Berikut ini daftar materi yang akan kami rangkum sesuai dengan buku kurikulum merdeka SMP/MTs :
Bab 3 Tekanan . 51
A. Tekanan Zat Padat 52
B. Tekanan Zat Cair . 54
C. Tekanan Gas 60
Proyek Akhir Bab . 70
A. Tekanan pada Zat Padat
Besarnya tekanan yang dirasakan pada suatu benda padat tergantung pada gaya yang bekerja pada benda tersebut dan luas permukaan yang bersentuhan dengan benda.
Jika luas permukaan yang bersentuhan lebih kecil, maka tekanan yang dirasakan akan lebih besar.
Ini bisa diilustrasikan dengan perbandingan menginjak duri (luas ujung kecil) dan menginjak batu (luas ujung besar).
Tekanan adalah ukuran penyebaran gaya per satuan luas.
Besar tekanan (p) ditentukan oleh besarnya gaya (F) yang diberikan pada benda dan luas permukaan (A) tempat tekanan diterapkan.
Secara matematis, tekanan dapat dihitung dengan rumus berikut: p = F / A, di mana:
- p adalah tekanan dalam pascal (Pa),
- F adalah gaya dalam newton (N),
- A adalah luas bidang dalam meter persegi (m²).
Tekanan pada benda padat adalah salah satu dari tiga jenis tekanan, yang lainnya adalah tekanan pada zat cair dan tekanan pada gas.
B. Tekanan Zat Cair
1. Tekanan hidrostatis
Tekanan hidrostatis terjadi saat seseorang menyelam ke dalam danau atau laut. Semakin dalam seseorang menyelam, semakin besar tekanan yang dirasakan di telinga. Hal ini disebabkan oleh kedalaman dan massa jenis zat cair.
Semakin dalam zat cair, semakin besar tekanan yang dihasilkan. Begitu pula semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar tekanan yang dirasakan.
Pada bagian sebelumnya kita sudah memahami bahwa tekanan merupakan besarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja, secara matematis dirumuskan sebagai: (ρ=F/A)
Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (w) yang berada di atas benda, sehingga: (ρ=w/A)
Karena:
berat (w) = m × g
m = ρ × V
V = h × A
Maka dapat ditulis bahwa: (ρ=ρ*g*h*A/A=ρ*g*h)
dengan:
p = Tekanan (N/m2)
m = Massa benda (kg)
ρ = Massa jenis zat cair (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
h = Tinggi zat cair (m)
V = Volume (m3)
2. Hukum Archimedes
Hukum Archimedes adalah prinsip penting dalam ilmu fisika yang menjelaskan fenomena gaya apung saat benda dicelupkan ke dalam zat cair seperti air.
Menurut hukum ini, benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut.
Hal ini menjelaskan mengapa benda terlihat lebih ringan saat dicelupkan ke dalam air, bukan karena massa benda berkurang, melainkan karena adanya gaya apung yang mendorong benda ke atas.
Secara matematis, hukum Archimedes dapat dijelaskan dengan rumus: Fa = ρc × Vcp × g, di mana:
Fa adalah gaya apung (dalam N),
ρc adalah massa jenis zat cair (dalam kg/m3),
Vcp adalah volume zat cair yang dipindahkan oleh benda (dalam m3), dan
g adalah percepatan gravitasi (dalam m/s2).
Penerapan Hukum Archimedes sangat relevan dalam perancangan kapal selam. Kapal selam biasanya terbuat dari bahan seperti baja yang memiliki massa jenis lebih besar daripada air laut.
Karena massa jenis yang lebih besar, baja dapat menahan tekanan hidrostatik air laut dan tetap mengapung di permukaan air.
Hukum Archimedes juga menjelaskan mengapa kapal laut yang terbuat dari logam tidak tenggelam.
Saat kapal laut berada di posisi tegak, kapal laut mampu memindahkan jumlah air laut yang cukup besar.
Ini menyebabkan kapal laut mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat kapal laut, sehingga kapal laut bisa terapung.
Dengan demikian, Hukum Archimedes menjadi dasar penting dalam perancangan kapal laut dan kapal selam, memungkinkan mereka untuk mengapung dan beroperasi di dalam air.
3. Tekanan gas
Tekanan gas memiliki kaitan dengan gaya yang dihasilkannya. Dalam contoh erlenmeyer yang berisi air panas dan ditutup dengan balon karet, ketika erlenmeyer dimasukkan ke dalam air dingin, balon karet menyusut dan tertekan ke dalam.
Hal ini disebabkan oleh perambatan kalor dari partikel gas dalam erlenmeyer ke air dingin.
Partikel gas melambat dan menyusut, yang mengakibatkan tekanan gas dalam erlenmeyer menjadi lebih rendah daripada tekanan gas di luar, sehingga balon karet masuk ke dalam erlenmeyer.
Prinsip yang serupa juga berlaku pada balon udara. Massa jenis total balon udara lebih rendah daripada massa jenis udara di sekitarnya, sehingga balon udara dapat terbang.
Massa jenis balon udara ini dapat dikendalikan dengan mengubah suhu udara dalam balon menggunakan pembakar. Seorang pilot balon udara harus mahir mengontrol suhu dalam balon agar balon dapat terbang.
Untuk membuat balon udara bergerak ke atas, udara dalam balon dipanaskan sehingga berat balon menjadi lebih kecil daripada gaya ke atas yang dihasilkan.
Ini karena udara panas lebih ringan dari udara dingin. Jika balon udara perlu bergerak turun, udara dalam balon dapat dihentikan atau dikurangi sehingga suhu udara dalam balon menurun.
Gaya ke atas pada balon udara sesuai dengan hukum Archimedes, di mana balon menghasilkan gaya ke atas yang sama dengan berat udara dingin yang dipindahkan oleh balon tersebut.
D. Aplikasi pada Tekanan Zat
1. Hukum Pascal, yang ditemukan oleh Blaise Pascal, menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama.
Ini berarti jika pada penampang dengan luas A1 diberikan gaya dorong F1, maka tekanan p (p = F1/A1) akan diteruskan ke segala arah dengan sama besarnya, termasuk ke luas penampang A2.
Dalam aplikasi pada pompa hidrolik, prinsip Hukum Pascal sangat penting.
Pompa hidrolik memiliki dua luas penampang yang berbeda, yaitu luas penampang kecil (A1) dan luas penampang besar (A2).
Ketika sebuah gaya kecil (F1) diberikan pada luas penampang kecil, tekanan (p) yang dihasilkan akan diteruskan ke luas penampang besar (A2).
Dengan rumus F2 = A2/A1 * F1, kita dapat melihat bahwa dengan memberikan gaya kecil pada luas penampang kecil, kita dapat menghasilkan gaya yang jauh lebih besar pada luas penampang besar.
Contohnya, dengan memberikan gaya 10 N pada luas penampang kecil, kita dapat menghasilkan gaya 1.000 N pada luas penampang besar.
Inilah prinsip dasar yang memungkinkan pompa hidrolik untuk mengangkat beban berat seperti mobil atau motor.
Jadi, Hukum Pascal memiliki aplikasi yang sangat penting dalam teknologi, terutama dalam pengembangan pompa hidrolik yang digunakan dalam berbagai industri untuk mengatasi beban berat dengan menerapkan prinsip perpindahan tekanan pada zat cair.
2. Tekanan pada Makhluk Hidup
a. Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan
Tumbuhan memiliki sistem pengangkutan yang terdiri dari xilem dan floem. Xilem mengangkut air dan mineral dari akar ke bagian batang dan daun, sedangkan floem mengangkut zat makanan ke bagian lain tumbuhan.
Proses ini dimungkinkan oleh daya kapilaritas yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi.
b. Pengangkutan Air pada Tumbuhan
Air masuk ke dalam tumbuhan melalui rambut-rambut akar, melalui sel epidermis, korteks, endodermis, perisikel, dan akhirnya melalui jaringan xilem.
Air yang diserap oleh akar dapat naik ke bagian tumbuhan yang lebih tinggi karena daya kapilaritas dalam batang.
c. Pengangkutan Nutrisi pada Tumbuhan
Nutrisi hasil fotosintesis seperti gula dan asam amino diangkut dari daun ke seluruh tubuh tumbuhan melalui pembuluh floem, dibantu oleh sirkulasi air dalam pembuluh xilem dan floem.
d. Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia
Tekanan darah pada manusia berdasarkan prinsip hukum Pascal. Ketika jantung memompa darah melalui pembuluh darah, darah memberikan tekanan pada dinding pembuluh darah yang disebut tekanan darah.
Tekanan darah perlu dijaga agar pembuluh darah tetap terisi penuh oleh darah. Tekanan darah diukur menggunakan sphygmomanometer atau tensimeter.
e. Tekanan Gas pada Proses Pernapasan Manusia
Proses pertukaran gas dalam pernapasan manusia terjadi melalui difusi, yaitu perpindahan zat terlarut dari daerah dengan konsentrasi dan tekanan parsial tinggi ke daerah dengan konsentrasi dan tekanan parsial rendah.
Ini terkait dengan perpindahan oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2) antara darah dan jaringan tubuh dalam sistem peredaran darah.