Gaya adalah tarikan atau dorongan. Gaya dapat mengubah bentuk, arah, dan kecepatan benda. Sekarang, tahukah kamu apa itu tekanan? Tekanan sangat berhubungan dengan gaya dan luas permukaan benda.
B. TEKANAN ZAT PADAT
Konsep tekanan sama dengan penyebaran gaya pada luas suatu permukaan. Sehingga, apabila gaya yang diberikan pada suatu benda (F) semakin besar, maka tekanan yang dihasilkan akan semakin besar. Sebaliknya, semakin luas permukaan suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara matematis, besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.
C. TEKANAN ZAT CAIR
a. Tekanan Hidrostatis
Kedalaman zat cair dan massa jenis zat cair memengaruhi tekanan yang
dihasilkan oleh zat cair atau disebut dengan tekanan hidrostatis.
Semakin dalam zat cair, semakin besar tekanan yang dihasilkan.
Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang
dihasilkan.
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)
Tekanan hidrostatis ini penting untuk diperhatikan dalam
merancang berbagai struktur bangunan dalam penampungan air,
misalnya pembangunan bendungan untuk Pembangkit Listrik
Tenaga Air (PLTA). Selain PLTA, para arsitek kapal selam juga
memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut, sehingga kapal selam
mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter
tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan akibat tekanan hidrostatis.
b. Hukum Archimedes
Tahukah kamu bahwa baja merupakan
logam yang utamanya terbuat dari campuran besi dan karbon? Dengan
demikian baja memiliki massa jenis yang lebih besar daripada massa
jenis air laut. Coba kamu pikirkan mengapa kapal selam maupun kapal
laut lainnya yang terbuat dari baja tidak tenggelam, padahal massa
jenis baja jauh lebih besar daripada massa jenis air laut?
Jawabannya adalah ketika suatu benda
dimasukkan ke dalam air, beratnya
seolah-olah berkurang. Peristiwa
ini bukan berarti ada massa benda
yang hilang. Berat benda berkurang
saat dimasukkan ke dalam air,
disebabkan oleh adanya gaya apung
(Fa
) yang mendorong benda ke atas
atau berlawanan dengan arah berat
benda.
Secara
matematis, dapat dituliskan:
Fa
= wbu− wba
sehingga,
wba = wbu− Fa
dengan:
Fa = Gaya apung (N)
wba = Berat benda di air (N)
wbu = Berat benda di udara (N)
Fenomena ini dipelajari oleh Archimedes yang hasilnya kemudian
dinyatakan sebagai hukum Archimedes sebagai berikut:
“Jika benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda itu akan
mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang
didesak oleh benda tersebut”.
Berarti, menurut hukum Archimedes, besar gaya ke atas adalah:
Fa
= ρc × g × V
cp
dengan:
Fa
= Gaya apung (N)
ρc
= Massa jenis zat cair (kg/m3
)
g = Percepatan gravitasi (m/s2
)
V
cp = Volume zat cair yang dipindahkan (m3
)
Jika gaya
apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan
terapung.
Sebaliknya, jika gaya apung maksimum lebih kecil daripada
gaya berat maka benda akan tenggelam. Jika gaya apung maksimum
sama dengan berat benda, maka benda akan melayang.
Gaya apung
maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada di bawah
permukaan zat cair.
c. Hukum Pascal
Bagaimana alat pengangkat yang disebut pompa hidrolik dapat mengangkat mobil yang
sangat berat padahal di dalam pompa hidrolik tersebut hanya berisi
udara atau dapat berupa minyak?
Hal ini dikarenakan tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan
diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama. Hal ini merupakan
bunyi dari hukum Pascal.
p = Tekanan (N/m2
)
F1
dan F2 = Gaya yang diberikan (newton)
A1
dan A2 = Luas penampang (m2)
D. TEKANAN GAS
Ternyata, prinsip tekanan
gas dimanfaatkan untuk mengembangkan balon udara. Balon udara dapat terbang karena massa jenis total dari
balon udara lebih rendah daripada massa jenis udara di sekitarnya.
Massa jenis balon udara tersebut dikendalikan oleh perubahan
temperatur pada udara dalam balon. Seorang pilot mengontrol
temperatur udara dalam balon dengan menggunakan pembakar yang
ada di bawah lubang balon.
Ketika bara api dari pembakar memanaskan udara dalam balon,
berat balon menjadi lebih kecil dari gaya ke atas sehingga balon akan
bergerak ke atas (Ingat, udara panas lebih ringan dari udara dingin).
Jika ingin turun, maka pemanasan udara dalam balon dikurangi atau
dihentikan sehingga suhu udara dalam balon menurun. Gaya ke atas
pada balon adalah sama dengan berat udara dingin yang dipindahkan
oleh balon tersebut.
Aplikasi Konsep Tekanan Zat pada Makhluk Hidup
1. Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan
Bagaimanakah air dapat naik dari
akar ke bagian tumbuhan lain yang lebih tinggi?
Air dapat diangkut naik dari akar ke bagian tumbuhan lain yang
lebih tinggi dan diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan karena adanya
daya kapilaritas batang. Sifat ini seperti yang terdapat pada pipa kapiler.
Pipa kapiler memiliki bentuk yang hampir menyerupai sedotan akan tetapi diameternya sangat kecil. Apabila salah satu ujung pipa kapiler
dimasukkan ke dalam air, air yang berada pada pipa tersebut akan
lebih tinggi daripada air yang berada di sekitar pipa kapiler.
Daya kapilaritas batang dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi
dan adhesi.
Selain disebabkan oleh gaya kohesi dan adhesi, naiknya air ke daun
disebabkan oleh penggunaan air di bagian daun atau yang disebut
dengan daya isap daun.
Semua bagian tumbuhan, yaitu akar, batang, daun, dan bagian
lainnya memerlukan nutrisi. Agar kebutuhan nutrisi di setiap bagian
tumbuhan terpenuhi, maka dibutuhkan suatu proses pengangkutan
nutrisi hasil fotosintesis berupa gula dan asam amino ke seluruh tubuh
tumbuhan.
Pengangkutan hasil fotosintesis dari daun ke seluruh tubuh
tumbuhan terjadi melalui pembuluh floem.
Pengangkutan zat-zat hasil fotosintesis dimulai dari sumbernya,
yaitu daun (daerah yang memiliki konsentrasi gula tinggi) ke bagian
tanaman lain yang dituju (daerah yang memiliki konsentrasi gula
rendah) dengan dibantu oleh sirkulasi air yang mengalir melalui
pembuluh xilem dan floem.
2. Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia
Pada
saat jantung memompa darah, darah akan mendapatkan dorongan
sehingga mengalir melalui pembuluh darah. Saat mengalir dalam
pembuluh darah, darah memberikan dorongan pada dinding pembuluh
darah yang disebut dengan tekanan darah. Agar tekanan darah tetap
terjaga, maka pembuluh darah harus terisi penuh oleh darah. Bila
terjadi kehilangan darah akibat kecelakaan atau penyakit, tekanan
darah dapat hilang, sehingga darah tidak dapat mengalir menuju selsel di seluruh tubuh. Akibatnya, sel-sel tubuh akan mati karena tidak
mendapatkan pasokan oksigen dan nutrisi.
Tekanan darah diukur dengan menggunakan sebuah alat yang
bernama sphygmomanometer, ada pula yang menyebutnya dengan
tensimeter
3. Tekanan Gas pada Proses Pernapasan Manusia
Di dalam paru-paru tepatnya di alveolus terjadi pertukaran antara
oksigen (O2
) dan karbon dioksida (CO2
). Setiap menit paru-paru dapat
menyerap sekitar 250 mL O2
dan mengeluarkan sebanyak 200 mL CO2
.
Proses pertukaran antara O2
dengan CO2
terjadi secara difusi, yaitu
proses perpindahan zat terlarut dari daerah yang memiliki konsentrasi
dan tekanan parsial tinggi ke daerah yang memiliki konsentrasi dan
tekanan parsial rendah.
0 komentar:
Posting Komentar