Tekanan Zat Padat, Cair, dan Gas (IPA Kelas 8)

Tekanan Zat Padat, Cair, dan Gas (IPA Kelas 8) – Coba kamu perhatikan tempat hidup angsa dan ayam! Angsa dapat dengan mudah mencari makan di tempat yang berlumpur, misalnya di sawah, sedangkan ayam kesulitan untuk mencari makan di tempat tersebut.

Mengapa angsa dapat memiliki kemampuan seperti itu? Coba kamu perhatikan struktur dari kaki angsa dan ayam. Angsa memiliki selaput pada kakinya, sedangkan ayam tidak memiliki. Ya, Maha Besar Allah Swt. yang telah merancang struktur kaki angsa yang dilengkapi selaput sehingga angsa dapat mencari makan di tempat yang berlumpur. Tekanan sangat berhubungan dengan gaya dan luas permukaan benda.

 

Tekanan Zat Padat

Ketika kamu mendorong uang logam di atas plastisin, berarti kamu telah memberikan gaya pada uang logam. Besarnya tekanan yang dihasilkan uang logam pada plastisin tergantung pada besarnya dorongan (gaya) yang kamu berikan dan luas permukaan pijakan atau luas bidang tekannya.

Konsep tekanan sama dengan penyebaran gaya pada luas suatu permukaan. Sehingga, apabila gaya yang diberikan pada suatu benda (F) semakin besar, maka tekanan yang dihasilkan akan semakin besar. Sebaliknya, semakin luas permukaan suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara matematis, besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

p = F / A

dengan:

• p = Tekanan (N/m² yang disebut juga satuan pascal (Pa))
• F = Gaya (newton)
• A = Luas bidang (m²)

 

Setelah mengetahui bahwa besar tekanan dipengaruhi oleh besarnya gaya dan luas bidang, sekarang kamu tentunya dapat menjelaskan alasan ketika kamu berjalan di tanah berlumpur dengan menggunakan sepatu boot, kamu akan lebih mudah berjalan dan tidak mudah terjebak masuk ke dalam lumpur dibandingkan dengan menggunakan sepatu dengan pijakan yang sempit.

Kamu juga dapat memahami alasan angsa lebih mudah mencari makanan di tempat yang berlumpur daripada ayam.

 

Tekanan Zat Cair

Tekanan Hidrostatis

Ketika kamu menyelam, bagaimanakah kondisi telinga yang kamu rasakan? Apakah telingamu terasa tertekan? Semakin dalam kamu menyelam, kamu akan merasakan tekanan yang lebih besar. Mengapa hal ini dapat terjadi?

Kedalaman zat cair dan massa jenis zat cair memengaruhi tekanan yang dihasilkan oleh zat cair atau disebut dengan tekanan hidrostatis. Semakin dalam zat cair, semakin besar tekanan yang dihasilkan. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan.

Tekanan merupakan besarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja, secara matematis dirumuskan sebagai:

p = F / A

Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (w) yang berada di atas benda, sehingga:

p = w / A

karena :

• berat (w) = m × g
• m = ρ × V
• V = h × A

maka

dapat ditulis bahwa p = (ρ × g × h × A) / A atau p = ρ × g × h

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 ini penting untuk diperhatikan dalam merancang berbagai struktur bangunan dalam penampungan air, misalnya pembangunan bendungan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

Selain PLTA, para arsitek kapal selam juga memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut, sehingga kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan akibat tekanan hidrostatis.

Apakah kamu mengetahui bahwa manusia hanya mampu menyelam hingga kedalaman kurang lebih 20 m? Hal ini dikarenakan paru-paru manusia tidak dapat menahan tekanan yang besar (>240.000 Pa).

 

Hukum Archimedes

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa ini bukan berarti ada massa benda yang hilang. Berat benda berkurang saat dimasukkan ke dalam air, disebabkan oleh adanya gaya apung (F_a) yang mendorong benda ke atas atau berlawanan dengan arah berat benda.

Secara matematis, dapat dituliskan:

F_a= w_bu− w_ba

sehingga,

w_ba = w_bu− F_a

dengan:

• F_a = Gaya apung (N)
• w_ba = Berat benda di air (N)
• w_bu = Berat benda di udara (N)

 

Fenomena ini dipelajari oleh Archimedes yang hasilnya kemudian dinyatakan sebagai hukum Archimedes sebagai berikut:

“Jika benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut”.

 

Menurut penelitian yang dilakukan Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air daripada di udara karena di dalam air benda mendapat gaya ke atas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah:

w_cp = m_cp × g dan m_cp = ρ_cp × V_cp

sehingga berat air yang didesak oleh benda adalah:

w_cp = ρ_c × g × V_cp

Berarti, menurut hukum Archimedes, besar gaya ke atas adalah:

F_a= ρ_c × g × V_cp

dengan:

• F_a = Gaya apung (N)
• ρ_c = Massa jenis zat cair (kg/m³)
• g = Percepatan gravitasi (m/s²)
• V_cp = Volume zat cair yang dipindahkan (m³)

 

Hukum Archimedes tersebut digunakan sebagai dasar pembuatan kapal laut atau kapal selam. Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (F_a). Jika gaya apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan terapung.

Sebaliknya, jika gaya apung maksimum lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam. Jika gaya apung maksimum sama dengan berat benda, maka benda akan melayang. Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada di bawah permukaan zat cair.

Hampir semua logam memiliki massa jenis (kerapatan) yang lebih besar dari air. Tentu kamu berpikir bahwa semua logam akan tenggelam dalam air. Mengapa kapal laut yang terbuat dari logam tidak tenggelam?

Kapal laut dapat terapung karena pada saat diletakkan secara tegak di lautan, kapal laut dapat memindahkan air laut dalam jumlah yang cukup besar, sehingga kapal laut mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat kapal laut.

 

Hukum Pascal

Pernahkah kamu melihat mobil yang dicuci di tempat pencucian kendaraan? Mobil di tempat pencucian kendaraan akan diangkat dengan menggunakan alat pengangkat yang disebut pompa hidrolik.

Pompa hidrolik bekerja sesuai hukum Pascal (Blaise Pascal), yaitu yang berbunyi bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama.

Model Dongkrak Hidrolik

Jika pada penampang dengan luas A₁ diberi gaya dorong F₁, maka akan dihasilkan tekanan p dapat dirumuskan :

p = F₁ / A₁

Menurut hukum Pascal tekanan p tersebut diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A₂. Pada penampang A₂ muncul gaya angkat F₂ dengan tekanan:

p = F₂ / A₂

Secara matematis diperoleh persamaan pada dongkrak hidrolik sebagai berikut.

F₁/A₁ = F₂/A₂ atau  F₂ = (A₂/A₁) X F₁

dengan:

• p = Tekanan (N/m²)
• F₁ dan F₂ = Gaya yang diberikan (newton)
• A₁ dan A₂ = Luas penampang (m²)

 

Jika A2 lebih besar dari A1 maka akan diperoleh gaya angkat F2 yang lebih besar dari F1. Ini merupakan prinsip kerja dari pompa hidrolik.

Mengapa pompa hidrolik mampu mengangkat motor atau mobil yang sangat berat dengan menggunakan gaya yang kecil padahal di dalam pompa hidrolik tersebut hanya berisi udara atau dapat berupa minyak?

Pompa hidrolik menerapkan prinsip dari Hukum Pascal. Pada pompa hidrolik terdapat dua luas penampang yang berbeda, yaitu luas penampang kecil (A₁) dan luas penampang besar (A₂).

Luas penampang kecil (A₁) misalnya 1 cm² akan diberi gaya yang kecil (F₁) misalnya 10 N, sehingga menghasilkan tekanan (p) sebesar 10 N/cm². Tekanan p (10 N/cm² ) akan diteruskan menuju luas penampang besar (A₂) misalnya 100 cm².

Sehingga F₂ = (F₁ × A₂) / A₁

F₂ = (10 N × 100 cm²) / 1 cm² = 1.000 N

Berdasarkan contoh tersebut dapat dilihat bahwa dengan memberikan gaya 10 N pada luas penampang kecil mampu menghasilkan gaya 1.000 N pada luas penampang besar. Berdasarkan prinsip inilah pompa hidrolik tersebut mampu mengangkat motor atau mobil yang cukup berat.

 

Tekanan Gas

Bagaimana dengan gas? Apakah gas juga memiliki tekanan? Pernahkah kamu melihat balon udara? Bagaimana balon udara dapat terbang?

Percobaan gelas yang diisi dengan air penuh lalu ditutup dengan kertas HVS kemudian dibalik dengan cepat, menunjukkan bahwa gas juga memiliki tekanan. Ketika gelas yang berisi air dibalik, ternyata kertas HVS dapat menahan air di dalam gelas. Hal ini terjadi karena HVS mendapatkan tekanan dari udara luar yang besarnya lebih besar daripada tekanan air dalam gelas.

Bagaimanakah tekanan udara yang terjadi pada erlenmeyer yang ditutup dengan balon karet? Ketika air dalam erlenmeyer yang ditutup dengan balon karet dipanaskan akan membuat balon karet mengembang.

Hal ini terjadi karena partikel gas dalam erlenmeyer menerima kalor dari pemanasan. Akibatnya gerakan partikel gas dalam erlenmeyer semakin cepat dan terjadilah pemuaian sehingga tekanannya menjadi besar.

Tekanan di dalam erlenmeyer ini diteruskan sama besar menuju balon karet, sehingga tekanan di dalam balon karet lebih besar daripada tekanan gas di luar balon karet yang mengakibatkan balon karet mengembang.

Ketika erlenmeyer yang berisi air panas yang telah ditutup rapat dengan balon karet dimasukkan ke dalam air dingin, balon karet tertekan ke dalam erlenmeyer. Hal ini disebabkan karena kalor pada partikel gas dalam erlenmeyer dirambatkan menuju air dingin. Pergerakan partikel gas semakin lambat dan terjadilah penyusutan.

Penyusutan ini menyebabkan tekanan gas dalam erlenmeyer semakin rendah dari tekanan gas di luar. Akibatnya balon karet masuk ke dalam erlenmeyer karena tekanan gas dari luar.

 

Latihan soal Tekanan Zat Padat, Cair, dan Gas

Berikut ini adalah latihan soal online materi tekanan zat padat, cair, dan gas (IPA kelas 8). Silakan kerjakan sendiri dan ulangi beberapa kali agar mendapatkan hasil maksimal.

https://quizizz.com/join/quiz/5e34ce289d0ebe001b3749ca/start

 

Demikianlah modul belajar online materi Tekanan Zat Padat, Cair, dan Gas (IPA Kelas 8) yang bisa kami sajikan. Semoga bermanfaat dan sampai jumpa lagi dengan maglearning.id.