Pendahuluan:

Mungkin Anda pernah mengembangkan balon atau bola sampai benar-benar mengembang; pengembangan ini adalah hasil dari pergerakan partikel udara di dalam objek, seperti yang digambarkan dalam Gambar 14. Partikel ini bergerak, saling bertabrakan satu sama lain dan dengan dinding dalam objek. Setiap kali partikel bertabrakan dengan dinding dalam, ia memberikan gaya, baik mendorong atau menarik. Seperti yang telah dipelajari sebelumnya, jumlah gaya ini menciptakan tekanan udara. Tekanan, dinotasikan sebagai P, sama dengan gaya yang diterapkan pada suatu permukaan dibagi oleh total area yang dihasilkannya.

Gaya dan Area:

Dari persamaan di atas, jelas bahwa tekanan bergantung pada baik gaya maupun area yang terkena dampaknya. Meningkatkan gaya pada area tertentu meningkatkan tekanan, sementara menguranginya mengurangi tekanan. Hubungan antara tekanan dan gaya bersifat langsung, sedangkan dengan area, bersifat terbalik, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 15.

Faktor yang Mempengaruhi Tekanan:

Tekanan Udara:

Udara atmosfer mengeksert gaya signifikan pada kita, yang dikenal sebagai tekanan udara. Pada permukaan laut, tekanan udara atmosfer standar adalah 101,3 kilopaskal, setara dengan gaya sekitar 101.300 newton per meter persegi. Meskipun kekuatannya, kita tidak merasakan atau melihat tekanan ini. Pascal menjelaskan ini dengan mendemonstrasikan bahwa saat naik ke ketinggian yang lebih tinggi, di mana jumlah partikel udara lebih sedikit, tekanan udara eksternal berkurang, memungkinkan objek untuk mengembang.

Keseimbangan Tekanan:

Tubuh dapat menahan tekanan udara eksternal karena tekanan internal dari cairan di dalamnya, menciptakan keseimbangan. Ini diilustrasikan oleh atlet dalam Gambar 17, yang tubuhnya menahan tekanan eksternal dan internal, mencegahnya runtuh.

Perubahan dalam Tekanan Udara:

Tekanan udara berubah dengan ketinggian. Saat ketinggian meningkat, tekanan udara menurun karena densitas lebih rendah dari partikel udara, menyebabkan lebih sedikit tumbukan dan, akibatnya, tekanan berkurang. Pascal mendemonstrasikan konsep ini dengan mengangkat balon yang sebagian mengembang ke puncak gunung, menyebabkannya mengembang.

Perjalanan Udara dan Tekanan:

Selama perjalanan udara, perubahan tekanan udara dapat menyebabkan ketidaknyamanan, seperti sumbat telinga. Tekanan di dalam telinga menjadi lebih besar daripada di luar, menyimpan udara, yang akhirnya melepaskan, menciptakan suara mendesis. Pesawat dirancang untuk meredakan perubahan tekanan tiba-tiba, memastikan perjalanan yang lebih nyaman.

Perubahan dalam Tekanan Gas:

Tekanan gas yang terkungkung juga berubah dengan perubahan kondisi, termasuk perubahan volume dan suhu. Menekan bagian dari balon yang berisi gas meningkatkan tekanan, sementara memperluas balon mengurangi tekanan, dengan asumsi suhu konstan.

Tekanan dan Volume:

Menekan bagian dari balon yang berisi udara menyebabkan bagian lainnya mengembang lebih jauh. Ini karena partikel yang terkompresi menempati ruang yang lebih kecil, menghasilkan lebih banyak tumbukan dengan dinding dalam, menghasilkan peningkatan tekanan. Hubungan ini bersifat terbalik proporsional – peningkatan volume mengurangi tekanan, dengan asumsi suhu konstan. Lihat Gambar 19 untuk visualisasi pergerakan partikel.

Sebagai kesimpulan, prinsip Pascal mengilustrasikan hubungan rumit antara gaya, area, dan tekanan, menyoroti bagaimana perubahan dalam faktor-faktor ini memengaruhi sifat fisik gas dan cairan.

Tekanan dan Suhu:

Ketika volume gas yang terkungkung tetap konstan, tekanannya berubah dengan perubahan suhu. Peningkatan suhu gas menyebabkan peningkatan energi kinetik partikelnya, membuat mereka bergerak lebih cepat dan bertabrakan lebih sering. Akibatnya, tekanan meningkat. Hubungan antara tekanan dan suhu dikenal sebagai hubungan terbalik. Dengan kata lain, saat suhu gas terkungkung meningkat, tekanannya meningkat pada volume konstan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 20.

Mengapa wadah tertutup rapat dengan udara menyusut atau pecah setelah dibekukan?

Pembuoyan atau Penyelaman:

Anda mungkin pernah menyadari bahwa Anda merasa lebih ringan saat berada di dalam air. Saat tenggelam di dalam air, tekanan air mempengaruhi Anda dan mendorong Anda ke semua arah. Semakin dalam Anda masuk ke dalam air, semakin tinggi tekanan air, karena tekanan air meningkat dengan kedalaman. Tekanan yang mendorong permukaan bawah objek yang tenggelam ke atas lebih besar daripada tekanan yang bekerja pada permukaan atas ke bawah. Perbedaan tekanan ini menciptakan gaya yang disebut gaya pembuoyan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 21. Sebuah objek mengapung jika gaya pembuoyan sama dengan beratnya dan tenggelam jika gaya pembuoyan lebih kecil daripada beratnya.

Prinsip Archimedes:

Apa yang menentukan gaya pembuoyan? Prinsip Archimedes menyatakan bahwa gaya pembuoyan yang bekerja pada suatu benda yang tenggelam dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu. Menempatkan objek di dalam wadah yang penuh dengan air, seperti pada Gambar 22, menyebabkan sebagian air tumpah. Dengan menimbang air yang tumpah (air yang dipindahkan

), Anda dapat menentukan gaya pembuoyan yang bekerja pada objek itu. Kepadatan membantu memahami apakah suatu objek akan mengapung atau tenggelam. Kepadatan, yang didefinisikan sebagai massa dibagi volume, memainkan peran penting dalam pembuoyan.

Prinsip Pascal:

Apa yang terjadi ketika Anda menginjak wadah plastik yang rapat dengan air? Tekanan tambahan didistribusikan secara merata ke seluruh air di dalam wadah karena tidak adanya saluran keluar. Prinsip Pascal menyatakan bahwa peningkatan tekanan pada fluida yang terkungkung, yang disebabkan oleh gaya eksternal, ditransmisikan secara merata ke semua bagian fluida tersebut. Sistem hidrolik, seperti lift hidrolik dan kursi gigi, beroperasi berdasarkan Prinsip Pascal, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 23. Gambar 24 mengilustrasikan piston hidrolik; gaya yang diterapkan pada piston kiri menghasilkan tekanan tambahan pada fluida yang terkungkung, yang kemudian ditransmisikan ke piston kanan. Jika luas piston kanan relatif lebih besar, gaya yang lebih besar dihasilkan, memungkinkan piston hidrolik mengangkat benda berat dengan gaya yang relatif kecil.

Pompa Tenaga:

Aliran air yang kuat muncul ketika tekanan diterapkan pada wadah yang berisi cairan, dikenal sebagai pompa tenaga. Contoh termasuk tabung pasta gigi, botol mustard, dan beberapa botol saus tomat. Di dalam jantung manusia, terdapat dua pompa tenaga—satu mendorong darah dari jantung ke paru-paru untuk oksigenasi, dan yang lainnya mendorong darah kaya oksigen dari jantung ke seluruh tubuh, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 25.

Kesimpulan:

Memahami signifikansi gaya dan tekanan dalam kehidupan sehari-hari kita dan dampaknya pada berbagai fenomena di sekitar kita sangat penting. Kita telah menjelajahi bagaimana pergerakan partikel udara di dalam bola atau balon dapat menyebabkan inflasi dan bagaimana tekanan dipengaruhi oleh gaya dan area, baik dalam konteks tubuh manusia maupun dalam kasus cairan dan gas. Selain itu, kita telah mendalami Prinsip Archimedes, menjelaskan fenomena pembuoyan dan penyelaman, serta bagaimana Prinsip Pascal dimanfaatkan dalam sistem hidrolik untuk mengangkat beban berat secara efisien. Terakhir, kita telah membahas pompa tenaga dan kemampuannya menghasilkan gaya rendah untuk mengangkat cairan.

Bereksperimenlah sendiri dengan platform Vlaby Virtual Science Worker