HUKUM PASCAL DAN PENERAPANYA DALAM SISTEM FLUIDA STATIS
BAB I
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Ilmu
yang mempelajari gejala alam disebut sains. Sains berasal dari kata
Latin yang berarti mengetahui. Sains terbagi atas beberapa cabang ilmu,
diantaranya adalah fisika. Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti
gerak, kalor, cahaya, bunyi, listrik, dan magnet. Semua gejala ini berbentuk energi.
Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa fisika adalah ilmu yang
mempelajari hubungan antara materi dan energi (Kanginan, 2007).
Perubahan
global berlangsung cukup cepat menempatkan fisika sebagai salah satu
ilmu pengetahuan yang merupakan tulang punggung teknologi terutama
teknologi manufaktur dan teknologi modern. Teknologi modern seperti
teknologi informasi, elektronika, komunikasi, dan teknologi transportasi memerlukan penguasaan fisika yang cukup mendalam.
Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia yang handal dalam sains dan
teknologi serta memahami lingkungan sekitar melalui pengembangan
keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial, dan kegiatan
teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarahkan
sumber daya manusia untuk mampu menerjemahkan perilaku alam (Azizah
& Rokhim, 2007).
Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida
diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida
mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas
seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak
dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air
merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya
seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat
dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari
satu tempat ke tempat yang lain (Lohat, 2008).
Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan
hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang
berkaitan dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum
Pascal. Hukum Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Perancis (Kanginan, 2007).
Hukum-hukum
fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan
manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan penerapannya dalam kehidupan.
RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang di atas dapat di rumuskan masalah sebagai berikut:
1. Apa yang dimaksud hukum Pascal dalam sistem fluida statis?
2. Bagaimana cara menuliskan persamaan hukum Pascal?
3. Bagaimana penerapan hukum Pascal dalam sistem fluida statis?
TUJUAN PENULISAN MAKALAH
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah
1. Mengetahui pengertian hukum Pascal.
2. Mengetahui cara menuliskan persamaan hukum Pascal.
3. Mengetahui penerapan hukum Pascal dalam sistem fluida statis.
MANFAAT PENULISAN MAKALAH
Manfaat yang bisa diambil dari penulisan makalah ini adalah
1. Menambah wawasan dan pengetahuan kepada penulis tentang hukum Pascal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
2. Memberikan informasi kepada pembaca tentang tentang hukum Pascal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II
PEMBAHASAN
PENGERTIAN FLUIDA
Fluida
diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida
mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas
seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak
dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak
pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat
dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari
satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk
fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat
lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu
tempat ke tempat lain (Lohat, 2008).
Fluida
merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari.
Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di
dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut
mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau
melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga
bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak
disadari (Lohat, 2008).
Fluida dibagi menjadi
dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida
bergerak). Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau
berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika fluida
ketika sedang dalam keadaan bergerak) (Kanginan, 2007).
Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam (Kanginan, 2007). Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan (Resnick, 1985).
Setiap
fluida selalu memberikan tekanan pada semua benda yang bersentuhan
dengannya. Air yang dimasukan ke dalam gelas akan memberikan tekanan
pada dinding gelas. Demikian juga seseorang yang mandi dalam kolam
renang atau air laut, air kolam atau air laut tersebut juga memberikan
tekanan pada seluruh tubuh orang tersebut (Lohat, 2008).
Tekanan
total air pada kedalaman tertentu, misalnya tekanan air laut pada
kedalaman 200 meter merupakan jumlah tekanan atmosfer yang menekan
permukaan air laut dan tekanan terukur pada kedalaman 200 meter. Jadi,
selain lapisan bagian atas air menekan lapisan air yang ada di bawahnya,
terdapat juga atmosfer (udara) yang menekan permukaan air laut tersebut
(Lohat, 2008).
Tekanan yang ditimbulkan oleh lapisan fluida yang ada di atas dapat dikatakan sebagai tekanan dalam karena tekanan itu sendiri berasal dari dalam fluida sedangkan tekanan atmosfer dapat
kita katakana tekanan luar karena atmosfer terpisah dari fluida.
Tekanan atmosfer (dalam kasus ini merupakan tekanan luar) bekerja pada
seluruh permukaan fluida dan tekanan tersebut disalurkan pada seluruh
bagian fluida. Oleh karena itu, tekanan total fluida pada kedalaman
tertentu selain disebabkan oleh tekanan lapisan fluida pada bagian atas,
juga dipengaruhi oleh tekanan luar (Lohat, 2008).
PENGERTIAN HUKUM PASCAL
Bila ditinjau dari zat cair
yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu
saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin
ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Besarnya tekanan sebanding dengan pgh (p = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman) (Lohat, 2008).
Setiap titik pada kedalaman yang sama memiliki besar tekanan yang sama. Hal
ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak
bergantung pada bentuk wadah tersebut. Apabila ditambahkan tekanan luar
misalnya dengan menekan permukaan zat cair tersebut, pertambahan tekanan
dalam zat cair adalah sama di segala arah. Jadi, jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang sama (Lohat, 2008).
Jika seseorang
memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang
maka air akan memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Blaise Pascal (1623-1662) menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi, “tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah” (Kanginan, 2007).
Blaise Pascal (1623-1662) adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli 1623. Pada usia 18 tahun, ia menciptakan kalkulator
digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan
melakukan eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang
dideritanya. Ia menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya
bermain-main dengan air (Kanginan, 2007).
PERSAMAAN HUKUM PASCAL
Jika
suatu fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat
bergerak maka tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan
oleh berat fluida di atas permukaan air tetapi juga oleh gaya yang
dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida yang
dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang berbeda. Penghisap
pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan
penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar) (Kanginan, 2007).
Gambar 1: Fluida yang Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda
(Sumber: 4.bp.blogspot.com)
Sesuai dengan hukum Pascal bahwa tekanan yang
diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar
ke segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama
dengan tekanan pada penghisap kedua (Kanginan, 2007).
Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.
P = F : A
sehingga persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.
P1 = P2
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m2).
Ada berbagai macam satuan tekanan. Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m2)
yang dinamakan pascal (Pa). Satu pascal sama dengan satu newton per
meter persegi. Dalam sistem satuan Amerika sehari-hari, tekanan biasanya
diberikan dalam satuan pound per inci persegi (lb/in2).
Satuan tekanan lain yang biasa digunakan adalah atmosfer (atm) yang
mendekati tekanan udara pada ketinggian laut. Satu atmosfer
didefisinikan sebagai 101,325 kilopascal yang hampir sama dengan 14,70
lb/in2. Selain itu, masih ada beberapa satuan lain diantaranya cmHg, mmHg, dan milibar (mb).
1 mb = 0.01 bar
1 bar = 105 Pa
1 atm = 76 cm Hg = 1,01 x 105 Pa= 0,01 bar
1 atm = 101,325 kPa = 14,70 lb/in2
Untuk
menghormati Torricelli, fisikawan Italia penemu barometer (alat
pengukur tekanan), ditetapkan satuan dalam torr, dimana 1 torr = 1 mmHg
(Tipler, 1998).
PENERAPAN HUKUM PASCAL
Hidraulika
adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair.
Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui
pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata
hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik,
hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan
pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan
tekanan suatu zat cair (Krist, 1980).
Semua
instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja
dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan
dengan hidraustatistika adalah
1. Dalam
sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang
dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,
2. Besarnya
tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F)
dibagi oleh besarnya bidang tekan (A) (Krist, 1980).
Dari hukum Pascal diketahui
bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas
penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap
dengan luas penampang yang besar (Kanginan, 2007). Prinsi inilah yang
dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia
dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem
hidraulik (Azizah & Rokhim, 2007).
Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik
Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak
hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki
diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air.
Mobil diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita
memberikan gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil (Anonim,2009a). Jika gaya F1 diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah dengan F1/A1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar adalah penambahan tekanan ini kali luas A2. Jika gaya ini disebut F2, didapatkan
F2 = (F : A1) x A2
Jika A2 jauh lebih besar dari A1, sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang ditempatkan di penghisap yang lebih besar (Tipler, 1998).
Berikut
ini contoh perhitungan tekanan pada sebuah dongkrak hidraulik.
Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua buah penghisap
dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2 dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 newton, pada penghisap dengan luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 = (F1 : A1) x A2 = (200 : 5) x 200 = 8000 newton.
Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti (Triyanto, 2009). Rem hidraulik paling banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan
tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang
menahan gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja. Pada
rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa
sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera
kembali ke posisi semula jika rem dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan (Anonim, 2009b).
Gambar 2 Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik
|
Prinsip Kerja Pompa Hidraulik
Dalam
menjalankan suatu sistem tertentu atau untuk membantu operasional dari
sebuah sistem, tidak jarang kita menggunakan rangkaian hidraulik.
Sebagai contoh, untuk mengangkat satu rangkaian kontainer yang memiliki beban beribu–ribu ton, untuk memermudah itu digunakanlah sistem hidraulik.
Sistem
hidraulik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair, biasanya oli,
untuk melakukan suatu gerakan segaris atau putaran. Sistem ini bekerja
berdasarkan prinsip Pascal, yaitu jika suatu zat cair dikenakan tekanan, tekanan
itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang
kekuatannya. Prinsip dalam rangkaian hidraulik adalah menggunakan fluida
kerja berupa zat cair yang dipindahkan dengan pompa hidraulik untuk
menjalankan suatu sistem tertentu (Anonim, 2009c).
Pompa hidraulik menggunakan
kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi
tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk
lain (energi tekan). Pompa
ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi
hidraulik. Pompa hidraulik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki
hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem hidraulik dalam bentuk aliran
(flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran
oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice,
silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang biasa
digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan aktuator. Motor hidraulik
mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik dengan cara
memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran
yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain
(Sanjaya, 2008).
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
1. Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.
2. Hukum Pascal dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.
P masuk = P keluar
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan (m2).
3. Penerapan hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari antara lain penggunaan dongkrak hidraulik, rem hidraulik, dan pompa hidraulik.
SARAN
Saran yang diberikan oleh penulis adalah sebagai berikut.
1. Hendaknya masyarakat lebih mengenali pemanfaatan prinsip hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari.
2. Hendaknya lebih kreatif dan inovatif lagi dalam penulisan selanjutnya.