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.
v 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 ?
v 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.
v 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
1.
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).
2. 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).
3. 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).
4. 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
·
Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang
dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,
·
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).
5. 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.
6.
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
|
7.
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.
DAFTAR PUSTAKA
Resnick,
Haliday. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Terjemahan. Jakarta:
Erlangga.