Tekanan Hidrostatis 2

Kartu · 50

Rumus dasar tekanan hidrostatis

Ph = rho x g x h. Ph adalah tekanan hidrostatis, rho adalah massa jenis zat cair, g percepatan gravitasi, dan h kedalaman dari permukaan.

Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatis

Contoh: Telinga penyelam terasa sakit di kedalaman 5 meter akibat Ph bertambah seiring makin besarnya kedalaman h.

Bentuk dinding bendungan di bagian bawah

Dinding bendungan dibuat lebih tebal di bagian dasar karena tekanan hidrostatis air paling besar di bagian yang paling dalam.

Pemasangan kantong infus pasien

Kantong infus digantung tinggi agar tekanan hidrostatis cairan infus lebih besar dari tekanan darah pasien, sehingga cairan mengalir masuk.

Lubang kebocoran pada tangki air

Air memancar paling jauh dari lubang paling bawah tangki karena memiliki kedalaman terbesar sehingga tekanan hidrostatisnya paling tinggi.

Desain lambung kapal selam

Kapal selam dibuat dari baja tebal berbentuk silinder membulat agar mampu menahan tekanan hidrostatis ekstrem di kedalaman laut.

Penyelaman air laut vs air tawar

Penyelam merasakan tekanan lebih besar di laut daripada di danau pada kedalaman sama karena massa jenis air laut lebih besar.

Prinsip bejana berhubungan

Permukaan zat cair sejenis dalam bejana berhubungan selalu sejajar mendatar karena tekanan hidrostatis di dasar setiap pipa sama.

Waterpass tukang bangunan

Waterpass memanfaatkan prinsip bejana berhubungan untuk memastikan dua titik bidang berada pada ketinggian horizontal yang sama.

Menara tandon air rumah tangga

Tandon diletakkan di atap agar menghasilkan kedalaman h yang cukup tinggi ke keran bawah, menghasilkan pancuran air yang deras.

Mengapa bentuk wadah tidak mempengaruhi Ph?

Tekanan hidrostatis hanya bergantung pada kedalaman h, gravitasi g, dan massa jenis rho, bukan luas penampang atau volume wadah.

Tekanan mutlak pada kedalaman air

P_total = P0 + Ph. Tekanan total adalah tekanan atmosfer (P0) ditambah tekanan hidrostatis zat cair (rho x g x h).

Soal: Menghitung Ph pada kedalaman 2 m di air tawar (rho = 1000 kg/m3, g = 10 m/s2)

Ph = rho x g x h = 1000 x 10 x 2 = 20.000 Pa (20 kPa).

Soal: Menghitung Ph pada kedalaman 10 m di laut (rho = 1030 kg/m3, g = 9,8 m/s2)

Ph = rho x g x h = 1030 x 9,8 x 10 = 100.940 Pa (100,94 kPa).

Soal: Ikan berenang 3 m di bawah permukaan danau (g = 10 m/s2). Berapa Ph yang dialami?

Ph = rho x g x h = 1000 x 10 x 3 = 30.000 Pa.

Soal: Menghitung kedalaman jika Ph = 50.000 Pa dalam air (rho = 1000 kg/m3, g = 10 m/s2)

h = Ph / (rho x g) = 50.000 / (1000 x 10) = 5 meter di bawah permukaan.

Soal: Tekanan total pada kedalaman 5 m (P0 = 100.000 Pa, rho = 1000 kg/m3, g = 10 m/s2)

Ph = 1000 x 10 x 5 = 50.000 Pa. P_total = 100.000 + 50.000 = 150.000 Pa.

Soal: Tekanan minyak (rho = 800 kg/m3) pada kedalaman 40 cm (0,4 m, g = 10 m/s2)

Ph = rho x g x h = 800 x 10 x 0,4 = 3.200 Pa.

Soal: Menghitung massa jenis zat cair jika pada h = 0,5 m dihasilkan Ph = 4.000 Pa (g = 10)

rho = Ph / (g x h) = 4.000 / (10 x 0,5) = 800 kg/m3.

Pipa U: Menentukan massa jenis minyak jika air naik 8 cm dan minyak 10 cm

rho_minyak x h_minyak = rho_air x h_air. rho_minyak x 10 = 1000 x 8 -> rho_minyak = 800 kg/m3.

Soal: Selisih Ph antara dua titik pada kedalaman 2 m dan 5 m di air (g = 10 m/s2)

Delta Ph = rho x g x Delta h = 1000 x 10 x (5 - 2) = 30.000 Pa.

Soal: Menghitung gaya tekan hidrostatis pada dasar tangki seluas 2 m2 dengan kedalaman air 1,5 m

Ph = 1000 x 10 x 1,5 = 15.000 Pa. F = Ph x A = 15.000 x 2 = 30.000 N.

Soal: Tekanan hidrostatis merkuri (rho = 13.600 kg/m3) pada kedalaman 76 cm (0,76 m, g = 9,8)

Ph = 13.600 x 9,8 x 0,76 = 101.292,8 Pa (setara 1 atmosfer).

Kacamata renang tertekan ke wajah saat menyelam

Tekanan hidrostatis air laut di luar kacamata lebih tinggi daripada tekanan udara di dalam kacamata renang.

Soal: Tekanan pada dasar akuarium setinggi 60 cm terisi penuh air (g = 10 m/s2)

h = 0,6 m. Ph = 1000 x 10 x 0,6 = 6.000 Pa.

Soal: Ikan berada 20 cm dari dasar akuarium setinggi 1 m terisi penuh. Ph pada ikan?

Kedalaman dari permukaan h = 1 - 0,2 = 0,8 m. Ph = 1000 x 10 x 0,8 = 8.000 Pa.

Soal: Tekanan hidrostatis di dalam drum oli (rho = 900 kg/m3) pada kedalaman 1,2 m

Ph = 900 x 10 x 1,2 = 10.800 Pa.

Manometer pipa terbuka

Mengukur tekanan gas dalam tabung dari selisih tinggi cairan kolom di kedua kaki pipa berdasarkan prinsip hidrostatis.

Soal: Menghitung h air yang menghasilkan Ph sama dengan 2 cm raksa (rho raksa = 13,6 g/cm3)

rho1 x h1 = rho2 x h2 -> 13,6 x 2 = 1 x h_air -> h_air = 27,2 cm.

Bahaya dekompresi bagi penyelam scuba

Turun ke kedalaman tinggi meningkatkan tekanan hidrostatis yang melarutkan nitrogen dalam darah; naik terlalu cepat menyebabkan gas membentuk gelembung berbahaya.

Soal: Perbandingan Ph pada kedalaman 4 m dan 12 m pada cairan yang sama

Ph sebanding dengan h. Ph1 : Ph2 = 4 : 12 = 1 : 3.

Soal: Perbandingan Ph pada kedalaman sama antara air (1000 kg/m3) dan alkohol (800 kg/m3)

Ph sebanding dengan massa jenis. Ph_air : Ph_alkohol = 1000 : 800 = 5 : 4.

Paradoks hidrostatis

Wadah dengan volume berbeda tetapi luas alas dan tinggi cairan sama akan menerima gaya tekan hidrostatis yang sama persis di bagian dasarnya.

Soal: Pipa U berisi raksa (13,6 g/cm3) dan air. Kolom air 27,2 cm. Beda tinggi raksa?

h_raksa = (rho_air x h_air) / rho_raksa = (1 x 27,2) / 13,6 = 2 cm.

Soal: Berapa Ph kapal selam di kedalaman 100 m air laut (rho = 1025 kg/m3, g = 9,8 m/s2)?

Ph = 1025 x 9,8 x 100 = 1.004.500 Pa (sekitar 10 atm).

Soal: Tangki setinggi 2 m terisi setengahnya dengan air (g = 10 m/s2). Tekanan di dasar?

h = 2 / 2 = 1 m. Ph = 1000 x 10 x 1 = 10.000 Pa.

Aliran darah saat posisi berdiri vs berbaring

Saat berdiri, tekanan hidrostatis darah di kaki jauh lebih tinggi karena efek gravitasi dan kedalaman kolom tubuh manusia.

Soal: Dua cairan tak bercampur dalam tabung: 1 m air di atas 0,5 m raksa. Ph total di dasar?

Ph = (1000 x 10 x 1) + (13600 x 10 x 0,5) = 10.000 + 68.000 = 78.000 Pa.

Mengapa bentuk bendungan melengkung ke arah dalam?

Menahan gaya dorong hidrostatis air yang sangat besar di bagian dalam dan menyalurkan bebannya ke dinding tebing penopang.

Soal: Berapa gaya hidrostatis pada jendela kapal selam lingkaran (r = 0,1 m) di Ph = 200 kPa?

A = pi x r^2 = 3,14 x 0,01 = 0,0314 m2. F = Ph x A = 200.000 x 0,0314 = 6.280 N.

Penyebab telinga berdenging saat menyelam bebas

Gendang telinga tertekan ke dalam oleh tekanan hidrostatis air yang lebih besar dari tekanan udara di rongga telinga tengah.

Soal: Berapa kedalaman di danau agar Ph mencapai 1 atm (101.300 Pa, rho = 1000, g = 9,8)?

h = Ph / (rho x g) = 101.300 / (1000 x 9,8) = 10,34 meter.

Prinsip siphon (penyedotan cairan)

Cairan mengalir melalui selang melewati titik tertinggi karena perbedaan tekanan hidrostatis antara permukaan wadah dan ujung selang keluar.

Soal: Tekanan hidrostatis pada dasar wadah kubus bersisi 50 cm terisi penuh gliserin (1260 kg/m3)

h = 0,5 m. Ph = 1260 x 10 x 0,5 = 6.300 Pa (asumsi g = 10 m/s2).

Pengaruh gravitasi terhadap tekanan hidrostatis di bulan (g_bulan = 1,6 m/s2)

Ph air pada kedalaman 2 m di bulan: Ph = 1000 x 1,6 x 2 = 3.200 Pa, jauh lebih kecil dibandingkan di bumi (20.000 Pa).

Soal: Tekanan relatif pipa U jika selisih tinggi minyak (800 kg/m3) adalah 25 cm (g = 10)

Delta P = rho x g x h = 800 x 10 x 0,25 = 2.000 Pa.

Mengapa kantong plastik tipis mengkerut saat ditarik ke dalam air?

Tekanan hidrostatis dari segala arah menekan permukaan plastik tipis yang berisi sedikit udara.

Soal: Luas alas wadah 0,05 m2, terisi air setinggi 80 cm. Tentukan gaya di dasar wadah

Ph = 1000 x 10 x 0,8 = 8.000 Pa. F = Ph x A = 8.000 x 0,05 = 400 N.

Karakteristik arah tekanan hidrostatis

Fluida memberikan tekanan hidrostatis ke segala arah secara tegak lurus terhadap bidang permukaan yang bersentuhan dengannya.

Soal: Titik A di kedalaman 1 m dan B di 4 m di cairan sama. Berapa perbandingan tekanan total jika P0 diabaikan?

Ph_A : Ph_B = h_A : h_B = 1 : 4.