Prinsip Kerja Hukum Hidrostatis, Archimedes, Pacsal, Dan Boyle [PDF]

Citation preview

TUGAS IPA SEMESTER 2 TAHUN 2017/2018



Nama Kelompok: 1) Hani Arista



(09)



2) Laely Nur Istiqomah (12)



UPTD SMP Negeri 10 KOTA TEGAL Jalan Kartini No. 58 TEGAL (0283)351355 kode pos 52123



a) Prinsip kerja Hukum Hidrostatis 1. Manometer Tabung Terbuka Banyak alat yang digunakan untuk mengukur tekanan . Yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka , dimana tabung berbentuk U sebagaian diisi dengan zat cair , biasanya air raksa atau air . Tekanan P yang terukur dihubungkan dengan perbedaan ketinggian h dari dua ketinggian zat cair dengan hubungan . Dimana P0 adalah tekanan atmosfir ( yang bekerja diatas fluida ditabung sebelah kiri) dan rho adalah massa jenis zat cair. Perhatikan bahwa nilai rho. g . h adalah “tekanan terukur” , suatu angka sehingga harga P lebih besar dari pada tekanan atmosfir. Jika cairan pada kolom sebelah kiri lebih rendah dari kolom sebelah kanan, hal ini menunjukkan bahwa P lebih kecil dari tekanan atmosfir ( dan h bertanda negative ). Biasanya bukan hasil kali rho.g.h yang dihitung, melainkan hanya ketinggian h yang ditentukan . Pada kenyataannya , tekanan kadang kadang dinyatakan dalam orde “ millimeter air raksa “ ( mm-Hg ). Adalah penting bahwa hanya N/m2 = Pa, satuan SI yang digunakan dalam perhitungan yang melobatkan besaran-besaran lain yang dinyatakan dalam satuan SI.



2. Pengukur Aneroid ( Barometer Aneroid ) Jenis pengukur tekanan lain adalah pengukur aneroid dimana penunjuk dihubungkan dengan ujung-ujung fleksibel dari ruang logam tipis yang vakum. Pada pengukur elektronik, tekanan dapat diberikan ke diafragma logam tipis yang perubahan bentuknya dideteksi secara elektris. 3. Pengukur Tekanan Ban



Tekanan dari udara dalam ban akan mengerakkan pegas , dan pergesaran pegas dikalibrasi , sehingga dapat terukur pada angka tertentu 4. Barometer Air Raksa



Tekanan atmosfir sering diukur dengan manometer air raksa yang dimodifikasi dengan satu ujung ditutup disebut barometer air raksa . Prinsip kerjanya tabung gelas diisi penuh dengan air raksa dan dibalik kedalam semangkuk air raksa. Jika tabung tersebut cukup panjang, tinggi air raksa akan turun, meninggalkan ruang hampa dibagian atas tabung, karena tekanan atmosfir dapat menahan satu kolom air raksa yang tingginya hanya 76 cm ( tepat 76 cm pada tekanan atmosfer standar ) , sehingga kolom air raksa yang tingginya 76 cm memberikan tekanan yang sama seperti tekanan atmosfir ; kita bisa melihat hal ini dengan menggunakan rumus P = rho . g .h dengan rho air raksa = 13,6 x 103 kg/m3 untuk air raksa dan h = 76 cm maka :P = 13,6 x 103 . 9,8 . 0,76 = 1,013 x 105 N/m2 = 1 atm 5. Pompa Vakum Perhitungan lain yang hampir sama diatas akan menunjukkan bahwa tekanan atmosfir dapat menahan satu kolom air yang tingginya 10,3 m dalam tabung yang bagian atasnya hampa. Beberapa abad yang lalu, merupakan suatu hal yang membingungkandan membuat frustasi bahwa tidak peduli seberapa bagusnya sebuah pompa vakum, tetap tidak dapat menarik air lebih dari 10 m. Satu satunya cara untuk memompa air dari sumur yang dalam, adalah dengan menggunakan beberapa tahap untuk kedalaman lebih dari 10 m. Galileo mempelejari masalah ini dan



muridnya Toricelli merupakan orang pertama yang dapat menjelaskannya. Yang menjadi masalah adalah pompa sebenarnya tidak menyedot air ke atas tabung, melainkan memperkecil tekanan dibagian atas tabung. Tekanan udara atmosfir mendorong air ketasa tabung jika ujung atas berada pada tekanan rendah ( hampa udara ), sama seperti kenyataan bahwa tekanan udaralah yang mendorong ( atau mempertahankan ) ketinggian air raksa 76 cm pada barometer.



6. Berenang Pada saat berenang semakin dalam kita menyelam maka telinga akan terasa sakit. Hal ini karena semakin dalam kita menyelam maka tekanan hidrostatis juga akan semakin besar



. 7. Pembuatan bendungan



Sesuai konsep tekanan hidrostatis bahwa semakin dalam maka tekanan



akan semakin besar. Dinding bendungan bagian bawah dibuat lebih tebal dari bagian atas agar bendungan tidak jebol karena tekanan zat cair terbesar berada pada dasar permukaan zat cair. 8.Pemasangan Infus



Sebelum infus dipasang biasanya dilakukan pengukuran tekanan darah pasien. Hal ini dilakukan karena pemasangan infus harus memperhatikan tekanan darah pasien. Dimana tekanan infus harus lebih tinggi dari tekanan darah pasien agar cairan infusmengalir ke dalam tubuh pasien. Jika tekanan darah pasien lebih besar dari tekanan cairan infus maka yang terjadi darah pasien akan mengalir melalui selang infus menuju kantong infus.



b) Prinsip Kerja Hukum Archimedes 1. Kran Otomatis Pada Penampungan Air



Jika di rumah kita menggunakan mesin pompa air, maka dapat kita lihat bahwa tangki penampungnya harus diletakkan pada ketinggian tertentu. Tujuannya adalah agar diperoleh tekanan besar untuk mengalirkan air. Dalam tangki tersebut terdapat pelampung yang berfungsi sebagai kran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga ia akan bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Ketika air



kosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkan air. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampung akan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis kran tertutup. 2. Kapal Selam



Pada dasarnya prinsip kerja kapal selam dan galangan kapal sama. Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah. Pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan, menyebabkan kapal selam dapat menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Jika akan mengapung, maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan. Berdasarkan konsep tekanan hidrostastis, kapal selam mempunyai batasan tertentu dalam menyelam. Jika kapal menyelam terlalu dalam, maka kapal bisa hancur karena tekanan hidrostatisnya terlalu besar. 3. Hidrometer



Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini berbentuk tabung yang berisi pemberat dan ruang udara sehingga akan terapung tegak dan stabil seketika. Hidrometer bekerja sesuai dengan prinsip Archimedes.



Semakin besar besar massa jenis zar air, maka akan semakin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Hidrometer ini banyak dipakai untuk mengetahui besarnya kandungan air dalam susu, bir, atau minuman lain. Hidrometer ini terbuat dari tabung kaca. Agar tabung kaca tersebut terapung dan tegak dalam zat cair, maka bagian bawahnya diberi butiran timbal yang berfungsi sebagai beban. Diameter bagian bawah tabung dirancang lebih besar dengan tujuan agar volume zat cair yang dipindahkan oleh hidrometer menjadi lebih besar. Dengan begitu, dihasilkanlah gaya ke atas yang lebih besar, dan terapunglah hidrometer dalam zat cair. Tangkai tabung kaca ini dirancang sedemikian rupa agar perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan dapat menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tabung yang tercelup dalam zat cair tersebut. Ini berarti adanya perbedaan bacaan yang terdapat pada skala menjadi lebih jelas.



4. Bejana Berhubungan



Bejana berhubungan adalah suatu wadah atau bejana yang tidak memiliki sekat atau saling berhubungan. Jika bejana ini diisi zat cair yang sejenis, maka permukaan zat cair ini akan sama tinggi. Namun, jika zat cair yang diisikan berbeda jenis, maka permukaannya tidak akan sama tinggi.



5. Jembatan Ponton



Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drum-drum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.



6. Kapal Laut



Agar kapal laut tidak tenggelam badan kapal harus dibuat berongga.halini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar. Berdasarkan persamaan besarnya gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan, sehingga gaya apungnya menjadi sangat besar. Gaya apung inilah yang mampu melawan berat kapal, sehingga kapal tetap dapat mengapung di permukaan laut. 7. Balon Udara



Balon gas ini dapat melayang karena di dalam balon tersebut berisi gas hydrogen atau helium. Massa jenis hydrogen atau helium ini lebih ringan dibanding dengan udara. Balon udara ini dapat melayang karena berisi gas yang memiliki massa jenis labih kecil dari massa jenis udara.



c) Prinsip Kerja Hukum Pascal 1. Dongkrak Hidrolik



Dongkrak hidrolik adalah jenis alat yang bekerja sesuai dengan prinsip hukum Pascal yang berguna untuk memperingan kerja. Dongkrak ini merupakan sistem bejana berhubungan (2 tabung) yang berbeda luas penampangnya. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat. Dongkrak hidrolik terdiri dari 2 tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing-masing ditutup dan diisi air. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.



2. Pompa Hidrolik



Pompa hidrolik menggunakan energi kinetik dari cairan yang dipompa 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 hidrolik. Pompa hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran. Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik. Ada 2 macam peralatan yang biasanya digunakan dalam mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik yaitu motor hidrolik dan aktuator. 3. Press Hidrolik



Berdasarkan hukum Pascal, alat press hidrolik menggunakan tekanan yang seluruh sistem tertutup adalah konstan. Salah satu bagian dari sistem itu adalah piston yang bertindak sebagai pompa, dengan kekuatan mekanik sederhana yang bekerja pada luas penampang kecil. Bagian lain adalah piston dengan luas yang lebih besar yang menghasilkan kekuatan mekanis yang lebih besar pula. Hanya memerlukan pipa berdiameter kecil yang lebih mudah dalam menolak tekanan jika pompa dipisahkan dari silinder tekan.



Ketika tekanan pada silinder tekan dilepaskan, cairan akan kembali ke reservoir, gaya dibuat dengan tekanan yang dikurangi menjadi lebih rendah. Piston utama tidak menarik kembali ke posisi aslinya kecuali sebuah mekanisme tambahan digunakan. 4. Rem Hidrolik



Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupa minyak rem. Pada ujung-ujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu piston pedal dan piston cakram. Pipa dan piston inilah yang memegang peranan penting dimana konsep dan strukturnya telah didesain sedemikian rupa sehingga sesuai dengan hukum Pascal, dengan tujuan menghasilkan daya cakram yang besar daripada penginjakan pedal rem. Penyesuaian terhadap hukum Pascal yang dimaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada pedal rem lebih kecil daripada pipa yang terhubung dengan piston cakram. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segala arah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram. Saat pedal rem diinjak, pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedal, maka gaya yang tadinya digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskan ke piston cakram yang terhubung dengan kanvas rem dengan jauh lebih besar sehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar pula. Cakram yang bersinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gaya gesek, maka dari itu cakram yang ikut berputar bersama roda. Semakin lama perputarannya maka akan semakin pelan, dan inilah yang disebut dengan proses pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yang lebih lebar juga ikut membantu proses pengereman. Hal itulah yang menyebabkan sistem kerja rem cakram hidrolik lebih efektif daripada rem konvensional.



5. Tensimeter atau Sfigmomanometer



Cairan yang tekanannya akan diukur harus memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding cairan manometrik. Oleh karena itu pada alat pengukur tekanan darah dipilih air raksa sebagai cairan manometrik karena air raksa memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan berat jenis darah. Dalam kasus alat pengukur tekanan darah yang menggunakan air raksa, berarti tekanan darah dapat diukur dengan menghitung berat jenis air raksa dikalikan dengan gravitasi dan ketinggian air raksa kemudian dikurangi dengan berat jenis darah dikalikan dengan gravitasi dan ketinggian darah.



d) Prinsip Kerja Hukum Boyle 1. Cat Semprot



Kita tahu bahwa sebelum Anda semprot kaleng cat Anda seharusnya dikocok beberapa saat untuk mencampur dua bagian yang ada di dalam kaleng, yang kemudian akan terdengar bantalan bola bergetar dibagian dalam kaleng. Ada 2 zat yang tinggal di dalam kaleng, salah satunya adalah cat, yang lainnya adalah gas yang memiliki tekanan



tinggi, yang berada dalam keadaan cair. Gas cair ini ini memiliki ti-tik didih jauh di bawah suhu kamar. Kaleng ditutup rapat yang akan mencegah gas ini tidak mendidih dan berubah menjadi bentuk gas. Artinya, sampai Anda menekan nosel. Saat nosel ditekan, dan penutup terbuka, sekarang ada jalan keluar untuk gas. Gas cair yang ada di dalam kaleng langsung mendidih dan mengembang menjadi gas dan mendorong keluar bersama dengan cat yang mencoba untuk melepaskan diri dari tekanan tinggi ke udara luar yang memiliki tekanan lebih rendah. Proses ini akan memaksa cat juga ikut tersembur keluar dari nosel. 2. Jarum Suntik



Jarum suntik semuanya memanfaatkan Hukum Boyle pada tingkat yang sangat dasar. Ketika Anda menarik batang penutup pada jarum suntik itu menyebabkan volume dalam ruangan meningkat. Seperti yang kita ketahui, ini menyebabkan tekanan melakukan hal yang sebaliknya, yang menciptakan ruang vakum dengan tekanan rendah di banding tekanan atmosfer. Kemudian cairan yang tersedia di sisi lain dari jarum seperti darah, akan tersedot ke dalam ruang dalam jarum suntik, yang kemudian mengurangi volume dan meningkatkan tekanan kembali di tempat itu. 3. Kaleng Soda



Biasanya Anda pernah mengambil sebotol soda, perlahan-lahan memutar tutup memungkinkan udara untuk secara bertahap melepaskan



diri sebelum melepas tutup. Kita melakukan ini karena telah belajar dari waktu ke waktu bahwa jika membuka tutup terlalu cepat menyebabkan semburan isi kaleng soda di sekitar Anda. Peristiwa ini disebabkan udara penuh karbon dioksida (karbonasi) terpompa yang menyebabkan gelembung CO2 cepat keluar. 4. Penyelam Setiap penyelam yang terlatih tahu bahwa ketika mereka menuruni perairan yang dalam harus dilakukan secara perlahan adalah hal sangat penting. Tubuh kita dibangun untuk, dan terbiasa hidup dalam tekanan normal atmosfer yang lebih rendah. Saat seorang penyelam lebih dalam di bawah air, tekanan akan mulai meningkat karena air lebih berat dari udara. Dengan peningkatan tekanan akan menyebabkan penurunan volume sehingga gas nitrogen mulai menyerap ke dalam darah penyelam.



Saat kembali ke atas permukaan air juga harus di lakukan secara perlahan. Kalau anda naik dengan cepat, proses semburan pada kaleng minuman berkarbonasi juga akan terjadi pada diri Anda. Gas nitrogen yang ada pada tubuh Anda akan sepat keluar dari tubuh ketika terjadi perbedaan tekanan di dalam tubuh dan diluar tubuh.