,5 m2 adalah 200 000 Pa. Berapa besar gaya yang
     bekerja pada permukaan tersebut?

Penyelesaian  Diketahui: luas bidang tekan, A = 0,5 m2
Tekanan, p = 200.000 pa

Ditanya: F ?

Jawab:
F = p x A = 200 000 Pa x 0,5 m2 = 100 000 N
Jadi, besar gaya yang bekerja pada permukaan tersebut adalah 100 000 N.

2. Sebuah gaya menekan benda seluas 3 cm2, bila besar gaya itu 5 N, maka berapa tekanannya?

Penyelesaian
Diketahui: A = 3 cm2 ; F = 5 N
Ditanya: p ?
Jawab:
p = F/A = 5N/3 cm2 = 1,67 N/cm2  atau 1,67 Pa
Jadi, besarnya tekanan benda tersebut adalah 1,67 N/cm2.

3. Seorang anak mempunyai massa 25 kg berdiri di atas lantai bila luas alas sepatunya masing-masing 150
    cm2 dan g = 10 m/s2, berapakah tekanan anak terhadap lantai itu?

Penyelesaian
Diketahui: m = 25 kg ; A = 150 cm2, ada dua sepatu, berarti A = 2 x 150 cm2 = 300 cm2 ; g = 10 m/s2.
Ditanya: p ?
Jawab:
Luas alas sepatu diubah menjadi m2 sehingga
300 cm2 x 1 m2 / 10.000 m2 = 0,03 cm2

p = 25 kg x 10 m/s2
              0,03 cm2
p = 8,333 N/cm2 atau 8,333 Pa
 Jadi, tekanan anak terhadap lantai itu adalah 8,333 N/cm2




B. Tekanan Zat Cair

Kegiatan 3.1
Tujuan : Menunjukkan tekanan hidrostatik.
Alat dan Bahan : Botol air mineral ukuran 1 liter air, paku, plester, dan mistar (penggaris).
Langkah Kegiatan:

1. Lubangilah botol air mineral dengan paku pada tiga tempat dengan ketinggian yang berbeda.
2. Tutuplah ketiga lubang bekas tusukan paku plester.
3. Isilah botol dengan air sampai penuh.
4. Bukalah tutup lubang yang paling tinggi, amati pancaran air yang terjadi!
    Lalu catatlah jarak pancaran air dari botol dengan menggunakan mistar.
5. Tutup kembali lubang yang dibuka.
6. Bukalah tutup lubang kedua paling tinggi, amati pancaran air yang terjadi! Catatlah jarak pancaran air dari botol dengan mistar!
7. Tutup kembali lubang yang dibuka.
8. Bukalah tutup lubang yang paling rendah, amati pancaran air yang terjadi! Catatlah jarak pancaran air dari
    botol dengan mistar!
9. Bandingkan jarak pancaran air pada ketiga lubang tadi! Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini!
10. Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini!

Gambar bendungan yang menggunakan prinsip tekanan zat cair semakin ke bawah tekanan zat cair semakin besar.


Secara matematis tekanan zat cair dapat di rumuskan sebagai berikut ini :

P = ρ . g . h


Keterangan:
P = tekanan (N/m2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2 atau N)
h = tinggi zat cair (m)

Tekanan pada zat cair dipengaruhi oleh massa jenis, gaya, ketinggian zat cair. Permukaan zat cair bermassa jenis sama dalam keadaan diam di dalam bejana berhubungan selalu mempunyai permukaan yang sejajar. Apabila ada zat cair yang bermassa jenis tidak sama dimasukkan ke dalam bejana berhubungan, maka kedua benda cair tersebut tidak akan bercampur, sehingga permukaan kedua zat cair tersebut tidak sama tinggi.


Contoh Penerapan Rumus:
Sebuah bak berisi air setinggi 50 cm. hitung tekanan hidrostatisnya pada dasar bak bila g = 10 m/s2!

Penyelesaian
Diketahui: massa jenis air ρ = 1.000 kg/m3
h = 50 cm = 0,50 m
g = 10 m/s2
Ditanya: p ?
Jawab: P = ρ x g x h = 1.000 kg/m3 x 10 m/s2 x 0,50 m = 5.000 kg.m/s2 = 5.000 N/m2

a. Hukum utama Hidrostatika
Persamaan p = ρ . g . h menyatakan bahwa tekanan hidrostatik pada suatu titik di dalam suatu zat cair bergantung pada massa jenis zat cair dan letak titik tersebut di bawah permukaan zat cair. Artinya, di dalam satu jenis zat cair (misal, air dalam suatu wadah) tekanan hidrostatik hanya bergantung pada letak titik tersebut dari permukaan zat cair (kedalaman). Untuk semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama, tekanan hidrostatiknya sama.

Gambar: Titik-titik pada ketinggian yang sama dalam zat cair sejenis akan mengalami tekanan yang sama.

Karena permukaan zat cair terletak pada bidang datar, titik-titik yang memiliki tekanan yang sama terletak juga pada suatu bidang datar. Dapat disimpulkan bahwa semua titik yang terletak pada bidang datar di dalam satu jenis cair, memiliki tekanan yang sama. Pernyataan ini kita sebut sebagai hukum utama hidrostatika.

b. Bejana Berhubungan Bejana berhubungan adalah sebuah bejana yang mempunyai beberapa pipa yang saling berhubungan.

Kegiatan 3.2
Tujuan : Mengamati posisi permukaan zat cair dalam bejana berhubungan.
Alat dan Bahan :
- Sebuah bejana berhubungan
- Air secukupnya
- Minyak goreng secukupnya
- Spiritus secukupnya
Langkah Kegiatan:
1. Tempatkan bejana dalam posisi tegak. Isilah air ke dalam bejana tersebut sampai hampir penuh.
2. Amati tinggi permukaan air pada setiap mulut bejana. Bagaimana posisi permukaan zat cair pada berbagai mulut bejana tersebut?
3. Miringkan bejana dan amati kembali posisi permukaan air. Bagaimana posisi permukaan air pada setiap
    mulut bejana?
4. Ganti air dengan spiritus. Lakukan kembali langkah 1 hingga 3.
5. Ganti spiritus dengan minyak goreng. Lakukan kembali langkah 1 hingga 3.
6. Adakah perbedaan posisi permukaan pada berbagai zat cair di atas?
7. Tuliskan kesimpulan dari kegiatan ini.


Contoh peralatan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum bejana berhubungan antara lain kendi, teko, pembuatan dam, dan menara penampung air.

Sebuah pipa U diisi dengan air, kemudian pada kaki kiri diisi dengan minyak, maka permukaan air pada kaki kanan akan turun dan pada kaki kiri akan naik. Hal ini karena massa jenis minyak lebih kecil dari massa jenis air sehingga akan terdesak air ke atas. Akibatnya air pada kaki kanan akan turun.


Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika bejana diisi dengan zat cair yang tidak sejenis, bejana digoyang-goyangkan, salah satu kaki bejana ada yang berupa pipa kapiler, bejana ada yang mendapat tekanan yang tidak sama.

 

                                               Gambar. . waterpas penggunaan bejana berhubungan

Contoh Aplikasi dalam soal:

1. Sebuah pipa U berisi air dan minyak seperti pada gambar di bawah. Tinggi kolom minyak dan air pada kedua kaki adalah 3 m. Jika massa jenis air 1.000 kg/m3, maka hitung massa jenis minyak!

Penyelesaian
Diketahui: hA = 15 m ; ρair = 1.000 kg/m3
Ditanya: ρminyak?
Jawab:
Titik A ditekan oleh minyak setinggi hA = 15 m dan titik B ditekan oleh air setinggi hB. Selisih tinggi minyak dan air (h) adalah hA – hB.
h = hA – hB
3 = 15 – hB à hB = 15 – 3 = 12 m

ρA = ρB

ρminyak . g . hA = ρair . g . hB
ρminyak . 15 m = 1 000 kg/m3 . hB
ρminyak =
Jadi, massa jenis minyak adalah 800 kg/m3

2. Pipa U diisi dengan air (massa jenis 1 g/cm3). Kemudian, ke dalam pipa sebelah kanan ditambahkan zat cair lain. Tinggi permukaan air di atas garis batas adalah 6 cm, sedangkan tinggi permukaan zat cair yang dimasukkan adalah 3 cm. Berapakah massa jenis zat cair yang dimasukkan?

Penyelesaian
Diketahui: Massa jenis air, ρ1 = 1 g/cm3
Tinggi air, h1 = 6 cm
Tinggi zat cair lain, h2 = 3 cm
Ditanya: ρ2?
Jawab:

ρ2 = ρ1 h1 = 1 g/cm3 x 6 cm  = 2 g/cm3
            h2              3 cm
Jadi, massa jenis minyak adalah 2 g/cm3

Prinsip Pascal

Bunyi Hukum Pascal : gaya yang bekerja pada suatu zat cair dalam ruang tertutup, tekanannya akan diteruskan oleh zat cair ke segala arah dengan sama rata atau sama besar.






Perhatikan Gambar ! tekanan yang diberikan kepada pengisap kiri (A1) akan diteruskan oleh zat cair ke segala arah, dalam hal ini ke kanan terus ke atas, dan menekan pengisap kanan (A2).

Besar tekanan di pengisap kiri = F1/A1 dan tekanan di pengisap kanan = F2/A2
Tekanan ini sama besar sehingga F1/A1 = F2/A2 atau F1.A2 = F2.A1
Dengan :
F1 = gaya pada tabung 1
F2 = gaya pada tabung 1A1 = luas area pada tabung 1A2 = luas area pada tabung 1

Tekanan dalam zat cair sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari. Banyak peralatan yang menggunakan prinsip Pascal antara lain dongkrak hidrolik, rem hedrolik, mesin pengangkat mobil hidrolik, dan kempa hidrolik.



Contoh Aplikasi dalam soal:

Perhatikan gambar di samping. Jika diketahui F1 pada tabung kiri adalah 1 N, luas tabung kiri adalah 2 cm2, dan luas tabung tekanan adalah 10 cm2, maka berapa gaya ke atas pada tabung kanan (F2)?

Penyelesaian
Diketahui: F1 = 1 N; A1 = 2 cm2; A2 = 10 cm2;
Ditanya: F2?
Jawab:
F1 = F2
A1    A2

F2 = F1.A2 = 1 N x 10 cm2 = 5 N
            A1            2 cm2
Jadi, massa jenis minyak adalah 5N



Hukum Archimedes
Suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya angkat yang sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan benda itu. Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya akan mendapat gaya angkat oleh zat cair sebesar berat zat cair yang dipindahkan, hal ini merupakan bunyi dari hukum Archimedes.


Alat – alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Archimedes antara lain pembuatan kapal laut, galangan kapal, kapal selam, balon udara.

Secara matematis yang ada hubungan gaya apung dapat dituliskan sebagai berikut ini :

w’ = w - Fa

dengan:
Fa = gaya apung atau gaya ke atas (N)
w = gaya berat benda di udara (N)
w' = gaya berat benda di dalam air (N)

• Gaya apung juga dapat dituliskan sebagi berikut ini :

Fa =ρ . g . h

Contoh Aplikasi dalam soal:

Sebuah balok kayu mempunyai volume  400 cm³ dicelupkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kg/m³. Bila berat balok 9 N, hitunglah berat balok di dalam air!

Penyelesaian

Diketahui: V_kayu = V_air = 400 cm³ = 4 x 10^-4 m³

             ρ _air = 1.000 kg/m³

            w _{kayu di udara} = 9 N

    

Ditanya: w _{kayu di air}?

Jawab:

F_A = ρ _air . g . V_air

     = 1.000 kg/m³ . 10 m/s² . 4 . 10^-10 m³ = 4 N

Berarti,

w _{kayu di air} = w _{kayu di udara} - F_A

          = 9 N – 4 N = 5 N

Jadi, berat balok di dalam air adalah 5N




Terapung Tenggelam dan Melayang

1. Benda terapung
Benda dikatakan terapung jika berat jenis benda lebih kecil daripada berat jenis zat cair dan Berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair.

2. Benda melayang
Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat cair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair.

3. Benda Tenggelam Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar daripada berat jenis zat cair dan berat benda lebih besar daripada gaya ke atas zat cair.




C. Tekanan Udara

Tekanan udara di permukaan laut rata-rata sebesar 1 atm atau 76 cmHg. Makin rendah suatu tempat, makin besar tekanannya. Sebaliknya, makin tinggi suatu tempat, makin rendah tekanannya. Setiap kenaikkan 100 m tekanan udara berkurang sebesar 1 mmHg. Hal ini telah diselidiki dan dibuktikan oleh Torriceli.

h = 76 - Ph x 10
         0,1
Keterangan:
h = ketinggian tempat di atas permukaan laut.
Ph = tekanan tempat di atas permukaan laut

Udara merupakan benda gas yang sangat erat hubungannya dengan kehidupan kita. Udara yang meliputi bumi mempunyai berat yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Karena udara memiliki berat, maka udara juga memiliki tekanan. Besarnya tekanan udara ditentukan oleh tinggi suatu tempatnya dari permukaan air laut.





Contoh Aplikasi dalam soal:
Kota Bandung memiliki ketinggian 700 m di atas permukaan laut, berapa tekanan udaranya?

Penyelesaian
Diketahui: hkota Bandung = 700 m dpl
Ditanya: ρ udara kota Bandung?
Jawab:
Berkurangnya tekanan = 700 m x 1 cmHg = 7 cmHg
                                      100 m
Maka tekanan udaranya = 76 cmHg – 7 cmHg = 69 cmHg
Jadi, tekanan udara di kota Bandung sebesar 69 cmHg


Hukum Boyle
Semua zat memiliki massa dan menempati ruangan, tidak terkecuali zat gas. Hasil kali tekanan dengan volume suatu gas adalah tetap asal suhu zat tetap. Sebagai contoh adalah jika kita memompa ban sepeda, udara bisa masuk ke dalam ban jika pompa penghisap kita tekan, akhirnya udara masuk. Hukum Boyle secara matematis dapat dirumuskan sebagi berikut :

ρ V = k

Jadi, yang tetap dalam keadaan ini adalah suhunya. Pada banyak kejadian, tekanan dan volume tempat tertutupnya berubah. Namun, keadaan ini tetap memenuhi hukum Boyle. Oleh karena itu, dapat juga dinyatakan sebagai:

ρ1 . V1 = ρ2 . V2

Keterangan:
ρ1 = Tekanan pertama (atm)
ρ2 = Takanan kedua (atm)
V1 = Volume pertama 1 (m3)
V2 = Volume kedua (m3)

Penerapan Tekanan dalam Kehidupan Sehari-hari
a. Jarum suntik
Cara kerja jarum suntik adalah dengan menekan klep ke depan sehingga udara di dalamnya akan mendesak cairan obat untuk keluar melalui jarum suntik.

b. Tempat minum unggas
Prinsip kerja tempat minum unggas adalah udara terperangkap dalam botol terbalik menekan air keluar, tetapi karena air yang berada di luar mendapat tekanan udara luar yang lebih besar, maka air dalam botol tidak tumpah.

c. Pompa sepeda
Prinsip pompa sepeda sama seperti jarum suntik. Ketika kita menekan gagang piston, maka udara akan keluar melalui selang pompa.

d. Alat-alat yang bekerja berdasarkan bejana berhubungan, antara lain:
1) Pompa hidrolik
2) Mesin press

e. Alat-alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara, antara lain:
1) Barometer air raksa
2) Barometer aneroid (barometer tanpa zat cair)
3) Altimeter (alat untuk mengetahui ketinggian pada pesawat terbang)
4) Manometer.


MANOMETER
Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup.
Manometer terdiri 2 macam.
a) Manometer air raksa
b) Manometer logam

Manometer air raksa ada 2 jenis
1) Manometer terbuka
2) Manometer tertutup

1. Manometer Terbuka
Rumus:
Tekanan= Sikap barometer + selisih tinggi air raksa

P = B + h

Keterangan:
P = Tekanan gas dalam reservoir
B = Sikap barometer
h = Selisih tinggi raksa

2. Manometer Tertutup
Manometer tertutup adalah manometer yang dihubungkan dengan pipa U tertutup. Sebelum keran dibuka (gambar 1), kaki manometer tertutup berisi udara. Misalkan panjang kolom udara adalah I1, dan tekanan adalah P. permukaan air raksa di kedua kaki sama tinggi. Setelah keran dibuka (gambar 2), air raksa di kaki kiri turun dan dikaki kanan naik. Tinggi kolom udara da-lam kaki tertutup sekarang menjadi I2, dimana I2, lebih kecil daripada I2. Dalam hal ini, untuk mencari besarnya P2 digunakan hukum Boyle.

P1 . V1 = P2 . V2
P1 . l1 . A = P2 . l2 . A
P1 . l1 = P2 . l2

Apabila tinggi kolam udara mula-mula= l1 dan setelah keran dibuka tinggi kolom udara menjadi = l2, berarti air raksa di kaki kanan naik setinggi (l1 - l2). Sehingga selisih permukaan air raksa di kedua kaki adalah= 2 (l1 - l2).

Maka: Tekanan di kaki A= tekanan di kaki B

P = P2 + 2 (l1 - l2)

Keterangan:
P = Tekanan gas dalam ruang (atm)
P2 = Tekanan di kaki kanan (atm) (l1 - l2)= Selisih permukaan air raksa pada kedua kaki tabung (cm)

Soal dan Pembahasan


1. Sebuah balok berukuran 4m x 3m x 2m mempunyai berat 600 N. Balok ini diletakkan di atas tanah.
    Gambarkan posisi balok agar memberikan tekanan pada tanah:
    a. Sebesar mungkin
    b. Sekecil mungkin
    c. Berapakah besar tekanan yang diberikan balok pada kedua posisi tadi?
 Penyelesaian:
Semakin luas bidang sentuh semakin kecil tekanan, sebaliknya sebagian kecil luas bidang sentuk tekanan semakin besar.
a. Sebesar mungkin

b. Sekecil mungkin



c. Diketahui : w = 600 N
   (a) Luas bidang sentuh A = p x l = 3m x 2m = 6m2
   (b) Luas bidang sentuh A = p x l = 4m x 3 m = 12 m2
Ditanya = tekanan P = ….?
Jawab:
(a) P = w/A = 600N/6m2 = 100 N
(b) P = w/A = 600N/12m2 = 50N

2. Sebuah truk yang massanya 10 ton berhenti di tepi jalan raya. Massa truk dipikul oleh 6 buah roda yang
     masing-masing mempunyai luas kontak 50 cm2 dengan permukaan jalan. Berapakah tekanan yang
     dialami jalan tempat truk itu berhenti?

Penyelesaian:
Diketahui : massa m = 10 ton = 10.000 kg
Luas bidang sentuh A = 6 x 50 cm2 = 300 cm2 = 0,03 m2

Ditanya P = …?
Jawab:
P = w = 10000kg
       A    0,03m2
= 333333,3 Pa = 3,3 x 10-6 Pa

3. Dalam sebuah pipa U terdapat 3 jenis zat cair, yaitu air, minyak, dan raksa. Pada kaki yang satu terdapat
    air dan raksa, sedangkan kaki yang lain terdapat minyak dan raksa. Tinggi raksa dari garis batas sama
    dengan tinggi minyak, yaitu 10 cm. Jika ρair = 1 g/cm3, ρminyak =0,89 g/cm3, ρraksa =13,6 g/cm3,
    berapakah tinggi air dari garis batas? Garis batas diambil pada batas antara air dan raksa.

Penyelesaian:
Diketahui : tinggi h minyak = 10 cm
massa jenis ρair = 1 g/cm3
ρ minyak =0,89 g/cm3
ρ raksa =13,6 g/cm3
Ditanya tinggi h air = …?
Jawab:


4. Sebuah bak berisi air setinggi 50 cm. hitung tekanan hidrostatisnya pada dasar bak bila g = 10 m/s2!
Penyelesaian:
Diketahui : tinggi h air = 50 cm = 0,5m, g = 10 m/s2
ρ air = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3
Ditanya tinggi Ph = …?
Jawab:
Ph = ρ . g . h
= 1000 x 10 x 0,5
= 5000 N/m2

5. Sebuah desa berada pada ketinggian 500 m diatas permukaan laut. Berapakah tekanan udara di desa itu?
Penyelesaian:
Diketahui : tinggi h = 500m dpl
Ditanya P= …?
Jawab:
Jumlah tekanan yang berkurang = 500m dpl x 1cmHg = 5 cmHg
                                                         100m dpl
Maka tekanan P di desa itu = 76 cmHg – 5 cmHg = 71 cmHg



6. Gas di dalam sebuah tabung tertutup memiliki volume 120 cm3 dan tekanan 2 atm. Berapakah
    tekanannya sekarang jika volume gas dikurangi menjadi 100 cm3?

Penyelesaian:
Diketahui : volume V1 = 120 cm3
ρ1 = 2 atm
V2 = 100 cm3
Ditanya tekanan ρ2= …?
Jawab:
ρ1 . V1 = ρ2 . V2
ρ2 = ρ1 . V1
           V2
= 2 atm x 12 . 10-5 m3
           10-4 m3
= 2,4 atm

7. Perhatikan gambar di bawah.


Berapa gaya ke atas pada tabung kanan (F2)?
Penyelesaian:
Diketahui : gaya tekan F1 = 10N
A1 = 20cm2
A2 = 100 cm2
Ditanya tekanan tekan F2= …?
Jawab:
F1 = F2
A1   A2
F2 = F1 . A2
           A1
= 10 N x 100 cm2
         20 cm2
= 1000 N
      20
= 50 N

7.      Sebuah benda dengan massa 10 kg diletakkan di atas meja berukuran 50 cm x 100 cm. Jika percepatan gravitasi di tempat itu = 10 m/s², maka tekanan yang dialami oleh alas permukaan meja tersebut adalah ….

A.     0,002 N/m²

B.     20 N/m²

C.     200 N/m²

D.     2.000 N/m²

Pembahasan:

Gaya yang bekerja pada permukaan meja tersebut adalah gaya berat benda, yang besarnya sama dengan :

F = w = m . g = 10 kg . 10 m/s² = 100 N

Tekanan yang dialami permukaan meja sama dengan:

p = F/A

dengan F = 100 N  dan A = 0,5 m x 1 m = 0,5 m², diperoleh:

p = 100N/0,5m² = 200 N/m²

                                                                                          Jawaban : C

8.      Sebuah tabung berisi zat cair yang tingginya 0,12 m. Jika berat jenis zat 500 N/m³, maka tekanan hidrostatik dalam tabung tersebut adalah ….

A.     6 N/m²

B.     7 N/m²

C.     17 N/m²

D.     60 N/m²

Pembahasan:

Tekanan hidrostatik dalam tabung tersebut dapat dirumuskan sebagai:

p = ρ . g . h

dengan h = 0,12 m  dan ρg = berat jenis = 500 N/m³, diperoleh:

p = 500 N/m³ x 0,12 m = 60 N/m³

                                                                                          Jawaban : D

9.      Perhatikan gambar berikut ini

Jika sistem dalam keadaan seimbang, maka besarnya gaya F2 adalah :

A.     1,2 N

B.     6 N

C.     30 N

D.     300 N

Pembahasan:

Menurut hukum Pascal :

 p1 = p2

F1/A1 = F2/A2  Û  F2  = (A2/A1) . F1

Dengan F1 = 6 N, A2 = 50 cm², dan A1 = 10 cm², diperoleh:

F2 = (50 cm²/10 cm²) x 6 N = 30 N

                                                                                          Jawaban : C

10.      Seperempat bagian suatu benda muncul di permukaan ketika dieclupkan dke dalam minyak tanah. Jika massa jenis minyak tanah 0,8 g/cm³, maka massa jenis benda tersebut adalah ….

A.     0,20 g/cm³ 

B.     0,64 g/cm³ 

C.     0,81 g/cm³ 

D.     1,20 g/cm³ 

Pembahasan:

Jika volume benda yang tenggelam/tercelup dinyatakan sebagai Vb dan volume benda seluruhnya adalah V, maka dapat diturunkan suatu hubungan sebagai berikut:

Wb  =  Fa  (hukum Archimedes)

V . ρb . g  = Vb . ρm . g  Û  ρb = (Vb/V) . ρm

Dengan :

V = volume benda seluruhnya = 1 bagian

Vb = volume benda yang tercelup = 4/5 bagian

Ρb  = massa jenis benda

ρm  = massa jenis minyak = 0,8 g/cm³ 

diperoleh :

ρb = (4/5)/1 x 0,8 g/cm³  = 0,64 g/cm³ 

                                                                                          Jawaban : B

11.   Besarnya tekanan udara luar pada suatu tempat yang mempunyai ketinggian 1.250 meter di atas permukaan laut adalah ….

A.     88,5 cmHg

B.     63,5 cmHg

C.     52,0 cmHg

D.     12,5 cmHg

Pembahasan:

Setiap bertambah ketinggian 10 m, tekanan udara luarnya berkurang sebesar 1 cmHg. Pada ketinggian 1.250 meter berkurang sebesar:

(1.250/10) x 1 mmHg = 125 mmHg = 12,5 cmHg

Tekanan udara luar di pantai = 76 cmHg

Jadi, tekanan udara luar di suatu tempat yang ketinggian 1.250 meter  adalah 76 cmHg – 12,5 cmHg = 63,5 cmHg.

Jawaban : B

12.  Perhatikan gambar berikut!

Jika tekanan udara luar = 73 cmHg, maka tekanan gas dalam ruang tertutup R sama dengan ….

A.     61 cmHg

B.     73 cmHg

C.     79 cmHg

D.     85 cmHg

Pembahasan:

Dari gambar tampak bahwa tekanan gas dalam ruang tertutup R lebih besar daripada tekanan udara luar; perhatikan bahwa raks dalam pipa yang terbuka, permukaannya lebih tinggi daripada permukaan raksa pada  pipa yang dihubungkan dengan ruang gas. Oleh karena itu digunakan rumus:

P gas = P udara + h

P gas = (73 + 12) cmHg = 85 cmHg

Jawaban : D

Latihan Mandiri

1.      Mengapa alat-alat untuk memotong harus runcing dan tajam? Jelaskan konsep apa yang digunakan pada alat tersebut.

2.      Mengapa air sumur terus berisi air? Dari manakah air tersebut? Jelaskan dengan konsep bejana berhubungan.

3.      Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 100 N. Setelah ditimbang di dalam air, beratnya menjadi 80 N. Apakah berat benda ada yang hilang? Jelaskan. Hitung gaya apung yang bekerja pada benda tersebut.

4.      Mengapa jika pendaki gunung yang mendaki di ketinggian yang terlalu tinggi, hidungnya bisa berdarah? Jelaskan pendapatmu.

5.      Jika tekanan gas di dalam ruang tertutup 2 atm pada volume 10 cm³ ditekan sehingga volumenya menjadi 2 cm³. Hitung tekanan yang terjadi akibat volumenya mengecil.