Materi Handout 2

MATERI HANDOUT 2

Nama	:		Pertemuan ke	:
Kelas	:		Handout ke	:
Mata Pelajaran	:		Jumlah halaman	:
Materi	:		Tanggal	:

1.      Tujuan Pembelajaran

Melalui kegiatan belajar mengajar siswa diharapkan dapat :

a.       Menjelaskan Hukum Pascal

b.      Menerapkan Hukum Pascal

2.         Materi Pembelajaran

A.    Menjelaskan Hukum Pascal

     Pada saat mobil mogok di jalan karena ban dalam mobil tersebut kempis, dan roda mobil mengalami kerusakan maka harus menggantinya dengan roda yang lain atau kadang mobil harus digiring ke bengkel. Agar roda mobil yang rusak bisa diganti maka digunakan bantuan dongkrak hidrolis. Mobil yang begitu berat bisa diangkat dengan mudah. Sebagaimana telah kita pelajari pada pokok bahasan Tekanan pada Fluida, setiap fluida selalu memberikan tekanan pada semua benda yang bersentuhan dengannya. Air yang kita masukan ke dalam gelas akan memberikan tekanan pada dinding gelas. Demikian juga apabila kita mandi dalam kolam renang atau air laut, air kolam atau air laut tersebut juga memberikan tekanan pada seluruh tubuh kita. Tekanan total air pada kedalaman tertentu, misalnya tekanan air laut pada kedalaman 200 meter merupakan jumlah tekanan atmosfir 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 atmosfir alias udara yang menekan permukaan air laut tersebut.

     Tekanan yang ditimbulkan oleh lapisan fluida yang ada di atas bisa kita katakan “tekanan dalam” karena tekanan itu sendiri berasal dari dalam fluida sedangkan tekanan atmosfir bisa kita katakan “tekanan luar” karena atmosfir terpisah dari fluida. Tekanan atmosfir yang dalam kasus ini merupakan tekanan luar, bekerja pada seluruh permukaan fluida dan tekanan tersebut disalurkan pada seluruh bagian fluida. Karenanya tekanan total fluida pada kedalaman tertentu selain disebabkan oleh tekanan lapisan fluida pada bagian atas, juga dipengaruhi oleh tekanan luar (untuk kasus di atas adalah tekanan atmosfir).

      Untuk semakin memahami penjelasan ini, mari kita tinjau 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 (ingat kembali pembahasan mengenai Tekanan Pada Fluida). Semakin ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut, sebaliknya semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair. Besarnya tekanan sebanding dengan gh ( = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman). Pada setiap titik pada kedalaman yang sama, besarnya tekanan sama. Hal ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak bergantung pada bentuk wadah tersebut. Apabila kita tambahkan tekanan luar, misalnya dengan menekan permukaan zat cair tersebut, pertambahan tekanan dalam zat cair adalah sama di mana-mana. Jadi apabila diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat tekanan yang sama. Karenanya besar tekanan selalu sama di setiap titik pada kedalaman yang sama. Ini merupakan hukum Pascal, dicetuskan dan dinamakan sesuai dengan nama pencetusnya Blaise Pascal (1623-1662). Pascal merupakan filsuf dan ilmuwan Perancis.

Blaise Pascal

     Blaise Pascal lahir di Clermont-Ferrand, Prancis. Ia dikenal sebagai seorang matematikawan dan fisikawan yang handal. Penelitiannya dalam ilmu Fisika, membuat ia berhasil menemukan barometer, mesin hidrolik dan jarum suntik. Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada cairan dalam suatu tempat tertutup akan diteruskan sama besar ke setiap bagian fluida dan dinding wadah.

Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

P masuk = P keluar

 masuk =  keluar

Keterangan :

P = Tekanan

F = Gaya

A = Luas permukaan

     Kata masuk mewakili tekanan yang diberikan, sedangkan kata keluar mewakili tekanan yang diteruskan.

B.     Penerapan Hukum Pascal

            Berpedoman pada prinsip Pascal ini, manusia telah menghasilkan beberapa alat, baik yang sederhana maupun canggih untuk membantu mempermudah kehidupan. Beberapa di antaranya adalah Dongkrak Hidrolik, Lift Hidrolik, Rem Hidrolik. Hukum Pascal dimanfaatkan dalam peralatan teknik yang banyak membantu pekerjaan manusia, antara lain dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, mesin pres hidrolik, dan rem hidrolik. Berikut pembahasan mengenai cara kerja beberapa alat yang menggunakan prinsip Hukum Pascal.

1)      Dongkrak atau Lift Hidrolik

           Dongkrak hidrolik terdiri dari sebuah bejana yang memiliki dua permukaan. Pada kedua permukaan bejana terdapat penghisap (piston), di mana luas permukaan piston di sebelah kiri lebih kecil dari luas permukaan piston di sebelah kanan. Luas permukaan piston disesuaikan dengan luas permukaan bejana. Bejana diisi cairan, seperti pelumas (oli). Apabila piston yang luas permukaannya kecil ditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut tertekan. Besarnya tekanan yang diberikan oleh piston yang permukaannya kecil (gambar kiri) diteruskan ke seluruh bagian cairan. Akibatnya, cairan menekan piston yang luas permukaannya lebih besar (gambar kanan) hingga piston terdorong ke atas. Luas permukaan piston yang ditekan kecil, sehingga gaya yang diperlukan untuk menekan cairan juga kecil. Tapi karena tekanan (Tekanan = gaya / satuan luas) diteruskan seluruh bagian cairan, maka gaya yang kecil tadi berubah menjadi sangat besar ketika cairan menekan piston di sebelah kanan yang luas permukaannya besar. Cara kerja dongkrak alias lift hidrolik ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Jarang sekali orang memberikan gaya masuk pada piston yang luas permukaannya besar, karena tidak menguntungkan. Pada bagian atas piston yang luas permukaannya besar biasanya diletakan benda atau bagian benda yang mau diangkat (misalnya mobil), jangan heran jika mobil yang massanya sangat besar dengan mudah diangkat hanya dengan menekan salah satu piston. Ingat bahwa luas permukaan piston sangat kecil sehingga gaya yang kita berikan juga kecil. Walaupun demikian gaya masukan yang kecil tersebut bisa berubah menjadi gaya keluaran yang sangat besar bila luas permukaan keluaran sangat besar. Jika dongkrak hidrolik dirancang untuk mengangkat mobil yang massanya sangat berat maka perancang perlu memperhatikan besar gaya berat mobil tersebut dan besarnya gaya keluaran yang dihasilkan oleh dongkrak. Semakin besar gaya berat mobil yang diangkat maka semakin besar luas permukaan keluaran dari dongkrak hidrolik. Minimal gaya keluar yang dihasilkan oleh dongkrak hidrolis lebih besar atau sama dengan gaya berat benda yang diangkat.

2)      Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Mesin hidrolik pengangkat mobil ini memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak hidrolik. Perbedaannya terletak pada perbandingan luas penampang pengisap yang digunakan. Pada mesin pengangkat mobil, perbandingan antara luas penampang kedua pengisap sangat besar sehingga gaya angkat yang dihasilkan pada pipa berpenampang besar dan dapat digunakan untuk mengangkat mobil.

Gambar Mesin hidrolik pengangkat mobil.

3)      Rem Hidrolik

      Rem hidrolik digunakan pada mobil. Ketika Anda menekan pedal rem, gaya yang Anda berikan pada pedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.

Gambar Prinsip kerja rem hidrolik.

Contoh soal 1 :

Jika diketahui pada pipa penampang besar memiliki luas penanmpang sebesar 250 cm²  dan luas penampang kecil 100 cm² dengan gaya yang di perlukan untuk mendorong penampang adalah 200 N. Maka berapakah gaya yang di hasilkan pada pipa penampang besar?

Penyelesaian    :

Dik      : A₁ (penampang kecil) = 100 cm²

            A₂ (penampang besar) = 250 cm²

            F₁ (F masuk)= 200 N

Dit       : F₂….?

Dij       :

P masuk = P keluar

 masuk =  keluar

 =

=

=

=500 N

Contoh soal 2 :

Cairan yang ada dalam bejana = oli

            Sebuah dongkrak hidrolik memiliki A₁ (penampang kecil) seluas 100 cm² dan A₂ (penampang besar) seluas 250 cm². Jika massa beban sebesar 200 kg dengan Massa jenis yang di gunakan adalah oli dengan 780 Kg/m³. Sehingga ketinggian kolom oli adalah 2 meter dengan percepatan gravitasi 10 m/s². Berapakah gaya masuk minimum (F) agar beban berada dalam keadaan            seimbang (beban tidak bergerak) ?

Penyelesaian    :

Dik      :A₁ (penampang kecil) = 100 cm² = 100 x 10^-4 m² = 0,01 m²

            A₂ (penampang besar) = 250 cm² = 250 x 10^-4 m² = 0,025 m²

            Massa beban = 200 kg

            Massa jenis oli () = 780 Kg/m³

            Ketinggian kolom oli (h) = 2 meter

            g = 10 m/s²

Dit       :Berapakah gaya masuk minimum (F) agar beban berada dalam keadaan      seimbang (beban tidak bergerak) ?

Dij       :           Tekanan pada penampang besar = Tekanan pada penampang kecil

 penampang besar =  penampang kecil + gh (tekanan oli)

 =  + (780 )(10 m/)(2 m)

 =  + (15.600 )

             (80.000 ) =  + (15.600 )

             (80.000 )- (15.600 ) =

             64.400  =

             F₂ = (64.400 Kg/ms²)(0,01 m²)

             F₂ = 644 Kgm/s²

             F₂ = 644 N