Materi ini merupakan Pelajaran Fisika Kelas 11 SMA. Disini kita akan mempelajari mengenai hukum hidrostatika atau biasa juga disebut dengan fluida statik, dan mengaplikasikannya untuk menyelesaikan permasalahan. Sebelumnya mari kita pahami dulu apa itu hidrostatika.
Apa Itu Hidrostatis?
Pada bangku Sekolah Menengah Pertama sudah dipelajari mengenai tiga jenis wujud zat, yaitu: zat padat, zat cair dan gas. Fluida bisa berupa zat cair atau gas, yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan.
Secara umum Fluida dibagi menjadi dua macam, yaitu fluida tak bergerak atau hidrostatis, dan fluida bergerak atau hidrodinamis. Pada kesempatan kali ini, pembahasan kita fokuskan pada fluida yang tidak bergerak atau fluida statis atau disebut juga hidrostatis.
Apa Yang Dimaksud Dengan Tekanan?
Tekanan bisa didefinisikan sebagai gaya yang bekerja secara vertikal atau tegak lurus pada suatu bidang, dibagi dengan luas bidang itu. Bisa juga diartikan, tekanan disebabkan oleh gaya yang terjadi pada suatu objek dari arah vertikal.
Tekanan tidak selalu berhubungan dengan gaya, namun juga dengan luas, suhu juga volume. Satuan internasional dari tekanan adalah newton per satuan luas persegi (N/m2). Satuan tekanan lainnya adalah Pascal (Pa), dengan notasinya P atau p. Secara matematis tekanan dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
P = tekanan ( Pascal= N/
)
F = Gaya (N)
A = Luas permukaan ()
Tekanan Hidrostatis
Konsep dari tekanan hidrostatis adalah makin tinggi zat cair yang ada dalam wadah, maka makin berat zat cair itu. Akibatnya makin besar tekanan yang didapat zat cair pada dasar wadah. Bisa dikatakan pada posisi yang semakin dalam dari permukaan, maka tekanan hidrostatis yang dirasakan juga akan semakin besar.
 |
| Gambar dari fisika.co.id |
Dan tekanan hidrostatis tersebut dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
g = percepatan gravitasi (m/
Hukum Hidrostatika
Hukum pokok hidrostatika berbunyi:
“Semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama maka tekanan hidrostatikanya sama.”
Jadi, semua titik yang terletak pada bidang datar yang berada dalam satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama. Inilah yang dikenal dengan hukum pokok hidrostatika, dan tekanan ini disebut dengan tekanan hidrostatis.
Bila dituliskan seperti ini:
Contoh soal
Seorang penyelam berada pada kedalaman 3 meter, massa jenis air adalah 1000 kg/m3, sedangkan konstanta gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 N/kg. Pertanyaannya berapa besar tekanan hidrostatis yang dialami oleh penyelam tersebut?
Berikut pembahasannya, diketahui;
h = 3 m
ρ = 1000 kg
g = 10 m
Maka ditanyakan berapa besar 
?
= 1000 x 10 x 3
= 30.000 Pa
= 30 KPa
Hukum Pascal dan Penerapannya
Prinsip Pascal mengatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada zat cair didalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah. Contoh penerapan hukum Pascal yang bisa ditemukan dalam kehidupan sehari-hari adalah dongkrak hidrolik.
Coba perhatikan gambar mekanisme hidrolik diatas. Sistem tertutup pada mekanisme hidrolik menyebabkan fluida tidak dapat ditambahkan ataupun keluar, hal itu menyebabkan volume fluida yang terdorong disebelah kiri akan mendorong piston (silinder pejal) yang berada disebelah kanan menuju kearah atas.
Dengan menggunakan Hukum Pascal, maka secara matematis bisa dituliskan:
Keterangan:
Adapun penerapan prinsip hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari antara lain; dongkrak hidrolik, pompa hidrolik ban sepeda, mesin hidrolik pengangkat mobil, mesin pengepres hidrolik, dan rim piringan hidrolik.
Contoh Soal
Coba perhatikan gambar berikut !
Ada sebuah pengungkit hidrolik yang digunakan untuk mengangkat mobil. Udara yang memiliki tekanan tinggi pun digunakan untuk menekan piston kecil yang dengan jari-jari 5 cm. Tekanan yang diterima, lalu diteruskan oleh cairan yang ada didalam sistem tertutup menuju piston besar dengan jari-jari 15 cm. Berapakah besar gaya udara bertekan tinggi agar mampu mengangkat mobil dengan berat 13.300 N?
Mari kita selesaikan soal ini dengan menggunakan rumus Hukum Pascal dapat dicari nilai gaya yang diperlukan:
Sehingga didapat:
Keterangan:
= gaya ke atas = gaya apung (N)
= gaya berat benda diudara (N)
= gaya berat benda fluida (N)
Secara matematis bisa dituliskan.
Keterangan:
= gaya ke atas = gaya apung (N)
= massa jenis fluida (kg/
)
=
Volume benda yang tercelup dalam fluida ()
= percepatan gravitasi (m/
)
Hukum archimedes mengisyaratkan 3 keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Berikut uraiannya.
Keterangan:
= massa jenis benda (kg)
=
Volume benda yang tercelup ()
=
Volume benda ()
= massa jenis fluida (kg)
Sehingga didapat:
Hukum Archimedes
Archimedes merupakan ilmuwan terkemuka yang berasal dari Syracuse, Yunani, yang hidup antara tahun 287 – 212 sebelum Masehi. Walaupun hidup pada zaman sebelum adanya kertas dan pensil, namun Archimedes menemukan hukum yang menjadi acuan ilmuwan hari ini.
Singkatnya, Archimedes mampu membuktikan adanya gaya angkat ke atas pada suatu benda apabila dimasukkan ke dalam fluida (zat cair atau gas). Hukum Archimedes menerangkan hubungan antara gaya berat dan gaya ke atas atau gaya apung pada suatu benda bila dimasukkan ke dalam fluida. Bunyi lengkap hukumnya seperti ini.
"Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, maka akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya".
Adanya gaya angkat ke atas atau gaya apung pada suatu benda, mengakibatkan beratnya berkurang didalam fluida. Oleh karenanya setiap benda yang diangkat di dalam fluida akan lebih terasa ringan, bila dibandingkan diangkat pada saat di darat.
Gaya apung ini merupakan selisih dari gaya berat benda di udara dengan gaya berat benda di dalam fluida.
Keterangan:
Secara matematis bisa dituliskan.
Keterangan:
Hukum archimedes mengisyaratkan 3 keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Berikut uraiannya.
Mengapung
Konsep mengapung adalah suatu keadaan manakala benda dicelupkan ke dalam fluida, namun benda tersebut muncul sebagian ke permukaan air. Hal itu dikarenakan berat benda lebih kecil dari gaya apung (Fa < W).
Dari konsep tersebut bisa dirumuskan hubungan antara massa jenis benda dengan massa jenis fluida:
Keterangan:
Melayang
Suatu benda dikatakan melayang apabila benda dicelupkan seluruhnya kedalam fluida, maka gaya apung (Fa) sama dengan berat benda W (Fa = W).
Tenggelam
Konsep benda dikatakan tenggelam manakala benda dicelupkan seluruhnya kedalam fluida (air), maka gaya apung ( F a) lebih kecil dari berat benda W (Fa < W). Hal itu menyebabkan benda bergerak kebawah menuju dasar wadah air.
Contoh Soal
Sebuah benda pada saat berada di udara mempunyai berat 500 N, sedangkan pada saat dicelupkan kedalam air seluruhnya, beratnya menjadi 400 N. Apabila massa jenis air 1000 kg.m-3, maka hitunglah massa jenis benda!
Mari kita kerjakan, seperti diketahui:
Ditanyakan besarnya ?
1000 . 10 . = 100
= 10 
Sampai disini pembahasan kita mengenai tekanan hidrostatik. Silahkan di diskusikan.