Tekanan dalam fluida

2.4  Tekanan dalam fluida

Ketika fluida (baik cair maupun gas) berada dalam keadaaan tenang, fluida akan memberikan gaya yang tegak lurus ke bawah permukaan kontaknya, seperti dinding, bejana atau benda yang tercelup dalam fluida. Ketika fluida secara keseluruhan berada pada keadaan tenang, molekul-molekul yang menyusunnya tetap bergerak. Gaya yang diberikan fluida adalah akibat tumbukan molekul-molekul dengan lingkungannya. Tekanan P didefinisikan                                                               sebagai gaya persatuan luas, dengan gaya F dianggap bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan A.

 

                                                                                 … (9)

 

 

Satuan tekanan dalam SI adalah N/m2 atau pascal (Pa). Jika berat fluida dapat diabaikan, tekanan fluida akan sama di seluruh bagian volumenya. Tekanan atmosfer akan berkurang dengan naiknya ketinggian, dan akan bertambah dengan turunnya ketinggian. Tekanan dalam cairan yang mempunyai kerapatan seragam akan bervariasi terhadap kedalaman. Jika massa jenis r dan percepatan gravitasi g adalah sama pada seluruh bagian fluida, jika fluida dalam keadaan kesetimbangan, setiap elemen volume juga berada dalam kesetimbangan. Tinjau selapis tipis elemen fluida dengan tinggi dy (gambar. 2) permukaan bawah dan atas masing-masing memiliki luas A, dan ketingiannya adalah y dan y + dy diatas suatu tingkat acuan dimana y = 0 maka berat elemen fluida adalah :

 

 

                                                         … (10)

 

Dengan dV adalah volume elemen fluida, dm adalah massa elemen fluida, r adalah massa jenis cairan, dan g adalah percepatan gravitasi bumi. Maka tekanan P adalah :

 

Dengan demikian, tekanan berbanding lurus dengan kerapatan cairan dan kedalaman dalam cairan tersebut. Secara umum tekanan pada kedalaman yang sama dalam cairan yang seragam adalah sama (Giancoli,1993:322).

 

 

       
   
     
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar.2. Gaya-gaya pada elemen fluida yang berada dalam kesetimbangan (Sears

dan Zemansky, 2002)

 

 

Persamaan (11) berlaku untuk fluida yang kerapatannya konstan dan tidak berubah terhadap kedalaman.

Jika P1 dan P2 berturut-turut merupakan tekanan pada ketinggian y1 dan y2, dan jika r dan g konstan maka :

 

                                                       … (12)

Persamaan (12) dapat digunakan untuk menentukan tekanan dengan kedalaman di bawah permukaan fluida (gambar.2). Ambil sembarang ketinggian dalam fluida, sebagai titik 1 dan ambil P sebagai tekanan pada titik ini, ambil titik 2 pada permukaan fluida, dimana tekanannya adalah Po. Kedalaman titik 1 di bawah permukaan adalah h = y2 – y1, dan persamaan (12) menjadi :

    

Tekanan P pada kedalaman h lebih besar sebagai rgh daripada tekanan Po pada permukaan. Bentuk bejana tidak berpengaruh terhadap tekanan zat cair di dalamnya. Persamaan (13) juga memperlihatkan bahwa jika h bertambah, maka tekanan bertambah pula. Tekanan pada semua titik di dalam zat cair tersebut selanjutnya disebut sebagai tekanan hidrostatis.

Alat ukur tekanan yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka (gambar.3). alat ini digunakan untuk mengukur tekanan dalam cairan bila tekanan itu lebih besar daripada nol. Sebuah tabung kaca dipasang secara vertikal sedemikian hingga tabung itu berhubungan dengan ruangan di dalam bejana. Cairan naik di dalam tabung sampai tercapainya kesetimbangan. Maka tekanan ditunjukkan oleh jarak vertikal h dari permukaan cairan sampai titik tempat tekanan harus diukur.

 

 
   

 

 

 

 

 

 

Gambar 3. Manometer sederhana.

Tekanan dalam fluida | Moch Wahib Dariyadi | 4.5

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *