Tekanan Zat Cair Panduan
FisikaMenengahWaktu baca: 3 menit
Ikhtisar
Mengapa penyelam laut dalam harus mengenakan pakaian tahan tekanan yang berat? Mengapa bendungan dibangun lebih lebar di bagian bawah? Jawabannya terletak jauh di dalam cairan. Eksperimen ini menggunakan mikromanometer (manometer tabung-U) untuk membawa Anda ke bawah air untuk mengukur secara intuitif dan mengeksplorasi 'tiga variabel kunci' yang menentukan tekanan cairan.
Latar Belakang
Studi tentang tekanan cairan tidak terlepas dari ilmuwan Prancis Blaise Pascal (1623–1662). Pada tahun 1648, Pascal melakukan 'Eksperimen Tong' yang terkenal: dia memasukkan tabung panjang dan tipis ke bagian atas tong kayu tertutup yang berisi air. Ketika sejumlah kecil air dituangkan ke dalam tabung tipis dari ketinggian, tong itu benar-benar pecah karena tekanan internal yang sangat besar! Eksperimen ini membuktikan dengan jelas bahwa tekanan cairan hanya bergantung pada kedalaman, bukan jumlah total cairan. Pascal juga menemukan 'Prinsip Pascal': tekanan yang diberikan pada cairan tertutup diteruskan tanpa berkurang ke segala arah, sebuah prinsip yang tetap menjadi dasar pengepres hidrolik dan dongkrak saat ini. Untuk menghormati kontribusinya, satuan internasional tekanan dinamai 'Pascal' (Pa).
Konsep Utama
Manometer (Manometer)
Alat untuk mengukur tekanan cairan. Membran karet probe merasakan tekanan, menyebabkan perbedaan ketinggian pada level cairan di kedua sisi tabung-U. Semakin besar perbedaan ketinggian, semakin besar tekanannya.
Tekanan Cairan (Liquid Pressure)
Tekanan yang diberikan oleh cairan pada interiornya dan dinding wadah karena gravitasi dan kemampuannya untuk mengalir.
Formula & Penurunan
Rumus Tekanan Cairan
Tekanan bergantung pada kepadatan cairan , percepatan gravitasi , dan kedalaman . Catatan: Ini tidak bergantung pada massa cairan, volume, dan bentuk wadah.
Langkah Eksperimen
- 1
Periksa Kekedapan Udara
Sebelum eksperimen, tekan perlahan membran karet probe. Jika perbedaan ketinggian yang jelas muncul di level cairan tabung-U dan pulih setelah dilepaskan, perangkat tersebut kedap udara. - 2
Eksplorasi Kedalaman vs Tekanan
Tempatkan probe secara vertikal ke dalam air jernih dan ubah 'Kedalaman Probe'. Amati bagaimana perbedaan ketinggian tabung-U berubah seiring bertambahnya kedalaman . - 3
Verifikasi Kesetaraan Arah
Tetap pada kedalaman yang sama dan ganti 'Arah Probe' (Atas, Bawah, Kiri, Kanan). Amati dan konfirmasikan apakah perbedaan ketinggian tetap konstan. - 4
Bandingkan Cairan Berbeda
Pada kedalaman yang sama, ganti cairan dari 'Air Jernih' ke 'Air Garam' atau 'Minyak Tanah'. Bandingkan efek kepadatan yang berbeda pada tekanan.
Hasil Pembelajaran
- Konfirmasikan bahwa tekanan pada titik yang sama di bawah air sama di semua arah
- Kuasai hukum bahwa tekanan meningkat secara linier dengan kedalaman
- Verifikasi bahwa pada kedalaman yang sama, semakin besar kepadatan cairan, semakin besar tekanannya
- Pahami penerapan prinsip 'Bejana Berhubungan' dalam proses pengukuran
Aplikasi Nyata
- Bendungan Tiga Ngarai: Dirancang sangat lebar di bagian bawah untuk menahan tekanan horizontal yang sangat besar di tingkat air dalam
- Batas Menyelam: Perbedaan desain antara penyelam biasa dan kapal selam laut dalam justru untuk mengatasi tekanan hidrostatik yang berbeda
- Menara Air: Memanfaatkan perbedaan ketinggian untuk menghasilkan tekanan guna mengalirkan air ke penghuni di lantai yang lebih tinggi
Kesalahpahaman Umum
Salah
Tekanan di dasar ember besar berisi air selalu lebih besar daripada tekanan di dasar cangkir kecil berisi air
Benar
Belum tentu. Tekanan hanya bergantung pada kedalaman dan kepadatan. Jika level air dalam ember besar yang terisi sebagian lebih rendah daripada di cangkir, tekanan di dasar ember sebenarnya lebih kecil.
Salah
Tekanan cairan hanya bekerja ke bawah
Benar
Salah. Karena cairan dapat mengalir, mereka memberikan tekanan pada dinding samping dan, karena prinsip gaya apung ke atas, bahkan tekanan ke atas pada dasar benda.
Bacaan Lebih Lanjut
Siap untuk memulai?
Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!