MAKALAH
GAYA DAN TEKANAN
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari hari, kita
banyak melakukan gerak dan mengeluarkan gaya. Misalnya, seorang tukang bakso
yang mendorong gerobak hingga bergerak dan berpindah tempat, atau pada saat
bermain ketapel untuk melontarkan batu, bahkan saat kita menjatuhkan benda,
pasti benda tersebut akan jatuh ke bawah.
Gaya
adalah dorongan atau tarikan yang dapat menyebabkan benda bergerak. Jadi bila kita menarik atau mendorong benda hingga benda itu bergerak
maka kita telah memberikan gaya terhadap benda tersebut. Gaya adalah suatu
besaran yang dapat mengakibatkan gerak atau bentuk benda menjadi berubah.
Benda mempunyai luas bidang tekan
kecil,akan menghasilkan tekanan yang besar.Besar tekanan berbanding terbalik
dengan luas bidang tekanan. Artinya,makin kecil luas bidang tekan,makin besar
tekanan yang dihasilkan. Benda
yang mempunyai berat (gaya berat) besar,akan menghasilkan tekanan yang besar
pula.Besar tekanan berbanding lurus dengan besar gaya.
B.
Rumusan Masalah
1.
Apa yang dimaksud
Gaya dan Tekanan?
2.
Apa saja jenis Gaya
dan Tekanan?
3.
Bagaimana Tekanan
pada Benda Padat, Cair dan Gas?
4.
Bagaimana penerapan
konsep Gaya dan Tekanan dalam kehidupan sehari-hari?
C.
Tujuan
1.
Untuk mengetahui
pengertian Gaya dan Tekanan.
2.
Untuk mengetahui
jenis-jenis Gaya dan Tekanan.
3.
Untuk mengetahui
Tekanan pada Benda Padat, Cair dan Gas.
4.
Untuk mengetahui
penerapan konsep Gaya dan Tekanan dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II
PEMBAHASAN
1.
GAYA
A.
Sejarah Gaya
Aristoteles
dan pengikutnya meyakini bahwa keadaan alami objek di Bumi tak bergerak dan bahwasannya objek-objek tersebut
cenderung ke arah keadaan tersebut jika dibiarkan begitu saja. Aristoteles
membedakan antara kecenderungan bawaan objek-objek untuk menemukan “tempat
alami” mereka (misal benda berat jatuh), yang menuju “gerak alami”, dan tak
alami atau gerak terpaksa, yang memerlukan penerapan kontinyu gaya. Namun teori
ini meskipun berdasarkan pengalaman sehari-hari bagaimana objek bergerak (misal
kuda dan pedati), memiliki kesulitan perhitungan yang
menjengkelkan untuk proyektil, semisal penerbangan panah. Beberapa teori telah
dibahas selama berabad-abad, dan gagasan pertengahan akhir bahwa objek dalam
gerak terpaksa membawa gaya dorong bawaan adalah pengaruh pekerjaan Galileo
Galilei.
Galileo melakukan eksperimen dimana batu dan peluru meriam keduanya
digelindingkan pada suatu kecuraman untuk membuktikan kebalikan teori gerak
Aristoteles pada awal abad 17. Galileo menunjukkan bahwa benda dipercepat oleh
gravitasi yang mana tak gayut massanya dan berargumentasi bahwa objek
mempertahankan kecepatan mereka jika tidak dipengaruhi oleh gaya - biasanya
gesekan. Isaac Newton dikenal sebagai pembantah secara tegas untuk pertama
kalinya, bahwa secara umum, gaya konstan menyebabkan laju perubahan konstan
(turunan waktu) dari momentum. Secara esensi, ia memberi definisi matematika
pertama kali dan hanya definisi matematika dari kuantitas gaya itu sendiri -
sebagai turunan waktu momentum: F = dp/dt. Pada tahun 1784 Charles Coulomb menemukan hukum kuadrat terbalik interaksi
antara muatan listrik menggunakan keseimbangan torsional, yang mana adalah gaya
fundamental kedua. Gaya nuklir kuat dan gaya nuklir lemah ditemukan pada abad
ke 20. Dengan pengembangan teori medan kuantum dan relativitas umum, disadari
bahwa “gaya” adalah konsep berlebihan yang muncul dari kekekalan momentum
(momentum 4 dalam relativitas dan momentum partikel virtual dalam elektrodinamika
kuantum). Dengan demikian sekarang ini dikenal gaya fundamental adalah lebih
akurat disebut “interaksi fundamental”.
B.
Definisi
Gaya
Di
dalam ilmu fisika,
gaya dapat menyebabkan sebuah
benda bermassa
mengalami perubahan, baik dalam bentuk gerakan, arah, maupun konstruksi
geometris. Dengan kata lain, sebuah gaya dapatmenyebabkan sebuah objek dengan massa
tertentu untuk mengubah kecepatannya (termasuk untuk
bergerak dari keadaan
diam), atau berakselerasi,
atau untuk terdeformasi.Sehingga dapat
ditarik kesimula gaya adalah sesuatu yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan
percepatan dan/atau perubahan bentuk suatu benda.
Gaya memiliki besar dan arah, sehingga merupakan besaran vektor. Satuan SI yang digunakan untuk mengukur gaya adalah Newton (dilambangkan dengan N). Gaya sendiri
dilambangkan dengan simbol F. Satuan gaya adalah Newton atau dyne.
·
1 Newton = 1 kg m/s2
·
1 dyne = 1 gr cm/s2
·
1 Newton = 105 dyne.
Hukum
kedua Newton menyatakan bahwa gaya bersih yang bekerja pada suatu benda sama dengan kecepatan pada saat momentumnya berubah terhadap waktu. Jika massa objek
konstan, maka hukum ini menyatakan bahwa percepatan objek berbanding lurus dengan gaya yang
bekerja pada objek dan arahnya juga searah dengan gaya tersebut.
Rumus: 
Keterangan:
·
F = gaya (Newton atau dyne)
·
m = massa (dalam kilogram atau gram)
·
a = percepatan (m/s2 atau cm/s2)
Konsep
yang berhubungan dengan gaya antara lain: gaya hambat, yang mengurangi kecepatan benda, torsi yang menyebabkan perubahan kecepatan rotasi benda. Pada objek yang diperpanjang, setiap
bagian benda menerima gaya, distribusi gaya ke setiap bagian ini disebut regangan. Tekanan merupakan regangan sederhana. Regangan
biasanya menyebabkan deformasi pada benda padat, atau aliran pada benda cair.
C. Macam-Macam Gaya
Pada bagian sebelumnya telah dibahas
bahwa gaya ditimbulkan oleh tarikan dan dorongan. Berdasarkan sumbernya, gaya
dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu gaya magnet, gaya gravitasi, dan gaya
gesekan. Bagaimanakah gaya-gaya tersebut bekerja? Perhatikan uraian berikut ini
Kamu tentu pernah bermain dengan
magnet yang dapat menarik bendabenda yang mengandung logam. Tahukah kamu dari
mana magnet itu berasal? Magnet berasal dari batuan yang mengandung logam besi.
Batuan logam tersebut diolah sampai akhirnya menjadi magnet. Tarikan atau dorongan
yang disebabkan oleh magnet disebut gaya magnet. Apakah semua benda dapat
ditarik oleh magnet? Tidak semua benda dapat ditarik oleh magnet. Hanya
benda-benda yang memiliki sifat tertentu saja yang dapat ditarik oleh magnet.
Buah mangga yang ada di atas
pohonnya dapat jatuh ke bawah karena adanya gaya tarik dari bumi. Pada saat
kamu melempar bola ke atas, bola itupun akan jatuh ke bawah. Gaya tarik bumi
inilah yang disebut gaya gravitasi. Gaya gravitasi yang terjadi pada benda yang
jatuh dari ketinggian tertentu tentunya berbeda-beda. Hal ini disebabkan karena
gaya gravitasi dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk benda tersebut. Gravitasi
adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai
massa di alam semesta. Bumi yang mempunyai massa yang sangat besar menghasilkan
gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda di sekitarnya,
termasuk benda-benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik
benda-benda yang ada di luar angkasa seperti meteor, satelit buatan manusia,
dan bulan. Gaya tarik ini menyebabkan benda-benda tersebut selalu berada di
tempatnya.
Bagaimana apabila tidak ada gaya
gravitasi? Gravitasi menyebabkan benda bergerak ke bawah. Buah yang jatuh dari
pohonnya, air yang mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah, dan
bola yang dilempar ke atas akan kembali jatuh ke tanah merupakan beberapa
pristiwa yang menunjukkan bahwa gravitasi menyebabkan benda bergerak ke bawah.
Apa yang akan terjadi apabila tidak ada gaya gravitasi di bumi? Sebelum
menjawab pertanyaan tersebut, kamu mungkin pernah melihat film atau berita
mengenai astronot yang ada di bulan. Astronot tersebut dapat melayang-layang di
bulan karena gaya gravitasi di bulan sangat kecil. Hal yang sama akan terjadi
pada benda-benda yang ada di bumi apabila gaya gravitasi tidak ada. Kita akan
melayang-layang di udara tanpa bisa menyentuh tanah.
Apa yang akan terjadi apabila kita
berjalan di lantai yang licin? Mengapa kita merasakan kesulitan apabila
berjalan di atas lantai yang licin. Permasalahan ini berhubungan dengan gaya
gesekan. Gaya gesekan merupakan gaya yang ditimbulkan oleh dua pemukaan yang
saling bersentuhan. Lantai yang licin membuat kita sulit berjalan di atasnya
karena gaya gesekan yang terjadi antara kaki kita dengan lantai sangat kecil.
Gaya gesekan dapat diperbesar
ataupun diperkecil disesuaikan dengan tujuannya. Dalam kehidupan sehari-hari
kita jumpai berbagai cara yang dilakukan untuk memperkecil atau memperbesar
gaya gesekan, di antaranya adalah sebagai berikut:
1) Pemberian pelumas atau oli pada roda
atau rantai sepeda agar gesekannya dapat diperkecil.
2) Penggunaan kayu yang berbentuk bulat
untuk mendorong benda agar lebih mudah. Apabila kita mendorong meja atau lemari
yang cukup berat maka digunkan gelondongan kayu agar gaya gesekan yang tejadi
dapat diperkecil.
3) Penggunaan pul pada sepatu pemain
bola. Hal ini bertujuan agar gaya gesekan dapat diperbesar sehingga pemain bola
tidak tergelincir pada saat berlari dan menendang bola.
4) Membuat alur-alur pada ban mobil
atau motor. Untuk menghindari permukaan licin pada jalan yang dilewatinya, pada
ban motor dan mobil terdapat alur-alur. Alur-alur ini bertujuan untuk
memperbesar gaya gesekan antara ban dan permukaan jalan.
D. Manfaat dan kerugian dengan adanya
gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari
Gaya
gesekan yang sedang kita bahas memiliki manfaat dan kerugian. Manfaat dan
kerugian ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari.
Beberapa
manfaat gaya gesekan yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah
sebagai berikut.
Kita
dapat berjalan di atas lantai karena adanya gaya gesekan antara sepatu dengan
lantai yang meyebabkan kita tidak tergelincir saat berjalan. Selain itu,
permukaan aspal jalan raya dibuat agak kasar. Hal ini bertujuan agar mobil
tidak slip ketika bergerak di atasnya. Adanya gesekan antara ban dan aspal
menyebabkan mobil dapat bergerak tanpa tergelincir.
Apa
yang akan terjadi apabila sepeda yang kamu naiki tidak memiliki rem? Rem pada
sepeda digunakan agar sepeda yang kita naiki dapat berhenti ketika sedang
bergerak. Gesekan antara karet rem dengan peleg membuat laju sepeda akan
semakin lambat ketika di rem.
Selain memiliki manfaat, gaya
gesekan juga memiliki kerugian. Berikut beberapa kerugian yang ditimbulkan oleh
gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.
Gaya
gesekan menyebabkan benda yang begerak akan terhambat gerakannya. Adanya
gesekan antara ban sepeda dengan aspal membuat kita harus mengayuh sepeda
dengan tenaga yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan
menghambat gerakan suatu benda.
Ban
sepeda kita menjadi gundul atau sepatu yang kita pakai untuk sekolah bagian
bawahnya menjadi tipis diakibatkan oleh gesekan antara ban atau sepatu dengan
aspal. Jadi, gesekan menyebabkan benda-benda menjadi aus.
2.
TEKANAN
Pernakah kalian merasakan tekanan? Untuk
mencoba merasakannya, kalian coba tekankan belpoin pada telapak tanganmu secara
tegaka lurus, bedakah rasa tekanan dengan menggunakan bagian runcingnya dengan
bagian kepala belpoin?
Tekanan juga dapat kalian rasakan
tanpa sengaja, misalnya ketika naik bus. Pada saat naik bus kota yang
berdesak-desakan, kaki kita sering terinjak. Mana yang lebih sakit, terinjak
seseorang yang memakai sepatu berhak tinggi atau terinjak seseorang yang
memakai sandal? Kaki terinjak berarti menerima tekanan.
A.
Tekanan
pada Benda Padat
Kita
ketahui bahwa semakin besar berat massa benda, maka semakin besar tekanannya.
Semakin kecil luas permukaan suatu benda, semakin besar tekanannya.
Besar
gaya tekan benda sama
dengan gaya berat benda tersebut :
|
F=
w = m.g
|
keterangan :
w = gaya berat (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
|
Setiap
benda padat yang mempunyai gaya akan memberikan tekanan pada tempatnya sebesar
gaya tiap satuan luas.
Misalkan, kita menjatuhkan sebuah
balok pada tanah yang lembek, balok tersebut akan meninggalkan bekas pada
tanah. Bekas tersebut akan makin dalam jika balok dijatuhkan dari tempat yang
lebih tinggi. Bekas tersebut menunjukkan
bahwa tanah tertekan oleh balok yang jatuh. Tekanan tersebut makin besar jika
balok dijatuhkan dari tempat yang lebih tinggi. Besarnya tekanan pada balok
sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan luas alas. Hal itu
dirumuskan :
P =
keterangan
: P = tekanan (N/m atau pascal = Pa)
keterangan
: P = tekanan (N/m atau pascal = Pa)
F = gaya tekan (N)
A = luas permukaan tempat gaya bekerja (m2)
Besarnya
tekanan sebanding dengan besarnya gaya dan berbanding terbalik dengan luas
bidang tekannya.
Ini berarti semakin besar gayanya semakin besar tekanannya, semakin luas bidang
tekannya, semakin kecil tekanannya.
Berdasarkan
uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa tekanan suatu benda merupakan hasil
bagi gaya tekan dengan luas permukaan tempat gaya tersebut bekerja.
Satuan
tekanan dalam Sistem Internasional adalah N/m2. Satu Pascal tekanan
adalah suatu gaya sebesar satu Newton per meter persegi.
Bila zat padat seperti
balok diberi gaya dari atas akan memberikan tekanan. Pada tekanan zat padat
berlaku :
a. Bila
balok yang sama ditekan pada tanah yang lembek akan lebih besar tekanannya atau
akan lebih dalam tekanannya disbanding ditanah yang tidak lembek.
b. Semakin
besar luas alas bidang tekannya, maka tekanannya makin kecil.
c. Semakin
kecil luas alas bidang tekannya, maka tekanannya makin besar.
a)
Contoh
soal
1. Kubus
kayu panjang sisinya 80 cm diletakkan diatas lantai. Jika massa balok kayu
tersebut 32 kg, berapakah tekanan yang dialami lantai?
Diketahui : m
= 20 kg g = 10
m/s2
Panjang sisi = 80 cm
Ditanya : P = . . . ?
Jawab : A = s x s
= 80
x 80
=
6.400 cm2 = 0,64 m2
F = m x g = 32 kg x 10 m/s2 =
320 N
P
= 
=
= 500 N/m2
= 500 N/m2
b) Penerapan konsep
tekanan zat padat
a. Kapak
Mata kapak dibuat tajam
untu memperbesar tekanan sehingga memudahkan tukang
kayu dalam memotong atau membelah kayu.
b. Sirip ikan
Sirip ikan yang lebar
memungkinkan ikan bergerak dalam air karena memperoleh gaya dorong dari gerakan
siripnya yang lebar. Sirip ini memberikan tekanan yang besar ke air ketika
sirip tersebut digerakkan.
c. Sepatu salju
Orang-orang yang hidup
didaerah bersalju membuat salju yang luas alasnya besar sehingga mampu
memperkecil tekanan berat tubuhnya pada salju
d. Paku yang tajam
Paku yang tajam akan
lebih dalam menancapnya bila dibandingkan dengan paku tumpul, karena paku tajam
luas alasnya kecil berarti tekanannya besar, sedangkan pada paku tumpulluas
alasnya besar sehingga tekanannya kecil.
e. Pisau tajam
Pisau yang tajam lebih mudah mengupas atau memotong
benda dari pada pisau yang tumpul.
f. Kaki itik
Kaki itik dapat
berjalan ditanah limpur dan tidak terpeleset, karena kaki itik luas alasnya
besar, sehingga tekanannya kecil dan akibatnya tekanan kecil dapat memperlancar
jalannya.
B.
Tekanan pada Zat Cair
Setiap
benda dipermukaan bumi mendapat pengaruh gravitasi bumi. Dengan kata lain,
setiap benda di permukaan
bumi mempunyai berat. Demikian juga halnya pada zat cair. Itulah sebabnya,
secara alami zat cair selalu mengalir ketempat yang lebih rendah.
1.
Tekanan
Hydrostatis
Tekanan
hidrostatis adalah tekanan pada zat cair yang diam. Besarnya tekanan
hidrostatis tergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada
bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka).
Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan dengan :
Besarnya tekanan hidrostatis dirumuskan dengan :
Keterangan:
P = tekanan (Pa atau N/m2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = perepatan gravitasi bumi (m/s2 atau
N/kg)
h = kedalaman (m)
Pada rumus diatas
dapat disimpulkan bahwa tekanan dalam zat cair hanya bergantung pada jenis dan
kedalaman zat cair, tidak bergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya
terbuka). Berdasarkan rumus di atas dapat diketahui bahwa makin ke dalam dari
permukaan air tekanan hidrostatis makin besar. Itulah sebabnya, dinding
bendungan air pada bagian bawah dibuat lebih tebal daripada bagian atasnya.
Sejumlah air yang berada dalam bejana
mempunyai berat tertentu. Selain itu, air pada bagian atas berusaha untuk
mengalir ketempat yang lebih rendah. Akibatnya, dasar dan dinding bejana
mendapat tekanan air. Tekanan itu akan makin besar jika air yang ada dalam
bejana itu makin banyak. Hal itu menunjukkan bahwa di dalam air (Zat Cair)
terdapat tekanan. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat
cairan tersebut mengeluarkan tekanan.
Tekanan zat cair dipengaruhi oleh
kedalaman, semakin dalam airnya tekanan zat cair makin besar. Untuk mengetahui
besarnya tekanan hidrostatik dapat dikeahui dengan alat Harlt. Berdasarkan alat
Harlt, bahwa tekanan hidrostatik dipengaruhi oleh faktor :
·
Massa
jenis zat cair
·
Gravitasi
·
Kedalaman
zat cair
ü Hukum Utama Hidrostatis :
1. Zat cair mempunyai
tekanan yang besarnya tergantung pada kedalamn dan berat jenis zat cair itu.
2. Semakin dalam,tekanan
zat cair semakin besar.
3. Pada
kedalaman yanga sama, tekanan zat cair itu sama besar dan bekerja kesemua arah.
ü Penerapan hukum utama
hidrostatis
Pada konstruksi bendungan, yaitu
semakin ke bawah, bendungan dibuat semakin tebal/kuat karena semakin dalam air,
maka tekanannya semakin besar, maka pada bendungan dibuat dengan lebih tebal di
dasarnya dari pada di bagian atasnya, agar bendunngan atau dam itu dapat
menahan atau ada kekuatan untuk menahan tekanan air.
Contoh soal
1. Sebuah
kolam berisi air dengan massa jenis 1.000 Kg/m3. Jika gravitasi bumi
10 N/kg. Berapakah besar tekanan air , jika ketinggian airnya 1,5 m dari
permukaan air?
Diketahui : ρ = 1.000
kg/m3
g
= 10 N/kg
h
= kedalaman zat cair (m)
Ditanya : Ph
=
. . . ?
Jawab
: Ph =
1.000 kg/m3 x 9,8 N/kg x 1,5
m
= 14.700
N/m2
Jadi, tekanan air
adalah 14.700 N/m2.
ü Hukum –Hukum Dasar yang
berkaitan dengan Tekanan
pada Zat Cair
Hukum – hukum dasar yang berkaitan
dengan tekanan pada zat cair antara lain :
1. Bejana
berhubungan
Jika
kita menuangkan air dalam bejana yang posisinya mendatar, posisi air didalamnya
datar. Jika bejana tersebut kita miringkan, bentuk permukaan air didalamnya
tetap datar dengan ketinggian yang sama. Demikian pula yang terjadi pada bejana
berhubungan yang bentuknya tidak teratur (sembarang).
Namun
apabila bejana berhubungan diisi dengan zat cair tidak sejenis, maka bentuk
permukaan zat cair tetap datar, ketinggiannya tidak sama.
Prinsip
bejana berhubungan tidak berlaku apabila :
1. Diisi
dua atau lebih jenis zat cair
2.
Tekanan pada bejana
tidaka sama, misalnya karena ditutup pada saat pengisisan
3. Terdapat
pipa kapiler
4. Bejana
ditiup/digoyang-goyang.
Sifat
permukaan zat cair yang selalu mendatar dimanfaatkan dalam kehidupan
sehari-hari.
1. Waterpass
digunakan ketika memasang ubin untuk mengetahui permukaan lantai mendatar atau
tidak.
2. Pancuran
teko tidak boleh rendah dari pada tutpnya. Hal ini untuk menghindari tumpahnya
air melalui pancuran teko.
3. Menara
penampung air dibuat tinggi agar dapat mengalir ke pipa-pipa yang lebih rendah.
Hukum Archimedes
Ahli
Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan
dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yang sama dengan hasil
percobaanmu, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini
disebut gaya apung atau gaya ke atas (FA). Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa
apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau
seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama
dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara
matematis ditulis sebagai berikut.
FA = ρ x g x V
FA = WU – WC
ρb.Vb
= ρc.Vc
Keterangan :
FA = Gaya ke atas
ρ = massa jenis zat
VA = volume air
g = percepatan gravitasi
WU = berat benda di udara
WC = berat benda di air
a. Mengapung, Melayang, dan Tenggelam
1. Benda
terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair
2. Benda melayang jika massa jenis benda
sama besar dengan massa jenis zat cair.
3. Benda tenggelam jika massa jenis benda
lebih besar dari massa jenis zat cair.
b. Pengaruh Massa Jenis terhadap Gaya Apung
Faktor lain yang
memengaruhi keadaan-keadaan tersebut yaitu massa jenis benda. Pada keadaan
terapung, selain karena pengaruh gaya apung Fa yang sama dengan berat
benda, pengaruh massa jenis pun memungkinkan suatu benda terapung. Massa jenis
benda yang lebih kecil daripada massa jenis cairan, memungkinkan benda tersebut
mengapung di permukaan cairan.
Pada keadaan melayang,
gaya apung Fa sama dengan w benda. Ini sama dengan gaya apung
yang terjadi pada keadaan terapung. Tetapi, pada keadaan melayang, massa jenis
suatu benda adalah sama dengan massa jenis zat cair. Pada keadaan tenggelam,
gaya apung Fa lebih kecil daripada w. Jika diamati dari massa
jenis benda, massa jenis benda yang tenggelam lebih besar daripada massa jenis
zat cair. Agar lebih jelas, perhatikan
c. Konsep Benda Terapung, Melayang, dan Tenggelam dalam
Teknologi
Berikut konsep terapung, melayang
dan tenggelam dalam teknologi yang ada dalam kehidupan sehari-hari.
1) Kapal
Laut
Di awal pembahasan Hukum Archimedes telah sedikit
disinggung mengapa kapal laut dapat mengapung di air. Badan kapal laut
mempunyai rongga udara. Karena rongga udara ini, volume air laut yang
dipindahkan oleh kapal tersebut cukup besar sehingga sesuai prinsip Archimedes,
kapal laut mendapatkan gaya apung yang cukup besar untuk menahan bobot kapal
sehingga kapal dapat mengapung di permukaan air. Kapal sangat penting untuk
transportasi.
2. Kapal
Selam
Jika kapal laut hanya dapat
mengapung di permukaan air, maka kapal selam, selain dapat mengapung, dapat
juga melayang dan tenggelam di dalam air laut. Karena kemampuannya tersebut,
kapal selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan penelitian. Bentuk
badan kapal selam dirancang agar dapat mengapung, melayang, dan tenggelam dalam
air.
ketika kapal selam sedang mengapung,
melayang, dan tenggelam! Badan kapal selam mempunyai rongga udara yang
berfungsi sebagai tempat masuk dan keluarnya air atau udara. Rongga ini
terletak di lambung kapal. Rongga tersebut dilengkapi dengan katup pada bagian
atas dan bawahnya. Ketika mengapung, rongga terisi dengan udara sehingga volume
air yang dipindahkan sama dengan berat kapal. Sesuai dengan prinsip Archimedes,
kapal selam akan mengapung. Ketika rongga katup atas dan katup bawah pada
rongga kapal selam dibuka, maka udara dalam rongga keluar atau air masuk
mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal mulai tenggelam.
Katup akan ditutup jika kapal selam
telah mencapai kedalaman yang diinginkan. Dalam keadaan ini, kapal selam dalam
keadaan melayang. Jika katup udara pada rongga dibuka kembali maka volume air
dalam rongga akan bertambah sehingga kapal selam akan tenggelam. Jika kapal
selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa
keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam akan mengalami
gaya apung yang dapat menyamai berat kapal selam. Akibatnya, kapal selama akan
naik ke permukaan dan mengapung.
3)
Jembatan Ponton
Peristiwa mengapung suatu benda
karena memiliki rongga udara dimanfaatkan untuk membuat jembatan yang terbuat
dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Volume air
yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum itu
sendiri dan benda-benda yang melintas di atasnya. Setiap drum penyusun jembatan
ini harus tertutup agar air tidak dapat masuk ke dalamnya.
4) Hidrometer
Hidrometer adalah sebuah alat yang
digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Cara penggunaan alat ini
adalah sebagai berikut. Hidrometer dimasukkan ke dalam zat cair yang akan
ditentukan massa jenisnya. Karena alat ini mempunyai rongga udara maka alat ini
akan mengapung. Telah disinggung sebelumnya, peristiwa tenggelam dipengaruhi
oleh massa jenis zat cair. Jika massa jenis zat cair tempat hidrometer
diletakkan besar, ketinggian tabung hidrometer yang muncul semakin besar dan
sebaliknya. Hidrometer sering digunakan untuk keperluan penelitian di bidang
kimia.
2.
Hukum
Pascal
Jika
sebuah kantong plastikyang berisi air dilubangi dengan jarum di beberapa
tempat, air akan memancar keluar. Pancaran tersebut akan makin kuat jika bagian
atas plastik ditekan (diperas). Hal itu menunjukkan bahwa tekanan tersebut
diteruskan kesegala arah dalam air. Pernyataan tersebut terbukti dengan
pancaran air yang makin luar.
Sebuah
bejana berhubungan mempunyai luas penampang masing-masing A1 dan A2.
Bejana tersebut berisi zat cair dan ditutup oleh pengisap. Jika kita memberikan
gaya F1 pada pengisap 1 maka akan mengahsilkan tekanan. Tekanan yang
dihasilkan akan diteruskan kesegala arah oleh zat cair yang berbeda pada tabung
atau bejana tertutup tersebut. Bila tekanan itu dikerjakan pada penampang 2,
maka kan menghasilkan gaya sebesar F2.
Pernyataan diatas pertama kali
dikemukakan oleh Blaise Pascal. Setelah melakukan percobaan dengan alat
penyemprot (penyemprot pascal) dia menyatakan bahwa “Tekanan yang diberikan
pada zat cair dalam ruang tertutup
diteruskan ke segala arah sama besar” yang dikenal sebagai
Berdasarkan Hukum Pascal, tekanan
diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Hal itu berarti tekanan di
penampang 1 sama dengan tekanan di penampang 2 sehingga diperoleh :
 =  |
keterangan
: F1 = gaya pada penampang A1
(N)
F2 = gaya pada penampang A2 (N) A1 = luas penampang 1 (m2) A2 = luas penampang 2 (m2) |
Contoh Soal :
1. Sebuah
bejana berhubungan diisi air. Luas penampang 1 (A1) = 20 cm2
dan luas penampang 2 (A2) = 200 cm2. Jika penampang 1
ditekan gaya 10 N, berapakah gaya tekan pada penampang 2?
Penyelesaian
Diketahui : A1
= 20 cm2 F1
= 10 N
A2
= 200 cm2
Ditanya :
F2 =
. . . ?
Jawab :
=
= 
= 
F2
= 100 N
ü Penerapan Hukum
Pascal
Alat-alat
yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari yang bekerja berdasarkan hukum
pascal adalah :
a.
Dongkrak
Hidrolik
Dongkrak
hidrolik digunakan untuk mengangkat beban berat dengan gaya kecil. Dongkrak hidrolik merupakan salah satu
aplikasi sederhana dari Hukum Pascal. Berikut ini prinsip kerja dongkrak
hidrolik. Saat pengisap kecil diberi gaya tekan, gaya tersebut akan diteruskan
oleh fluida (minyak) yang terdapat di dalam pompa. Akibatnya, minyak dalam
dongkrak akan menghasilkan gaya angkat pada pengisap besar dan dapat mengangkat
beban di atasnya.
Biasanya
digunakan untuk mengangkat beban yang sangat berat misalnya mengangkat(menahan)
mobil saat penggantian ban.
b.
Alat
pengangkat mobil
Alat pengangkat mobil
banyak kita jumpai pada bengkel-bengkel mobil yang besar. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil Mesin hidrolik pengangkat mobil ini
memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak hidrolik. Perbedaannya terletak pada
perbandingan luas penampang pengisap yang digunakan. Pada mesin pengangkat
mobil, perbandingan antara luas penampang kedua pengisap sangat besar sehingga
gaya angkat yang dihasilkan pada pipa berpenampang besar dan dapat digunakan
untuk mengangkat mobil.
c. Rem Hidrolik
Rem Hidrolik Rem hidrolik digunakan pada
mobil. Ketika Anda menekan pedal rem, gaya yang Anda berikan pada pedal akan
diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem
tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam
sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek
ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.
C.
Tekanan Udara
Tekanan udara sering
juga disebut tekanan atmosfer. Ada kemiripan antara tekanan udara dan tekanan
air yang telah kamu pelajari. Tekanan air disebabkan oleh gaya tarik bumi atau
gaya gravitasi terhadap air yang mempunyai massa. Jika benda diletakkan di
kedalaman air yang semakin dalam, jumlah air yang berada di atasnya akan
semakin banyak dan gaya gravitasinya pun akan semakin besar, sehingga tekanan
akan semakin besar. Pada prinsipnya, tekanan udara sama seperti tekanan pada
zat cair. Tekanan udara di puncak gunung akan berbeda dengan tekanan udara di
pantai. Hal ini dikarenakan di puncak gunung jumlah partikel udaranya semakin
kecil yang mengakibatkan gaya gravitasi partikel juga kecil, sehingga tekanan
udaranya pun akan semakin kecil.
a.
Rumus Tekanan Udara
Bagaimana menetukan tinggi suatu
tempat bila diketahui tekanannya? Bagaimana pula menentukan tekanan jika yang
kita ketahui adalah tekanannya. Tekanan udara dipermukaan air laut adalah 76
cmHg yang akan jadi patokan dan setiap perubahan tinggi 100 m maka akan terjadi
perubahan tekanan sebesaar 1 mmHg.
Ph = (Pu – h/100) cmHg
Ph
= tekanan pada ketinggian h
Pu = tekanan udara permukaan air laut
h
= tinggi suatu tempat
Untuk
mencari ketinggian
h
= (Pu-Ph) x 100 m
Contoh Soal
1. Wilayah Jakarta utara memiliki
ketinggian 10 m dibawah permukaan airl laut. Berapakah tekanan udara di tempat
tersebut.
Jawab :
Ph
= (Pu – h/100) cmHg
Ph = (76 – 10/100) = 76 – 0,1 = 75,9
ccmHg
2.
Jika disuatu puncak gunung tekanan udaranya adalah 45 cmHg,
berapa ketinggian gunung tersebut dari permukaan air laut?
h = (Pu-Ph) x 100
h = (76-45 x 100 = 31 x 100 = 3100 m
di atas permukaan laut.
b.
Pengaruh Ketinggian terhadap Tekanan Udara
Pada penjelasan sebelumnya telah disinggung bahwa tekanan udara
mirip dengan tekanan zat cair. Tekanan zat cair akan bertambah jika
kedalamannya bertambah dan sebaliknya. Di udara pun demikian. Semakin dekat ke
permukaan bumi tekanan udara semakin tinggi dan semakin jauh dari permukaan
bumi tekanan udara semakin kecil. Tekanan udara di permukaan laut = 76 cmHg
atau 1 atm. Setiap ketinggian bertambah 100 m tekanan udara berkurang 1 cmHg.
Hal ini dapat kamu rasakan jika kamu pergi ke tempat tinggi.
Misalkan
seorang pendaki akan semakin sulit mendaki gunung yang sangat tinggi. Selain
udara yang dingin, di ketinggian tekanannya pun sangat rendah. Pada tempat yang
tekanannya rendah partikel udaranya pun rendah sehingga pendaki gunung tidak
dapat bernapas tanpa bantuan tabung oksigen.
c.
Pengukur tekanan udara
Alat
untuk mengukur tekanan udara disebut
Barometer. Barometer banyak jenisnya, salah satunya yaitu Barometer Torricelli.
Barometer Torricelli tentu tidak praktis karena kamu harus membawa alat yang
tingginya 1 meter dengan raksa yang sangat berbahaya apabila uapnya terisap
olehmu. Hal ini disebabkan massa jenis uap raksa sangat berat sehingga apabila
terisap ke paru-paru sulit untuk keluar lagi. Oleh sebab itu, para ahli berusaha
membuat alat pengukur tekanan udara yang praktis, di antaranya adalah sebagai
berikut.
1. Barometer Fortin
Barometer raksa disebut
barometer Fortin karena yang pertama membuatnya adalah seorang ahli Fisika
berkebangsaan Prancis Nicolas Fortin walaupun yang kali pertama menemukannya
Torricelli. Barometer ini dapat mengukur dengan teliti karena dilengkapi dengan
skala nonius atau skala vernier seperti halnya dalam jangka sorong. Ketelitian
alat ukur ini mencapai 0,01 cmHg. Barometer ini cukup panjang seperti halnya
barometer Torricelli sehingga sulit untuk dibawa-bawa.
2. Barometer Logam
Barometer
logam disebut barometer aneroid. Barometer ini banyak digunakan di Badan
Meteorologi dan Geofisika untuk memperkirakan cuaca dengan mengukur tekanan udaranya Barometer logam biasa juga disebut barometer
kering. Barometer logam lebih praktis untuk dibawa-bawa dan skalanya mudah
dibaca karena berbentuk lingkaran. Bagian utama dari barometer ini adalah
sebuah kotak logam kecil berisi udara dengan tekanan yang sangat rendah.
Permukaan kotak dibuat bergelombang agar lebih mudah melentur di bagian
tengahnya. Jika tekanan bertambah, bagian atas dan bawah kotak mengempis
sehingga menekan kotak logam yang berisi udara. Akibatnya, tekanannya naik dan
akan menggerakkan tuas yang menarik rantai kiri sehingga jarum penunjuk
barometer akan menyimpang ke kanan dengan menunjukkan angka tertentu.
d.
Konsep
Tekanan Udara dalam Kehidupan Sehari-hari
Seperti
pada tekanan zat padat dan zat cair, berikut diberikan beberapa contoh kejadian
yang berkaitan dengan tekanan
udara.
a.
Angin
Angin
adalah udara yang bergerak dari suatu tempat yang bertekanan tinggi ke tempat
yang tekanannya lebih rendah. Jika suatu daerah mempunyai tekanan udara yang
sangat rendah, udara di sekelilingnya akan mengitari daerah tersebut sehingga
membentuk pusaran angin. Kekuatan angin ini bisa sangat besar dan menerbangkan
benda-benda yang dilaluinya. Bentuk angin seperti ini disebut angin siklon.
Angin ini bersifat merusak jika tempat terjadinya pusaran dekat dengan tempat
tinggal penduduk.
b. Perkiraan Cuaca
Para ahli meteorologi mencatat perubahan tekanan udara di suatu
tempat, kemudian data hasil pengamatan tersebut dianalisis dan diinterpretasi.
Misalkan, jika pada suatu tempat tekanan udara rendah, udara dari tempat yang
bertekanan lebih tinggi akan bergerak ke daerah tersebut. Angin tersebut
membawa uap air. Karena tekanan udaranya rendah, uap air tersebut akan jatuh ke
Bumi dalam bentuk hujan. Begitu pun sebaliknya, di suatu daerah cuacanya akan
cerah jika tekanan di daerah tersebut tinggi yang berarti udara dari tempat
tersebut akan bergerak ke daerah lain yang tekanan udaranya lebih rendah. Alat
untuk mencatat perubahan tekanan udara secara terus menerus disebut barograf.
BAB III
PENUTUP
A.
Kesimpulan
Di
dalam ilmu fisika,
gaya dapat menyebabkan sebuah
benda bermassa
mengalami perubahan, baik dalam bentuk gerakan, arah, maupun konstruksi
geometris. Sehingga
dapat ditarik kesimulan
gaya adalah sesuatu
yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan percepatan dan/atau perubahan
bentuk suatu benda. Rumus:
Macam-macam gaya antara lain gaya magnet, gaya gravitasi, dan gaya gesekan.
Tekanan suatu benda
merupakan hasil bagi gaya tekan dengan luas permukaan tempat gaya tersebut
bekerja.
Tekanan pada benda padat P
=
Tekanan
pada zat cair
1.
Tekanan hidrostatis adalah tekanan pada zat cair yang diam.
2.
Hukum Archimedes yang
menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik
sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang
besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda
tersebut.
3.
Berdasarkan Hukum
Pascal, tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Rumus
:
= 
Tekanan udara sering juga
disebut tekanan atmosfer.
Rumus :
Ph = (Pu – h/100) cmHg
Alat untuk mengukur
tekanan udara disebut Barometer. Barometer banyak jenisnya, salah satunya yaitu
Barometer Torricelli, Barometer Fortin, Barometer Logam.
B.
Saran
Mengingat
keterbatasan sumber literatur penulis, maka untuk keakuratan data tentang
materi udara yang diperoleh, disarankan kepada pembaca juga memiliki sumber
literatur lain yang lebih valid, diluar sumber bacaan dari internet yang belum
dapat divalidasi seluruhnya.
DAFTAR PUSTAKA
Jakarta
1 komentar:
terimaksih kak
atas info lengkap nya
Posting Komentar