Hukum Pascal dan Fluida Statis

PENGERTIAN FLUIDA

Fluida merupakan zat alir, yaitu zat dalam keadaan bisa mengalir. Yang termasuk fluida adalah    zat cair dan gas. Fluida dalam fisika dikelompokkan menjadi dua, yaitu fluida statis dan dinamis.Yang kita maksud dengan fluida disini adalah suatu bentuk materi yang mudah mengalir misalnya zat cair dan gas. Sifat kemudahan mengalir dan kemampuan untuk menyesuaikan dengan tempatnya berada merupakan aspek yang membedakan fluida dengan zat benda tegar. Meskipun demikian hukum-hukum yang berlaku pada dua sistem ini tidak berbeda. Pada bagian ini kita akan meninjau fluida dalam keadaan tidak mengalir, contohnya air di dalam suatu wadah atau air di danau/waduk.

PENGERTIAN FLUIDA STATIS

Fluida Statis Adalah fluida yang bagian-bagiannya tidak mengalami perpindahan Dapat juga dikatakan bahwa fluida yang diam adalah fluida yang memiliki kecepatan nol. Fluida yang diam memiliki sifat seperti: tekanan dan tegangan permukaan.

BESARAN PADA FLUIDA STATIS

Aspek pertama yang kita dapati ketika kita berada dalam suatu fluida (zat cair) yaitu tekanan. Kita merasakan ada tekanan pada tubuh kita yang berada di dalam zat cair.

Setelah kita tau pengertian dasar tentang Fluida Statis, pembahasan selanjutnya akan masuk ke pembahasan tentang Tekanan

TEKANAN

Pengertian tekanan akan mudah kita pahami setelah kita menjawab pertanyaan-pertanyaan di bawah ini.

Mengapa pisau yang tajam lebih mudah memotong dari pada pisau yang tumpul ?

Mengapa paku yang runcing lebih mudah menancap kedalam benda dibandingkan paku yang kurang runcing?

Pertanyaan diatas sangat berhubungan dengan konsep tekanan. Konsep tekanan identik dengan gaya, gaya selalu menyertai pengertian tekanan. Tekanan yang besar dihasilkan dari gaya yang besar pula, sebaliknya tekanan yang kecil dihasilkan dari gaya yang kecil. Dari pernyataan di atas dapat dikatakan bahwa tekanan sebanding dengan gaya. Mari kita lihat orang memukul paku sebagai contoh. Orang menancapkan paku dengan gaya yang besar menghasilkan paku yang menancap lebih dalam dibandingkan dengan gaya yang kecil. 

Pengertian tekanan tidak cukup sampai disini. Terdapat perbedaan hasil tancapan paku bila paku runcing dan paku tumpul. Paku runcing menancap lebih dalam dari pada paku yang tumpul walaupun dipukul dengan gaya yang sama besar. Dari sini terlihat bahwa luas permukaan yang terkena gaya berpengaruh terhadap tekanan. Luas permukaan yang sempit/kecil menghasilkan tekanan yang lebih besar daripada luas permukaan yang lebar. Artinya tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan.Penjelasan di atas memberikan bukti yang sangat nyata pada pengertian tekanan. Jadi, tekanan dinyatakan sebagai gaya per satuan luas. Pengertian tekanan ini digunakan secara luas dan lebih khusus lagi untuk Fluida. Satuan untuk tekanan dapat diperoleh dari rumus di atas yaitu 1 Newton/m² atau disebut dengan pascal. Jadi 1 N/m²=1 Pa (pascal). Bila suatu cairan diberi tekanan dari luar, tekanan ini akan menekan ke seluruh bagian cairan dengan sama prinsip ini dikenal sebagai hukum Pascal.

Sementara itu analogi tentang tekanan didalam fluida itu adalah seperti yang dibawah ini.

Misal kita sedang berendam di dalam air, apa yang kita rasakan ? Seolah-olah air menekan seluruh tubuh kita yang bersentuhan dengan air. Tekanan ini semakin besar apabila kita masuk lebih dalam ke dalam air. Fenomena apa yang ada dibalik peristiwa ini ? Pernyataan ini mengandung pengertian bahwa fluida memberikan tekanan terhadap benda yang berada di dalamnya. Pengertian ini diperluas menjadi tekanan pada fluida tergantung pada ketebalannya atau lebih tepatnya kedalamannya. Udara/atmosfer terdiri dari gas-gas yang juga merupakan bentuk dari fluida. Maka udara juga akan memiliki tekanan seperti definisi di atas. Tekanan udara kita anggap sama untuk ketinggian tertentu di atas bumi namun untuk ketinggian yang sangat tinggi di atas permukaan bumi besarnya menjadi berbeda. Hal ini dapat dilakukan karena udara kita anggap kerapatannya kecil sehingga untuk titik-titik yang tidak terlalu jauh perbedaan ketinggiannya bisa dianggap sama. Tekanan di dalam fluida disebut tekanan hidrostatis (Ph). Tekanan hidrostatis didefinisikan sebagai tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair dalam wadah, maka semakin berat zat cair itu. Sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan.

Rumus Tekanan

Soal 1:

Luas permukaan satu sepatu wanita ini 0,0001 m². Massa wanita 60 kg. Luas permukaan satu kaki gajah 0,1 m².Massa gajah 3 ton. Kaki siapa yang lebih mudah terperangkap di tanah liat ?

Jawaban :

Jadi, kaki gajah lah yang paling mudah terperangkap ditanah liat, karena, massa gajah yang besar dibagi dengan Luas Permukaan kaki gajah yang luas, meghasilkan kaki dari gajah yang lebih mudah terperangkap di tanah liat, Ketimbang sepatu wanita dengan massa wanita dan luas permukaan dari sepatu wanita yang kecil, namun dilain sisi gajah memiliki keseimbangan yang baik karena massa  gajah yang besar diseimbangi oleh Luas Permukaan kaki gajah yang luas pula dan, dengan memiliki luas permukaan dari kaki yang luas, membuat gajah dapat berlari dengan sangat cepat.

Aplikasi Tekanan.

   

Hukum Pascal

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Berdasarkan hukum ini diperoleh prinsip bahwa dengan gaya yang kecil dapat menghasilkan suatu gaya yang lebih besar. Prinsip-prinsip hukum Pascal dapat diterapkan pada alat-alat seperti pompa hidrolik, alat pengangkat air, alat pengepres, alat pengukur tekanan darah (tensimeter), rem hidrolik, dongkrak hidrolik, dan dump truk hidrolik.

Soal 2:

Mengapa Tong-nya hancur ? dan Mengapa tidak bolong saja di titik tertentu ?

Jawabannya :

Blaise Pascal melakukan pengujian ini pada tahun 1646 menggunakan pipa vertikal dengan panjang 10 m dan sebuah tong anggur. Pascal mengisi tong terlebih dahulu dengan air sampai penuh. Lalu memasukkan pipa ke dalam tong sebelum mengisinya dengan air. Sambil memasukan lebih banyak air dengan pipa, tiba-tiba, tong meledak . Ini juga dapat dijelaskan dengan hukum yang saat itu ditemukan. Pertama, air memiliki berat. Sama seperti air yang lebih banyak dituangkan ke tong melalui pipa, lalu air melakukan tekanan yang lebih besar kepada air yang dibagian bawah pipa. Dan Menekan dinding tong pada semua arah, ketika tekanan air terlalu besar, tong meledak. Hal ini menunjukkan bahwa tekanan yang diberikan pada cairan mampat mengerahkan tekanan ke segala arah yang menyebabkan tong meledak bukannya menciptakan sebuah lubang di titik tertentu yang dapat melepaskan tekanan.

Aplikasi Hukum Pascal

Hydraulic Press

Semua sistem hidrolik mengirimkan kekuatan melalui cairan, Cairan tidak dapat dikompresi seperti gas, Jadi jika 1cm³ cairan daun pompa, 1 cm³ pula lah cairan harus masuk ke motor, Jika tidak berarti ada kebocoran disuatu tempat, sebuah sistem hidrolik sederhana ditampilkan dibawah ini :

Motor dapat menjadi silinder sederhana dengan piston. Hal ini karena motor disebut penggerak. Dalam hal ini, ram adalah motor, sebuah silinder yang ada piston yang bergerak ketika minyak dipompa di sistem ini bertindak sebagai kekuatan pengganda. Sebuah kekuatan kecil digunakan untuk membuat sebuah kekuatan besar. Prinsip utama dari bekerja dengan sistem hidrolik adalah bahwa tekanan adalah sama di seluruh. Tekanan di motor adalah sama dengan tekanan dalam pompa. Juga tekanan hidrolik bertindak merata ke segala arah .

Tekanan hidrolik didefinisikan sebagai :

gaya per satuan luas 

Tekanan = gaya ÷ daerah

Dalam rumus Fisika :

Dalam bentuk Segitiga Pascal :

Unit untuk tekanan yang newton per meter persegi ( N m ^{- 2} ) atau pascal ( Pa )

1 Pa = 1 N m^{- 2}

Jika Anda menggunakan pascal, Anda harus mengubah sentimeter persegi untuk meter persegi

1 cm² = 1 × 10-4 m²

Soal 3 :

Misalnya sebuah sistem hidrolik bekerja seperti ditunjukkan di bawah ini :

Gaya yang diterapkan untuk pompa adalah 5 N dan daerah adalah 10 cm2 . Ram yang bertindak sebagai motor memiliki luas 250 cm2 . Menghitung:

( a) Tekanan pascal di dalam sistem

( b ) Gaya dari ram

( c ) Faktor dimana gaya dikalikan

Menjawab

( a) wilayah Tekanan = gaya ÷ = 5 N ÷ ( 10 × 10-4 ) = 5000 Pa

( b ) Angkatan = tekanan × daerah = 5000 × ( 250 × 10-4 ) = 125 N

( c ) Factor dimana kekuatan dikalikan = 125 ÷ 5 = 25 kali .

Perhatikan bahwa daerah ram adalah 25 kali lebih besar dari luas pompa.

Seperti halnya kekuatan pengganda, pompa harus pergi lebih jauh dari pada motor. Dalam hal ini langkah dari pompa akan 25 kali lebih jauh dari langkah ram  Hal ini karena pompa telah melakukan jarak  langkah 25 kali dalam arah gaya untuk melakukan pekerjaan yang sama dari pekerjaan yang dilakukan oleh ram itu ( 25 kali gaya )

Aplikasi Hukum Pascal

  

Soal 3 :

1. Hitung luas area piston ram ?
2. Hitung gaya yang bekerja pada piston ram ?
3. Hitung tekanan pada minyak di bawah ram ?
4. Berapa tekanan pada pompa? Jelaskan ?
5. Hitung gaya yang dibutuhkan untuk menjalankan pompa ?
6. Tentukan faktor kelipatan gayanya
7. Tentukan rasio stroke-nya (langkah) ?
8. Hitung stroke yang dibutuhkan untuk mengangkat sejauh 5 cm ? Untuk setiap stroke ram naik 0,12 cm. Untuk ram naik 5 cm berapa piston pompa harus naik dan turun (stroke)?
9. Hitung momen pada pompa ?
10. Hitung momen pada ujung pegangan ?
11. Hitung berapa gaya yang dibutuhkan seseorang untuk menekan  pegangan ?
12. Hitung faktor kelipatan gayanya ?

Jawab

1. Luas area ram = luas lingkaran = 1,96 × 10^-3 m²
2. F_R = Berat beban = 100.000 N
3. P_R = F_R/A_R = 5,1 x 107 Pa
4. Radius = 0.5 × 10^-2 m²Area = p × (0.5 × 10^-2)² = 7.85 × 10^-5 m²
5. F_P = P_P x A_P = 4006 N
6. Faktornya = F_R/F_P = 25 kali
7. Rasio stroke ram untuk stroke pompa adalah 25 kali. Ini berarti bahwa pompa harus bergerak 25 kali lebih jauh sekarang kita menggunakan momen untuk bekerja di luar aksi tuas yang beroperasi tepat di ujung tuas poros pompa.
8. naik 0,12 cm. Untuk ram naik 5 cm berapa piston pompa harus naik dan turun (stroke)? Untuk ram naik 5 cm , kita perlu 5 ÷ 0,12 = 42 stroke, Untuk turun setiap stroke 3 cm kita perlu, 3 ÷ 25 cm = 0,12 cm
9. Anggap pegangan tegak lurus batang pompa, Momen pompa = 120 Nm
10. Saat dari pegangan 120 Nm , = sama seperti saat berlawanan  arah jarum jam.
11. jarak dari ujung pegangan ke poros = 57 + 3 = 60 cm = 0.60 m. F_M =  120 Nm ÷ 0.60 m = 200 N
12. Faktor kelipatan gayanya = 500 kali

Soal 4 :

Dapatkah kamu menganalisis jawabannya dengan melihat gambar ini?

Jawaban

Simple saja dengan memperhatikan gambar diatas dengan baik, maka kesimpulannya adalah Tekanan sama karena ketinggiannya juga sama.

Semoga dapat menjadi Referensi yang bermanfaat

“Salam Solidarity Forever”