Laporan Praktikum Tekanan Hidrostatik Fisika Dasar 1 Lengkap


Laporan Praktikum Tekanan Hidrostatik Fisika Dasar 1 Lengkap

TEKANAN HIDROSTATIK

Al Irsyad, Irmawati Amir, Muhammad Rizal Fahlepy*), Novelita Tabita
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Abstrak. Telah dilakukan praktikum tekanan hidrostatik yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik, untuk mengetahui pengaruh massa jenis terhadap tekanan hidrostatik dan untuk mengetahui prinsip percobaan tekanan hidrostatik. Adapun alat dan bahan yang digunakan yaitu pipa berbentuk U, gelas kimia, selang plastik, corong, mistar biasa, neraca ohaus 310 g, gelas ukur, gliserin, air garam, dan minyak. Tekanan hidrostatik dapat disefinisikan tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Dimana tekanan zat cair dipengaruhi oleh massa jenis, kedalaman zat cair dan percepatan gravitasi. Percobaan tekanan hidrostatik memiliki dua kegiatan, yaitu kegiatan pertama, menguji atau membuktikan pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik. Dan kegiatan yang kedua adalah akan membuktikan pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik. Pada kegiatan pertama kedalaman diukur dari permukaan air ke permukaan air didalam corong, dan pada kegiatan kedua massa jenis diukur dengan memperhitungkan massanya dibagi dengan volumenya. Sedangkan pada kegiatan ketiga, kita akan melihat pengaruh antara massa jenis terhadap tekanan hidrostatik dengan memanipulasi massa jenis. Dari hasil analisis, dapat dikatakan bahwa kedalaman dan massa jenis berpengaruh terhadap  tekanan hidrostatik. Semakin besar  kedalaman fluida dan massa jenis semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Sehingga kedalaman dan massa jenis berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik.

Kata kunci: Tekanan, kedalaman, massa jenis, hidrostatik, selisih ketinggian.

RUMUSAN MASALAH

  1. Bagaimana pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik ?
  2. Bagaimana pengaruh massa jenis terhadap tekanan hidrostatik ?
  3. Bagaimana prinsip percobaan tekanan hidrostatik ?


TUJUAN

  1. Mahasiswa dapat mengetahui pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik.
  2. Mahasiswa dapat mengetahui pengaruh massa jenis terhadap tekanan hidrostatik.
  3. Mahasiswa dapat memahami prinsip percobaan tekanan hidrostatik.


TEORI SINGKAT

Tekanan ialah gaya yang bekerja pada tiap satuan luas. Dapat dituliskan dalam pernyataan rumus. Tekanan hidrostatik adalah  tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu.Fluida berbeda dengan zat padat, yaitu tak dapat menopang tegangan geser. Jadi, fluida berubah bentuk untuk mengisi tabung dengan bentuk bagaimanapun. Bila sebuah benda tercelup dalam fluida seperti air, fluida mengadakan sebuah gaya yang tegak lurus permukaan benda di setiap titik pada permukaan. Jika benda cukup kecil sehingga kita dapat mengabaikan tiap perbedaan kedalaman fluida, gaya per satuan luas yang diadakan oleh fluida sama di setiap titik pada permukaan benda. Gaya persatuan luas ini dinamakan tekanan fluida P :

P = F / A 

dimana : P = tekanan (N/m2) atau Pascal (Pa)
                        F = gaya (N)
                        A = luas (m^2)

Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m^2), yang dinamakan Pascal (Pa), untuk menghormati Blaise Pascal, yaitu : 

1 Pa = 1 N/ m^2 

Dalam sistem Satuan Amerika sehari-hari, tekanan biasanya diberikan dalam pound per inci persegi (lb/in2 (kadang-kadang disingkat “psi”)). Satuan tekanan lain yang biasaya digunakan adalah dyne/cm2, dan  atmosfer (atm). Satuan atmosfer (atmospheric pressure) adalah tekanan atmosfer bumi, tekana di dasar “lautan udara” laut, dimana kita hidup. Tekanan ini berubah berdasarakan perubahan cuaca dan ketinggian. . Sekarang atmosfer didefinisikan sebagai 101,325 kilopascal, yang hampir sama dengan 14,70 lb/in2 

1 atm = 101,32 kPa = 1,013 bar = 1013 milibar = 14,70 lb/in^2

Konsep tekanan terutama berguna dalam membahas fluida. Dari fakta eksperimental ternyatafluida memberikan tekanan ke semua arah. Hal ini telah dikenal oleh perenang dan penyelam yang merasakan tekanan air di seluruh bagian badan mereka. Disetiap titik pada fluida yang diam, besarnya tekanan air dari seluruh arah tetap sama. Sifat penting lain lainnya dari fluida yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadapa permuakaan yang bersentuhan dengannya. Jika ada komponen gaya yang sejajar dengan permukaan yang bersentuhan dengannya, maka menurut hukum Newton ketiga, permukaan akan memberikan gaya kembali pada fluida yang juga akan memiliki komponen sejajar dengan permukaan. Komponen seperti ini akan menyebabkan fluida mengalir, berlawanan dengan asumsi kita bahwa fluida tersebut diam. Dengan deikian gaya yang disebabkan tekanan selalu tegak lurus terhadap permukaan. 

Terdapat cara untuk menghitung secara kuantitatif bagaimana tekanan zat cair dengan massa jenis yang serba sama berubah terhadap tekanan. Ambil satu titik yang berada di kedalaman h di bawah permukaan zat cair ( yaitu, permukaan berada di ketinggian h di atas titik ini). Tekanan yang disebabkan zat cair pada kedalaman h ini disebabkan oleh berat kolom zat cair di atasnya. Dengan demikian gaya yang bekerja pada luas daerah tersebut adalah F = mg = ρAgh, dimana Ah adalah volume kolom, ρ adalah massa jenis zat cair (dianggap konstan), dan g adalah percepatan gravitasi. Tekanan, P, dengan demikian adalah

P =  F / A = ρAhg / A = ρgh

Dengan demikian, takanan berbanding lurus dengan massa jenis zat cair, dan dengan kedalaman di dalam zat cair. Pada umumnya, tekanan pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama. Persamaan diatas menyatakan tekanan disebabkan oleh zat cair itu sendiri. Jika diberikan tekanan eksternal di permukaan zat cair, maka tekanan ini harus diperhitungkan. 

Banyak alat yang dibuat untuk mengukur tekanan. Yang palin sederhana adalah monometer tabung terbuka, dimana tabung berbentuk U yang sebagian diisi dengan zat cair, biasanya air raksa atau air. TekananP yang terukur dihubungkan dengan perbedaan tinggi h dari dua ketinggian zat cair dengan hubungan persamaan P = ρgh  adalah

P = Po + ρgh 

Dimana Po adalah tekanan atmosfer (yang bekerja di atas fluida di tabung sebelah kiri), dan ρ adalah massa jenis zat cair. Perhatikan bahwa nilai 𝜌gh  adalah “tekanan terukur” suatu angka sehingga harga P  lebih besar daripada tekanan atmosfer (dan h bertanda negatif). 

Biasanya bukan hasil kali 𝜌gh yang dihitung, melainkan hanya ketinggian h  yang ditentukan. Pada kenyataannya, tekanan kadang-kadang dinyatakan dalam orde “milimeter air raksa” (mmHg), dan kadang-kadang nilainya sekecil “mm air” (mm-H2O). Satuan mm-Hg ekuivalen dengan tekanan 133 N/m2, karena 1,00 mm = 1,00 x 10-3 m dan massa jenis air raksa adalah 13,6 x 103 kg/m^3 :

𝜌gh = (13,6 x 103 kg/m^3)(9,8 m/s^2)(1,00 x 10^-3 m)
       = 1,33 x 102 N/m^2. 

Satuan mm-Hg juga disebut torr untuk menghormati Evangelista Torricelli (1608-1647), yang menciptakan barometer.
1 atmosfer (1 atm) = 76 Hg = 1,013 . 105 N/m2
1 cmHg         = 1.333,2 N/m2
1 torr = 1 mmHg = 133,32 N/m2 = 1 torricelli
Adalah penting bahwa hanya N/m2 = Pa, satuan SI, yang digunakan dalam perhitungan yang melibatkan besaran-besaran yang digunakan dalam perhitungan yang melibatkan besaran besaran lain yang dinyatakan dalam satuan SI. 

Dalam percakapan sehari-hari, kata “tekanan” dan “gaya” hampir memiliki arti yang sama . akan tetapi dalam mekanika fluida, kedua kata tersebut melambangkan besaran yang berbeda dengan karakteristik yang berbeda pula. Tekanan fluida bekerja tegak lurus terhadap setiap permukaan dalam fluida, tidak perduli ke arah mana permukaan itu menghadap. Karena itu tekanan tidak memiliki arah yang hakiki; tekanan merupakan besaran skalar. Sebaliknya, gaya merupakan besaran vektor dengan arah tertentu. Ingat juga bahwa tekanan merupakan gaya per satuan luas.

METODE EKSPERIMEN

Alat dan Bahan

Alat
Pipa berbentuk U               : 1 buah
Gelas kimia                       : 3 buah
Selang plastik                    : 1 buah
Corong                             : 1 buah
Mistar biasa                       : 1 buah
Neraca Ohauss 310 gram   : 1 buah
Gelas ukur                        : 1 buah
Bahan
Gliserin
Air garam
Minyak

Identifikasi Variabel

Kegiatan 1
Variabel manipulasi : kedalaman zat cair (cm)
Variabel kontrol         : jenis zat cair (gr/cm3)
Variabel respon          : perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Kegiatan 2
Variabel manipulasi : massa jenis zat cair (gr/cm3)
Variabel kontrol        : kedalaman zat cair (cm)
Variabel respon         : perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)

Definisi Operasional Variabel

Kegiatan 1
Variabel manipulasi : kedalaman zat cair (cm)
Kedalaman zat cair adalah hasil pengukuran jarak dari permukaan air di dalam corong dengan permukaan air pada gelas kimia dengan satuan (cm). Kedalaman zat cair merupakan variable bebas karena merupakan variable yang dimanipulasi atau diubah-ubah atau yang mempengaruhi tekanan hidrostatis.

Variabel kontrol : jenis zat cair (gr/cm^3)
Zat cair yang digunakan adalah air. Air menjadi variabel control karena zat cair yang digunakan sama pada setiap pengukuran.

Variabel respon : perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Perbedaan ketinggian zat cair diukur dengan memperhatikan tinggi zat cair pada pipa U sebelah kanan dan pipa U sebelah kiri dengan satuan (cm). Perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U merupakan variabel terikat karena dipengaruhi oleh kedalaman tekan corong pada zat cair.

Kegiatan 2
Variabel manipulasi : massa jenis zat cair (gr/cm^3)
Massa jenis diperoleh dari perhitungan massa dibagi dengan volume dengan satuan (gram/cm3). Massa jenis merupakan variabel bebas karena jenis zat cair yang digunakan di setiap pengukuran berbeda-beda dan merupakan variable yang dimanipulasi atau diubah-ubah atau yang mempengaruhi tekanan hidrostatis.. Pertama air, kemudian gliserin, dan minyak.

Variabel kontrol : kedalaman zat cair (cm)
Kedalaman zat cair adalah hasil pengukuran jarak dari permukaan air di dalam corong dengan permukaan air pada gelas kimia dengan satuan (cm). Kedalaman zat cair merupakan variable kontrol karena kedalaman pada setiap pengukuran selalu sama, yaitu 4,60 cm.

Variabel respon : perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U (cm)
Perbedaan ketinggian diukur dari permukaan zat cair dalam corong ke permukaan zat cair pada gelas kimia dengan satuan (cm). Perbedaan ketinggian zat cair pada pipa U merupakan variabel terikat karena dipengeruhi oleh kedalaman tekan corong pada zat cair.

Prosedur Kerja

Kegiatan 1
1. Menentukan massa jenis zat cair
a. Mengukur massa gelas ukur yang digunakan menggunakan Neraca Ohauss 310 gram.
b. Mengambil sampel zat cair sebanyak 20 mL dan dimasukkan ke dalam gelas ukur.
c. Menimbang zat cair yang telah ada dalam gelas ukur.
d. Menghitung massa zat cair dengan memperkurangkan massa zat cair dalam gelas ukur dengan massa gelas ukur
e. Menentukan massa jenis zat cair dengan cara menghitung massa dibagi dengan volumenya.
f. Lakukan langkah a-e pada zat cair yang kedua dan ketiga
2. Menghubungkan pipa U yang berisi zat cair dengan sebuah corong gelas oleh selang plastik.
3. Memasukkan air ke dalam gelas kimia hingga ¾ gelas kimia.
4. Memasukkan corong ke dalam air, tekan dengan kedalaman tertentu, kemudian mengukur kedalaman menggunaan mistar (diukur dari permukaan air ke permukaan air dalam corong)
5. Mengamati perubahan tinggi permukaan zat cair pada kedua pipa U. mengukur selisih ketinggian zat cair pada pipa U. Mencatat hasil pengukuran dalam table pengamatan.
6. Mengulangi percobaan dengan kedalaman yang berbeda-beda, dan mengamati selisih ketinggian sebanyak tiga kali.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

Hasil Eksperimen

Massa gelas ukur : | 44,75 ± 0,01 | gram
Massa gelas + air : | 63,94± 0,01 | gram
Massa Air :  | 63,94 - 44,75 | gram 
                                        : | 19,19± 0,02 | gram
Volume air : | 20 ± 1 | ml
Massa gelas + gliserin    : | 70,09± 0,01 | gram
Massa gliserin  : | 70,09  - 44,75 | gram 
                                        : | 25,34 ± 0,02 | gram
Volume gliserin : | 20 ± 1 | ml
Massa gelas + minyak : | 62,55± 0,01 | gram
Massa minyak  : | 62,55  - 44,75 | gram 
                                        : | 17,80± 0,02 | gram
Volume minyak : | 20 ± 1 | ml

Tabel 1. Massa jenis zat cair

Kegiatan 1. Pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatik
Jenis zat cair =  Gliserin
Tabel 2. Hubungan antara kedalaman zat cair dengan tekanan hidrostatik




Kegiatan 2. Pengaruh massa jenis zat cair terhadap tekanan hidrostatik
Kedalaman = |3,50 ± 0,05| cm
Tabel 3. Hubungan antara massa jenis zat cair dengan tekanan hidrostatik

Analisis Data

Pada bagian analisis hasil pengukuran beserta ketidakpastian praktikum tekanan hidrostatik dapat di download melalui link berikut PDF WORD

PEMBAHASAN

Pada praktikum Tekanan Hidrostatik kali ini yaitu tekanan hidrostatik memiliki dua kegiatan. Kegiatan pertama yaitu  membandingkan  hubungan antara kedalaman dengan tekanan hidrostatik. Kegiatan kedua membandingkan antara massa jenis dengan tekanan hidrostatik. Pada kegiatan pertama diperoleh hasil pengukuran tekanan pada tujuh kedalaman yang berbeda-beda yaitu, tekanan pada kedalaman | 1,87 ± 0,07| x 10^-2 sebesar | 1,0 ± 0,2 | x 10^5 dengan KR = 16,6% dan DK = 83,84%, tekanan pada kedalaman| 2,33 ± 0,07| x 10^-2  sebesar | 1,0 ± 0,1 | x 10^5 dengan KR = 15,6% dan DK = 84,6%, tekanan pada kedalaman | 2,80 ± 0,05| x 10^-2 sebesar | 1,0 ± 0,1 | x 10^5 dengan KR = 14,25% dan DK = 85,75%, tekanan pada kedalaman | 3,10 ± 0,05| x 10^-2  sebesar | 1,0 ± 0,1 | x 10^5 dengan KR = 14,09% dan DK = 85,91%, tekanan pada kedalaman | 3,43 ± 0,07| x 10^-2 sebesar | 1,0 ± 0,1 | x 10^5 dengan KR = 14,50% dan DK = 85,50%, tekanan pada kedalaman | 3,90 ± 0,05| x 10^-2 sebesar | 1,0 ± 0,1 | x 10^5 dengan KR = 13,73% dan DK = 86,27%, tekanan pada kedalaman | 4,50 ± 0,05| x 10^-2 sebesar | 1,0 ± 0,1 | x 10^5 dengan KR = 13,62 dan DK = 86,38%. Dari hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa kedalaman sangat mempengaruhi  tekanan hidrostatik. Semakin besar kedalaman maka semakin besar pula tekanan hidrostatik yang dihasilkan. Jadi kedalaman berbanding lurus dengan tekanan. 

Pada kegiatan kedua didapat hasil pada jenis zat cair minyak yang massa jenisnya sebesar 840 kg/m^3 didapat tekanan sebesar 1,0021252 × 10^5 N/m^2, pada jenis zat cair gliserin yang massa jenisnya sebesar 1200 kg/m^3 didapat tekanan sebesar 1,004116 × 10^5 N/m^2, pada jenis zat cair air garam yang massa jenisnya sebesar 1120 kg/m^3 didapat tekanan sebesar 1,0031696 × 10^5 N/m^2. Dari hasil diatas semakin besar massa jenis maka semakin besar pula tekanan hidrostatik yang dihasilkan. Sehingga dapat dikatakan bahwa  massa jenis berbanding lurus dengan tekanan. 

Berdasarkan analisis dimensi yang dilakukan pada bagian analisis yang keempat didapat hasil bahwa untuk mengubah tanda (~) menjadi tanda (=) dibutuhkan konstanta yaitu konstanta percepatan gravitasi, sehingga menghasilkan persamaan P = ρhC, dimana nilai C = g.

Melihat grafik hubungan antara kedalaman terhadap tekanan hidrostatik,grafik yang telah diperoleh sudah sesuai dengan  teori yang ada. Grafik yang diperoleh membentuk garis lurus (berbanding lurus).

Sesuai dengan teori yang mengatakan bahwa tekanan hidrostatik dipengaruhi oleh kedalaman, massa jenis, dan percepatan gravitasi ternyata terbukti. Sesuai dengan hasil praktikum yang diperoleh bahwa kedalaman dan massa jenis berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik dan percepatan gravitasi dibutuhkan untuk mengubah tanda (~) menjadi tanda (=) dan deperoleh persamaan : P = ρ.g.h

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil praktikum tekanan hidrostatik yang telah diperoleh dapat disimpulkan bahwa kedalaman suatu zat cair atau suatu fluida itu berpengaruh terhadap tekanan  hidrostatik yang akan dihasilkan. Semakin dalam suatu zat cair maka tekanan hidrostatiknyapun akan semakin besar. Sehingga dapat dikatakan bahwa kedalaman berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik.

Dari hasil praktikum pula dapat kita ketahui bahwa massa jenis suatu zat cair atau fluida itu juga sangat berpengaruh terhadap tekanan hidrostatik. Semakin besar massa jenis suatu zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatiknya. Sehingga dapat juga dikatakan bahwa massa jenis berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik.

Prinsip dari tekanan hidrostatik yaitu semakin besar kedalaman dan massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan hidrostatik yang akan dihasilkan nantinya. Selain dari itu, tekanan hidrostatik juga sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi.

REFERENSI

Giancolli.2001( terjemahan Yuhliza Hanum ). Fisika Edisi Kelima Jilid 1.  Jakarta : Erlangga.
Halliday, Resnick dan Walker. 2010 ( terjemahan Tim Pengajar Fisika ITB ).