Bab 7. Tekanan Zat (Materi 1: Tekanan Zat Padat dan Tekanan Hidrostatis)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.8 Menjelaskan tekanan zat dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk tekanan darah, osmosis, dan kapilaritas jaringan angkut pada tumbuhan.

Keterampilan

4.8 Menyajikan data hasil percobaan untuk menyelidiki tekanan zat cair pada kedalaman tertentu, gaya apung, dan kapilaritas, misalnya dalam batang tumbuhan.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan konsep tekanan dengan benar.

2. Menganalisis tekanan pada suatu benda dengan benar.

3. Menghitung besarnya tekanan pada suatu benda dengan benar.

4. Menjelaskan konsep tekanan hidrostatis dengan benar.

5. Menganalisis tekanan hidrostatis yang dialami benda dengan benar.

6. Menghitung besarnya tekanan hidrostatis dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

     Pernahkah kalian diinjak dengan sepatu hak tinggi? Bagaimana rasanya bila dibandingkan ketika anda diinjak dengan sepatu yang lebar? Mungkin dua-duanya sakit tetapi pastinya ketika diinjak dengan sepatu hak tinggi anda akan merasakan lebih sakit. Begitu pun dalam menghadapi permasalahan kehidupan, pernahkah kalian melihat orang yang kehilangan benda? Apakah ekspresi setiap orang akan sama ketika kehilangan suatu benda? Tentunya tidak, ada orang yang ketika dia kehilangan benda, dia akan pusing minta ampun, gelisah, sampai frustasi. Ada juga orang yang ketika barangnya hilang, dia hanya bersikap tenang, dan tidak terlalu memikirkannya. Kedua orang tersebut menampilkan perilaku yang berbeda disebabkan karena hati mereka berbeda. Orang pertama mengatur hatinya menjadi sempit dan sulit sehingga masalah kecil pun menjadi rumit, sedangkan orang kedua mengatur hatinya menjadi luas dan lapang sehingga bisa menghadapi masalah sebesar apapun dengan tenang.

     Begitulah fisika selalu mengajarkan kita tentang kehidupan, pada bab tekanan ini kita tidak hanya diajarkan bagaimana mengatur gaya dan luas permukaan sehingga dapat menghasilkan tekanan maksimum tetapi di sini juga kita belajar bagaimana kita mengatur hati kita untuk menghadapi berbagai masalah besar ataupun kecil sehingga kita bisa menerima tekanan yang minimum.

A. Tekanan Zat Padat

• Bila zat padat seperti balok diberi gaya dari atas akan menimbulkan tekanan. 
  
• Pada tekanan zat padat berlaku: 
• Bila balok yang sama ditekan pada tanah yang lembek akan lebih besar tekanannya atau akan lebih dalam tekanannya dibandingkan di tanah yang tidak lembek.
• Semakin besar luas alas bidang tekannya, maka tekanannya makin kecil.
• Semakin kecil luas alas bidang tekannya, maka tekanannya makin besar. 
• Tekanan merupakan gaya yang bekerja pada satuan luas bidang tekan, atau dengan definisi lain bahwa tekanan adalah gaya persatuan luas.
• Dalam SI, satuan tekanan adalah pascal (Pa) atau N/m2.
• Secara matematis, besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

Keterangan :
P = tekanan (N/m² disebut juga pascal (Pa))
F = gaya (Newton) 
A = luas permukaan bidang tekan (m²)

Perhatikan ilustrasi berikut!

• Tekanan paling besar terdapat pada benda nomor 4. 
• Dari rumus tekanan P=F/A, Kita telah belajar bahwa untuk gaya yang sama, semakin kecil luas permukaan bidang tekan, maka semakin besar tekanan yang dihasilkan. 
• Sementara semakin besar luas permukaan bidang tekan, maka semakin kecil tekanan yang dihasilkan. 
• Oleh karena itu, tekanan yang paling besar diakibatkan oleh benda dengan luas permukaan bidang tekan paling kecil.

Contoh Soal :

1. Suatu hari Sanji sedang menguji kemampuan tendangannya. Sanji melakukan tendangan ke sebuah box kosong dengan gaya sebesar 20 N. Jika luas telapak kaki besarnya adalah 100 cm², hitung tekanan yang diberikan Sanji terhadap box tersebut.

Penyelesaian :

Diketahui :

F = 20 N

A = 100 cm² = 0,01 m²

Ditanyakan : P = ...?

Jawab : 

2. Karena membutuhkan kayu untuk memperbaiki rumahnya, Franky membeli puluhan potongan kayu. Potongan kayu tersebut disusun di atas tanah sehingga berbentuk balok dengan ukuran panjang 5 m, lebar 2 m, tinggi 1 m serta massa totalnya 20 kg. Hitunglah tekanan zat padat dari susunan kayu milik Franky!

Penyelesaian :

Diketahui :

m = 20 kg

p = 5 m 

l = 2 m

t = 1 m

Ditanyakan : P = ...?

Jawab : 

3. Benda memiliki luas alasnya 0,2 m² bertekanan 100 N/m² , maka berapa gaya yang bekerja pada benda itu?

Penyelesaian :

Diketahui :

A = 0,2 m²

P = 100 N/m² 

Ditanyakan : F = ...?

Jawab : 

Jadi, gaya yang bekerja pada benda itu adalah 20 N.

• Berikut ini adalah beberapa contoh tekanan zat padat yang dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:
• Sirip Ikan
• Sirip ikan dengan ukuran yang lebar akan mempermudahnya dalam mengarungi air dengan lincah dan bebas. Ini karena ikan mendapatkan gaya dorong dari sirip yang bergerak.
• Lalu, sirip memberikan tekanan dalam jumlah yang besar pada air saat bergerak. Dengan demikian, ikan mendapatkan gaya dorong air sebagai hasil reaksinya.
• Kaki Itik
• Kaki itik dapat berjalan di tanah lumpur dan tidak terpeleset, karena kaki itik luas alasnya besar, sehingga tekanannya kecil dan akibatnya tekanan kecil dapat memperlancar jalannya. 
• Paku
• Paku yang tajam akan lebih dalam menancapnya bila dibandingkan dengan paku tumpul, karena pada paku tajam luas alasnya kecil berarti tekanannya besar, sedangkan pada paku tumpul luas alasnya besar sehingga tekanannya kecil. 
• Kapak
• Mata kapak yang tajam sengaja untuk memperbesar tekanan pada kayu atau benda agar terbelah. Tentu saja hal tersebut akan semakin mempermudahnya dalam membelah daripada kapak yang tidak tajam.
• Membelah kayu dengan mata kapak tajam hanya membutuhkan tenaga yang kecil atau sedikit daripada kapak dengan mata yang tumpul. Dalam perbandingan gaya yang keluar adalah sama.
• Terlebih lagi, kapak dengan luas permukaan yang kecil akan mendapatkan hasil reaksi tekanan zat padat yang lebih mudah dan cepat. Tentu hal ini memudahkan pekerjaan.
• Sepatu Boot
• Secara tidak langsung, para petani sawah berlumpur telah menggunakan metode gaya atau tekanan pada benda padat. Lumpur akan mempersulit telapak kaki untuk berjalan, maka dengan sepatu boot masalah terselesaikan tanpa takut terpeleset.
• Hal ini karena sepatu boot mempunyai permukaan yang luas untuk pijakan. Sehingga, kaki tidak dengan mudah masuk dalam lumpur saat berjalan. Tentu saja bisa membantu pijakan agar tetap aman dan nyaman.
• Sepatu Salju
• Penduduk daerah bersalju pasti menggunakan sepatu jenis ini dalam memperoleh tekanan. Sepatu dengan ukuran permukaan yang lebih lebar dapat memperkecil tekanan berat tubuh pada salju. Dengan demikian, akan dapat dengan mudah melewati jalanan yang licin tanpa takut terjatuh atau terpeleset.
• Secara langsung atau tidak langsung, aktivitas kita dalam kehidupan sehari-hari tidak terlepas dari konsep fisika. Salah satunya adalah dengan memanfaatkan konsep tekanan zat padat. Dengan mengerti penjelasan tersebut, anda mungkin dapat membantu dalam memahami konsep penerapannya dalam kehidupan sekeliling kita.

B. Tekanan Zat Cair (Tekanan Hidrostatis)

• Pada zat cair, tekanan tidak hanya dimiliki oleh air yang mengalir, tetapi tekanan juga dimiliki oleh air yang diam. 
• Air yang diam memiliki tekanan yang disebabkan oleh zat cair yang berada pada kedalaman tertentu yang disebut dengan tekanan hidrostatis. 
• Untuk memahami adanya tekanan hidrostatis pada zat cair, perhatikan ilustrasi di bawah ini! 
  
  
  
• Kemudian perhatikan pancaran air pada tiga lubang bagian atas (A), tengah (B), dan bawah (C) di bawah ini.

• Pancaran air paling jauh ditunjukan oleh lubang bawah (C), lalu tengah (B), kemudian atas (A). Hal ini menunjukkan bahwa tekanan pada lubang bawah (C) lebih besar daripada tekanan pada lubang tengah (B) dan lubang atas (A) (PC>PB>PA)
• Dalam fisika, tekanan zat cair atau tekanan hidrostatis diartikan sebagai tekanan di dalam zat cair diam yang terjadi karena zat cair tersebut dipengaruhi oleh kedalaman. Ilmu yang mempelajari mengenai zat cair diam disebut sebagai hidrostatika.
• Besarnya tekanan hidrostatis bergantung pada ketinggian zat cair, massa jenis zat cair dan percepatan gravitasi bumi. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa tekanan berbanding lurus dengan massa jenis zat cair dan kedalaman di dalam zat cair. 
• Secara matematis dirumuskan:

Keterangan:
Ph= tekanan hidrosatis (Pa atau N/m²)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s²)
h = kedalaman (m)

• Pada umumnya, tekanan pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama. Karena volume tidak berpengaruh pada besarnya tekanan hidrostatis, maka apapun bentuk wadahnya jika kedalamannya sama akan menghasilkan tekanan hidrostatis yang sama pula. Seperti diperlihatkan gambar berikut:

• Sebenarnya ada banyak sekali contoh dari tekanan hidrostatis yang biasa kita temui di kehidupan sehari-hari. Namun, kerap kali kita tidak menyadari bahwa kejadian tersebut merupakan contoh dari tekanan hidrostatis. Berikut ini beberapa contohnya agar kita makin memahami mengenai materi tekanan zat cair diam ini:
• Ketika kita menyelam di laut atau kolam, maka kita akan merasakan tekanan hidrostatis yang semakin besar jika kita menyelam semakin dalam.
• Dasar bendungan pada bagian bawah akan semakin tebal guna menahan tekanan zat cair yang semakin ke bawah semakin besar.
• Dalam pemasangan infus, semakin tinggi posisi botol infus, maka akan semakin besar tekanan yang terjadi. Hal ini membuat cairan infus dapat lebih mudah masuk ke aliran darah.

Contoh Soal :

1. Seorang penyelam menyelam dengan kedalaman 3 m, massa jenis air 1.000 kg/m³, konstanta gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 m/s². Hitunglah besar tekanan hidrostatisnya!

Penyelesaian :

Diketahui:

h = 3 m

ρ = 1000 kg/m³

g = 10 m/s²

Ditanyakan: Ph = …?

Jawab:

Ph = ρ g h

Ph = 1000 . 10 . 3

Ph = 30.000 Pa = 30 kPa

Jadi, besar tekanan hidrostatis yang dirasakan penyelam adalah 30.000 Pa.

2. Seekor ikan berada pada bak air seperti pada gambar.

Jika massa jenis air 1.000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², tekanan hidrostatis yang diterima ikan!

Penyelesaian :

Diketahui:

h = 140 cm – 60 cm = 80 cm = 0,8 m

ρ = 1000 kg/m³

g = 10 m/s²

Ditanyakan: Ph = …?

Jawab:

Ph = ρ g h

Ph = 1000 . 10 . 0,8 

Ph = 8.000 N/m²

Jadi, tekanan hidrostatis yang diterima ikan adalah 8.000 N/m²

3. Dua ekor ikan berada dalam air seperti gambar (massa jenis air = 1.000 kg/m³)

Tekanan hidrostatis yang dialami ikan 1 sebesar 1.000 N/m² dan tekanan hidrostatis pada ikan dua sebesar 6.000 N/m². Tentukan selisih kedalaman ikan 1 dan ikan 2 !

Penyelesaian :

Diketahui :

Misalkan tinggi ikan pertama adalah h1 dan tinggi ikan kedua adalah h2.

Ditanyakan : selisih kedalaman ikan 1 dan ikan 2 = ...?

Jawab :

Mencari ketinggian ikan pertama (h1):

Mencari ketinggian ikan kedua (h2):

Jadi, selisih kedalaman ikan 1 dan ikan 2 adalah

= h2 - h1

= 60 cm – 10 cm

= 50 cm

REFERENSI

Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan 

1. Perhatikan empat balok yang mempunyai massa sama berikut. 

A.
B.
C.
D.

Manakah balok yang memberikan tekanan terbesar pada lantai ? Jelaskan alasannya !

2. Tekanan hidrostatis suatu zat cair pada kedalaman 50 cm adalah 300 Pa. Tentukan besar tekanan hidrostatis zat cair tersebut pada kedalaman 1,5 meter !

3. Perhatikan gambar ikan dalam bejana di samping! 

Jika massa jenis air 1.000 kg/m³ dan percepatan gravitasi bumi di tempat tersebut sebesar 10 m/s², maka hitunglah tekanan zat cair tepat dimulut ikan tersebut !

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~