Artikel ini menjelaskan tentang tekanan zat padat dan penerapannya di kehidupan sehari-hari.
--
Siapa yang pernah menggantungkan jam dinding atau menggantungkan bingkai foto? Nah, kalau pernah, kamu tahu nggak, kenapa sih paku yang menahan bingkai fotomu bisa menancap dan menancap pada tembok yang tebal?
Betul banget! Hal itu dikarenakan adanya tekanan pada paku. Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja pada luasan bidang tekan. Jadi, ketika ujung paku yang memiliki permukaan runcing ditempelkan ke dinding, kemudian gaya yang kamu berikan pada paku cukup besar, maka tekanan yang dihasilkan akan besar. Tekanan yang besar ini akan membuat dinding jadi berlubang.
Ada pertanyaan menarik, nih! Coba deh lihat gambar paling atas pada artikel ini. Menurutmu, apa yang akan terjadi jika yang dipukul adalah bagian yang runcing, apakah bagian datar pada paku dapat menembus tembok?
Ya susah dong menancapnya.
Well, that’s right! Kamu bakal kesulitan untuk mendorong bagian datar paku agar paku tersebut bisa menembus tembok. Hmm, kenapa ya? Kok bisa? Nah secara matematis hubungan tekanan, luas bidang tekan, dan gaya dituliskan seperti ini!
Baca juga: Macam-Macam Gerak pada Benda Beserta Contohnya
Seperti yang kita tahu, bagian ujung paku yang datar memiliki ukuran permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan bagian ujung paku yang runcing. Nah, ketika area mengecil dengan gaya yang sama besar, maka tekanan yang dihasilkan akan semakin membesar dan ketika area diperbesar, maka tekanan yang dihasilkan akan mengecil.
Maka, menggunakan paku untuk melubangi dinding dengan ujung yang runcing, jauh lebih mudah dibandingkan menggunakan bagian datarnya. Hal ini dikarenakan luas permukaan bagian runcing lebih kecil daripada bagian datar, sehingga tekanan yang diberikan terhadap tembok akan lebih besar.
Kalau masih bingung, kita lakukan percobaan ini yuk.
Yup, sakit, kan? Ketika batang korek api kamu tekan di antara ibu jari dan telunjuk, kamu akan merasakan sakit di bagian ibu jari dan telunjuk. Ketika tekanan ditambah, rasa sakit pun semakin bertambah. Tetapi, ujung korek api dengan gumpalan, memberikan tekanan yang relatif kecil daripada ujung satunya. Hmm, kok bisa, ya?
Berdasarkan percobaan di atas, kamu memberikan gaya yang sama pada kedua ujung korek api, tetapi tekanan yang diberikan korek api pada ibu jari dan telunjukmu berbeda. Hal ini disebabkan karena perbedaan luas permukaan antara kedua ujung korek api tersebut.
Ujung korek api yang mempunyai gumpalan memberikan tekanan yang relatif kecil daripada ujung korek api yang tidak mempunyai gumpalan. Semakin kecil luas permukaan tempat gaya bekerja, semakin besar tekanan yang dihasilkan gaya tersebut. Jadi hubungan tekanan dan luas permukaan adalah berbanding terbalik.
Nah, ketika kamu menambah gaya jepit pada kedua ujung korek api saat gumpalan korek api dipotong, kamu akan merasakan tekanan yang semakin besar dari kedua ujung korek api. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar gaya yang bekerja, semakin besar tekanannya. Jadi hubungan gaya dan tekanan adalah berbanding lurus.
Baca juga: Bunyi Hukum Newton dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari
Sekarang coba jawab pertanyaan ini, ya.
Yup, betul jawabannya D. Tekanan paling besar terdapat pada benda nomor (4). Kenapa begitu?
Seperti halnya paku di atas tadi, tekanan paling besar terdapat pada benda nomor 4. Dari rumus tekanan P=F/A, di soal kan tertulis tuh keempat benda memiliki massa yang sama yaitu 100 kg, berarti besar gaya berat keempat benda sama aja ya. Ingat kan tinggal massa dikali percepatan gravitasi tuh.
Kita telah belajar bahwa untuk gaya yang sama, semakin kecil luas permukaan, semakin besar tekanan yang dihasilkan. Sementara semakin besar luas permukaan, semakin kecil tekanan yang dihasilkan. Maka, dengan besar gaya berat yang sama, tekanan yang paling besar diakibatkan oleh benda dengan luas permukaan paling kecil.
Gimana? Mudah kan? Satu soal lagi ,ya!
Yuk, kita cocokan jawabannya.
Kita ketahui, gaya tekan = F = 90 Newton dan luas telapak tangan = A = 150 cm² = 0,015 m². Berapakah tekanan yang diberikan Budi pada gerobak = P = ?
P = F/A
Karena gaya yang diberikan budi diberikan pada kedua telapaknya, sehingga
Jadi, jawabannya A. 3000 N/m2.
Selesai deh! Gimana? Mudah kan menghitung tekanan pada zat padat? Oh ya, dalam kehidupan sehari-hari, secara nggak sadar kamu juga menerapkan konsep tekanan zat padat, lho.
Yup, selesai deh materi mengenai tekanan zat padat. Agar mudah mengingat prinsip tekanan pada zat padat, ingat aja kalimat “kalo lo ngerasa tekanan hidup lo gede, solusinya kurangi aja gaya dan perbesar luas hati lo”, hahaha. Oke? Nah, kalo kamu ingin mempelajari materi ini dalam bentuk video animasi, lengkap dengan latihan soal, gabung di ruangbelajar.
Pernahkah kamu melihat mobil yang diangkat menggunakan sebuah alat di tempat pencucian mobil? Mengapa mobil tersebut bisa terangkat dengan alat? Tahukah kamu? Mengapa balon udara dapat terbang tinggi ke langit? Bagaimana sistem kerjanya? Pelajari ringkasan materi berikut ini yuk, untuk mengetahui jawabannya.
Materi IPA Kelas 8 Bab 7 Tekanan Zat dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari – hari
1. Tekanan Zat Padat
Tekanan dipengaruhi oleh gaya (F) dan luas bidang (A). Semakin besar gaya yang diberikan pada benda, tekanan yang dihasilkan semakin besar pula. Semakin luas permukaan suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara sistematis, tekanan dapat dituliskan sebagai berikut :
Dengan :
P = tekanan (N/m2 disebut juga pascal (Pa))F = gaya (Newton)
A = luas bidang (m2)
Contohnya ketika berjalan di tanah berlumpur, lebih mudah menggunakan sepatu boot agar tidak masuk ke tenah lumpur daripada menggunakan sepatu dengan pijakan sempit.
2. Tekanan Zat Cair
Tekanan hidrostatis adalah kedalaman zat cair dan massa jenis zat cair mempengaruhi tekanan yang dihasilkan oleh zat cair. Semakin dalam zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan.
Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (W) yang berada diatas benda, sehingga :
Karena berat
(W) = m × g
m = ρ × V
V = h × A
Maka atau
Dengan :
P = tekanan (N/m2) m = massa benda (kg)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2) h = tinggi zat cair (m)
V = volume (m3)
Tekanan hidrostatis penting dalam merancang struktur bangunan penampungan air seperti pembangunan bendungan untuk PLTA. Para arsitek kapal selam memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut agar kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan akibat tekanan hidrostatis.
Berikut struktur bendungan :
Ketika suatu benda dimasukkan dalam air, beratnya seperti berkurang. Ini disebabkan oleh gaya apung (Fa) yang mendorong benda keatas atau berlawanan dengan arah berat benda. Secara sistematis, dapat dituliskan :
Fa = Wbu – Wba
Sehingga,
Wba = Wbu – Fa
dengan : Fa = gaya apung (N)
Wba = berat benda di air (N)
Wbu = berat benda di udara (N)
Berikut gaya pada batu yang tenggelam :
Hukum Archimedes : jika benda dicelupkan kedalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut.
Menurut Archimedes, benda lebih ringan bila diukur dalam air daripada diukur diudara, karena di dalam air benda mendapat gaya keatas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah :
Wcp = mcp × g dan mcp = ρcp × Vcp
Sehingga berat air yang didesak oleh benda adalah :
Wcp = ρc × g × Vcp
Berarti, menurut Archimedes, besar gaya keatas adalah :
Fa = ρc × g × Vcp
Dengan :
Fa = gaya apung (N)
ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Vcp = volume zat cair yang dipindahkan (m3)
Hukum Archimedes digunakan sebagai pembuatan dasar kapal laut dan kapal selam. Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (Fa).
Jika gaya apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan terapung. Jika gaya apung lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam.
Jika gaya apung maksimum sama dengan gaya berat maka benda akan melayang. Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada dibawah permukaan zat cair.
Kapal laut dapat terapung karena ketika diletakkan secara tegak di lautan, kapal laut dapat memindahkan banyak air laut, sehingga kapal laut mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat kapal laut. Berikut struktur kapal laut di air :
Kapal selam dapat terapung, melayang dan tenggelam di laut karena berat kapal selam dapat diperbesar dengan cara memasukkan air kedalam badan kapal dan dapat diperkecil dengan cara mengeluarkan air dari badan kapal. Ketika kapal selam akan tenggelam, air laut dimasukkan ke penampungan badan kapal.
Berat kapal selam menjadi lebih besar daripada gaya keatas sehingga kapal selam tenggelam. Agar tidak tenggelam terus, air dalam badan kapal dikeluarkan dari penampungan sehingga berat kapal selam sama dengan gaya keatas dan kapal selam melayang dalam air.
Saat kapal selam akan mengapung, air di penampungan badan kapal dikeluarkan sehingga volume kapal selam menjadi lebih kecil dari gaya keatas dan kapal selam dapat mengapung. Berikut mekanisme keluar masuknya air di badan kapal selam :
Hukum Pascal : tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Penerapan dari hukum Pascal yaitu pompa hidrolik. Berikut model pompa hidrolik :
Jika penampang luas A1 diberi gaya dorong F1 maka tekanan yang dihasilkan adalah :
Menurut hukum pascal, tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A2. Pada penampang A2 muncul gaya angkat F2 dengan tekanan :
Secara sistematis, diperoleh persamaan pompa hidrolik yaitu :
atau
Dengan : P = tekanan (Pa)
F1 dan F2 = gaya yang diberikan (N)
A1 dan A2 = luas penampang (m2)
Baca Juga: Percobaan Sederhana Hukum Archimedes
Contoh soal Hukum Pascal
Luas penampang kecil (A1) besarnya 1 cm2 akan diberi gaya kecil (F1) sebesar 10 N sehingga menghasilkan tekanan (P) sebesar 10 N/cm2. Kemudian tekanan tersebut diteruskan ke luas penampang besar (A2) besarnya 100 cm2. Berapa gaya yang dihasilkan pada luas penampang (A2)?
Jawab :
Jadi, dengan memberikan gaya pada luas penampang kecil (A1) mampu menghasilkan gaya 1000 N pada luas penampang besar (A2). Berdasarkan prinsip inilah sehingga pompa hidrolik dapat mengangkat mobil ataupun motor.
3. Tekanan Gas
Ketika air dalam enlemeyer ditutup dengan balon karet kemudian dipanaskan akan membuat balon karet mengembang. Ini terjadi karena partikel gas dalam enlemeyer menerima kalor dari pemanasan, akibatnya gerakan partikel gas dalam enlemeyer semakin cepat dan terjadilah pemuaian sehingga tekanannya besar.
Tekanan dalam enlemeyer diteruskan sama besar menuju balon, sehingga tekanan didalam balon lebih besar daripada tekanan gas diluar balon yang mengakibatkan balon mengembang. Berikut ilustrasi balon karet dan air dalam enlemeyer :
(a): balon karet dan air dingin dalam enlemeyer, (b): balon karet dan elemeyer berisi air panas
Struktur balon udara
Balon udara dapat terbang karena massa jenis balon udara lebih rendah daripada massa jenis udara disekitarnya. Massa jenis balon dikendalikan oleh pilot perubahan temperatur pada udara dalam balon dengan menggunakan pembakar dibawah lubang balon.
4. Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan
Konsep tekanan zat juga terdapat pada makhluk hidup seperti pengangkutan air dan nutrisi pada tumbuhan; tekanan darah pada sistem peredaran darah manusia; tekanan gas pada proses pernapasan manusia.
Pengangkutan air dan nutrisi pada tumbuhan: pengangkutan air pada tumbuhan terjadi karena adanya jaringan xilem. Air dari dalam tanah diserap oleh rambut – rambut akar kemudian masuk ke sel epidermis melalui osmosis. Selanjutnya, air menuju korteks, endodermis dan perisikel. Kemudian air menuju xilem akar, xilem batang dan xilem daun.
Berikut ilustrasi pengangkutan air masuk kedalam akar
Air dapat diangkut naik ke daun dan diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan karena adanya daya kapilaritas batang yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi. Kohesi adalah kecenderungan molekul untuk berikatan dengan molekul lain yang sejenis. Adhesi adalah kecenderungan molekul untuk berikatan dengan molekul lain yang tak sejenis.
Air dimanfaatkan dalam fotosintesis. Didalam daun, air mengalami penguapan (transpirasi). Penggunaan air oleh daun akan menyebabkan terjadinya tarikan terhadap ari dalam xilem sehingga air didalam akar dapat naik ke daun.
Berikut ilustrasi pengangkutan air dari akar menuju daun :
Semua bagian tumbuhan memerlukan nutrisi. Nutrisi tumbuhan berupa gula dan asam amino hasil fotosintesis yang diedarkan oleh jaringan floem. Pengangkutan hasil fotosintesis dimulai dari daun (daerah berkonsentrasi gula tinggi) menuju ke seluruh tubuh (daerah berkonsentrasi gula rendah) dengan bantuan sirkulasi air yang mengalir melalui xilem dan floem.
Berikut ilustrasi pengangkutan hasil fotosintesis dari daun ke seluruh tubuh tumbuhan :
5. Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia
Tekanan pada pembuluh darah berprinsip keja seperti hukum pascal. Ketika jantung memompa darah, darah mendapat dorongan sehingga dapat mengalir melalui pembuluh darah kemudian memberi dorongan pada pembuluh darah yang disebut tekanan darah.
Baca Juga: Penjelasan Tentang Persilangan Monohibrid Dominan
Bila kehilangan darah karena kecelakaan atau penyakit, tekanan darah akan hiang sehingga darah tidak dapat mengalir menuju sel – sel di seluruh tubuh, akibatnya sel – sel akan mati karena tidak mendapat oksigen dan nutrisi. Tekanan darah diukur menggunakan alat sphygmomanometer atau tensimeter.
Gambar sphygmomanometer :
Tekanan darah diukur dalam pembuluh nadi (arteri) yang terdapat di lengan atas. Tekanan darah orang normal sekitar 120/80 mmHg. 120 : angka sistol, menunjukkan tekanan saat bilik berkontraksi dan darah terdorong keluar dari bilik jantung melalui pembuluh arteri.
80 : angka diastol menunjukkan hasil pengukuran tekanan saat bilik relaksasi dan darah masuk menuju bilik jantung, tepat sebelum bilik – bilik berkontraksi lagi. Berikut cara pengukuran tekanan darah :
Berdasar hukum pascal : tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Begitu pula tekanan darah pada aorta, sama dengan tekanan pada arteri atau pembuluh nadi pada lengan atas.
6. Tekanan Gas pada Proses Pernapasan Manusia
Dalam paru – paru, yaitu alveolus terjadi pertukaran gas O2 dan CO2 secara difusi, yaitu perpindahan zat terlarut dari daerah berkonsentrasi dan bertekanan parsial tinggi ke daerah berkonsentrasi dan bertekanan parsial rendah. Setiap menit paru – paru dapat menyerap sekitar 250 mL O2 dan mengeluarkan CO2 sekitar 200 mL.
Tekanan parsial adalah tekanan yang diberikan oleh gas tertentu dalam campuran gas tersebut yaitu tekanan O2 dan CO2 yang terlarut dalam darah. Pada sistem peredaran darah, darah yang masuk ke paru – paru melalui arteri pulmonalis memiliki parsial O2 yang lebih rendah dan parsial CO2 lebih tinggi daripada udara dalam alveoli (alveoli : jamaknya alveolus).
Ketika darah memasuki kapiler alveoli, CO2 dalam darah berdifusi menuju alveoli dan O2 dalam alveoli berdifusi ke dalam darah. Akibatnya, pasial O2 dalam darah naik (banyak mengandung O2) dan parsial CO2 turun (sedikit mengandung CO2). Selanjutnya, darah menuju jantung kemudian dipompa ke seluruh tubuh.
Ketika darah di jaringan tubuh, O2 dalam berdifusi menuju jaringan tubuh. Kandungan CO2 dalam jaringan lebih besar dari kandungan jaringan dalam darah, sehingga CO2 dalam jaringan berdifusi kedalam darah. Setelah melepas O2 dan CO2 dari jaringan, darah kembali ke jantung dan dipompa lagi ke paru – paru.
Berikut proses difusi gas pada pernapasan dan peredaran darah :
Demikian ringkasan materi bab Tekanan Zat dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari semoga bermanfaat dan bisa menambah referensi kamu.
Halo teman-teman! Apa kabarnya nih? Masih semangat ya mengikuti pembelajaran Seni Budaya? …