materibelajar.com - Pernahkah kalian mengamati saat melubangi botol yang berisi air, lubang yang berada paling bawah botol akan mengalirkan air yang lebih kencang daripada air yang keluar dari lubang yang berada diatasnya.
Kejadian tersebut merupakan salah satu fenomena fisika yang disebut sebagai tekanan hidrostatik, lantas bagaimana penjelasan bagaimana hal tersebut terjadi?
Nah disini kita akan jelaskan fenomena tersebut terjadi dengan penjelasan mengenai tekanan hidrostatis ini mulai dari pengertian, rumus dan bagaimana menghitungnya serta contoh soal yang disertai pembahasan agar kalian lebih paham.
Pengertian Tekanan Hidrostatis
Apa itu tekanan hidrostatis? Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang timbul pada zat cair akibat adanya massa jenis, kedalaman zat cair dan percepatan gravitasi yang diukur dalam keadaan diam.
Besar tekanan hidrostatik akan naik seiring bertambahnya kedalaman suatu zat cair, itulah yang menyebabkan air mengalir pada lubang yang berada di bawah mengalir lebih deras dibandingkan air yang mengalir pada lubang yang berada di atasnya seperti pada ilustrasi di atas.
Dalam perhitungannya satuan dari tekanan hidrostatis dihitung sebagai satuan Pascal (Pa) yang mana 1 Pa = 1 N/m. fi
Faktor-faktor yang memperngaruhi Tekanan Hidrostatis
Pada tekanan hidrostatis terdapat tiga faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatis yaitu massa jenis zat cair, percepatan gravitasi dan kedalaman dari zat cair. Berikut adalah penjelasan mengenai hubungan antara faktor-faktor dan pengaruhnya terhadap tekanan hidrostatis:
1. Massa Jenis Zat Cair (ρ)
Massa jenis zat cair (pengukuran massa zat cair terhadap satuan volume dalam kilogram per meter kubik (kg/m3)) seperti pada air, air laut, minyak, alkohol ataupun air raksa memiliki massa jenis yang berbeda-beda.
Semakin besar massa jenis dari zat cair akan menyebabkan tekanan hidrostatis yang terjadi akan semakin besar. Misalnya pada air memiliki massa jenis yang lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol, sehingga tekanan hidrostatis air lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol.
2. Percepatan Gravitasi (g)
Besar percepatan gravitasi mempengaruhi besar tekanan hidrostatis, semakin besar percepatan gravitasinya maka semakin besar tekanan hidrostatisnya. Meskipun pada kenyataannya di bumi besar percepatan gravitasi antara satu wilayah dengan wilayah lainnya bernilai hampir sama.
3. Kedalaman Zat Cair (h)
Kedalaman zat cair sangat berpengaruh terhadap besar tekanan hidrostatik, yang mana semakin besar nilai kedalaman zat cair maka semakin besar pula nilai tekanan hidrostatik.
Contohnya adalah penyelam profesional yang wajib menggunakan pelindung telinga saat melakukan penyelaman, karena seiring bertambahnya kedalamanan menyebabkan tekananan hidrostatis yang besar dan dapat menyebabkan gangguan pada gendang telinga.
Rumus Tekanan Hidrostatis
Rumus tekanan hidrostatis dihitung berdasarkan hasil kali dari ketiga faktor yaitu massa jenis zat cair, percepatan gravitasi dan kedalaman dari zat cair, yang dituliskan sebagai berikut.
P = ρ×g×h
keterangan:
P = Besar tekanan hidrostatis (Pa)
ρ = massa
jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi
(m/s2)
h = kedalaman zat cair (m)
Rumus tersebut digunakan saat menghitung tekanan hidrostatis pada ruangan tertutup, nah pada ruangan terbuka seperti air pada kolam renang atau lautan kita perlu menjumlahkan dengan besar tekanan pada permukaan air seperti berikut:
Ptotal = P0 + Pair
Ptotal =
P0 + (ρ×g×h)
keterangan:
P0 = Tekanan pada permukaan air (1,01
× 105 Pa)
Pair = Tekanan hidrostatis air (Pa)
Selanjutnya setelah mengetahui pengertian, faktor-faktor yang berpengaruh dan rumus dari tekanan hidrostatis, kita akan belajar bagaimana menghitungnya dengan contoh soal yang disertai pembahasan berikut.
Contoh Soal Tekanan Hidrostatis
1. Hitunglah besar tekanan hidrostatis yang dialami oleh seorang tukang las yang sedang menyambung pipa yang berada pada kedalaan 40 meter air laut! (ρ = 1.100 kg/m3 dan g = 9,8 m/s2)
diketahui:
ρ = 1.000 kg/m3
g = 9,8
m/s2
h = 40 m
ditanya: besar tekanan hidrostatis?
penyelesaian:
P = ρgh
= 1.100 × 9,8 × 40
= 431.200 Pa
=
431,2 kPa
2. Seorang insinyur sedang merancang sebuah pelindung kamera dalam air agar mampu bertahan di bawah kedalaman air, apabila massa jenis air adalah 1.000 kg/m3 dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2.
Hitunglah besar minimum gaya tekanan hidrostatis yang harus dimiliki oleh pelindung kamera dalam air tersebut agar dapat mencapai kedalamanan 500 m!
diketahui:
ρ = 1.000 kg/m3
g = 9,8
m/s2
h = 500 m
ditanya: besar tekanan hidrostatis (P)?
penyelesaian:
Dengan kedalaman yang perlu dicapai adalah 500 m,
dengan menggunakan rumus tekanan hidrostatis
P = ρgh
= 1.000 × 9,8 × 500
= 4.900.000 Pa
= 4,9 MPa
Jadi pelindung kamera tersebut harus mampu menahan tekanan sebesar 4,9 Mpa.
3. Seorang penyelam yang sedang mengamati ekosistem ikan dibawah laut dan melihat alarm alat ukur hidrosatis untuk mengukur tekanan air sebesar 200,9 kPa. Apabila besar massa jenis air laut 1.025 kg/m3 dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2, hitunglah kedalamanan dari penyelam tersebut!
diketahui:
P = 200,9 kPa
ρ = 1.025 kg/m3
g
= 9,8 m/s2
ditanya: kedalaman dari penyelam(h)?
penyelesaian:
Untuk mengetahui kedalaman dari penyelam tersebut,
kita dapat menghitungnya sesuai dengan rumus tekanan hidrostatis yang mana
hasil dari pembagian antara besar tekanan terhadap hasil kali masa jenis
cairan dan percepatan gravitasi.
P = ρ.g.h
h = P/(ρ×g)
= 200.900/(1.025 × 9,8)
= 200.900/10.045
= 20 m
Jadi penyelam tersebut berada pada kedalaman 20 m.
Baca juga Contoh Soal Bejana Berhubungan
4. Berikut merupakan sebuah ilustrasi bejana berhubungan yang digunakan pada sebuah kapal selam untuk penyeimbang saat melakukan akselerasi.
Jika x merupakan cairan yang ditambahkan pada bejana untuk menyeimbangkan pergerakan air (ρa = 1.000 kg/m3 ), hitunglah massa jenis dari cairan X tersebut (g = 9,8 m/s2 )!
diketahui:
hx = 2,4 m
ha = 2 m
ρa = 1.000
kg/m3
g = 9,8 m/s2
ditanya: massa jenis cairan X?
penyelesaian:
Px = Pair
ρx × g × hx = ρa × g × ha
px × 9,8 × 2,4
= 1.000 × 9,8 × 2
px = 2.000/2,4
px = 833
kg/m3
Jadi massa jenis dari cairan x yaitu sebesar 833 kg/m3.
