Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Besarnya Tekanan

Ilustrasi pembelajaran sains. Foto: Pexels

Dalam ilmu fisika, faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tekanan adalah gaya tekan dan luas bidang tekan. Tekanan sendiri merupakan besaran skala dalam bentuk gaya yang diterapkan pada suatu benda. Tekanan didefinisikan sebagai satuan Newton per satuan luas (N/m²).

Ada banyak manfaat mempelajari materi tekanan. Salah satunya yaitu dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari sesuai fungsinya dengan tepat. Untuk memahami lebih jelas mengenai tekanan, simak pembahasan berikut ini.

Apa yang Dimaksud dengan Tekanan?

Ilustrasi mempelajari materi tekanan. Foto: Pexels

Secara umum, tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja per satuan luas permukaan suatu zat. Zat tersebut dapat berupa zat padat, cair, ataupun gas.

Dikutip dari Praktis Belajar Fisika 2 oleh Aip Saripudin (2007: 143), tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan zat tertentu dan dibagi luas permukaan zat tersebut.

Tekanan memiliki berbagai manfaat dalam kehidupan sehari-hari, seperti tekanan udara di dalam ban, tekanan zat cair di dalam dongkrak hidrolik, dan tekanan zat padat pada pisau untuk memotong sayuran.

Satuan internasional untuk tekanan adalah Pa (pascal). Hal ini menjadi bentuk penghargaan terhadap Blaise Pascal, seorang ilmuwan Prancis yang telah menemukan prinsip Pascal.

Satuan tekanan lainnya adalah N/m², bar, atm, cmHg, dan torr. Satuan-satuan tersebut memiliki penggunaan yang berbeda. Misalnya, satuan Pa digunakan untuk zat padat dan zat cair. Adapun hubungan antara satuan-satuan tekanan tersebut adalah sebagai berikut.

Jenis-Jenis Tekanan

Ilustrasi tekanan pada zat cair. Foto: Pexels

Dikutip dari Rangkuman Fisika SMP oleh Kinkin Suartini (2010: 170-172), berdasarkan luas permukaan zat tempat gaya bekerja, tekanan dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

1. Tekanan Zat Padat

Tekanan pada zat padat dapat didefinisikan sebagai besarnya gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang permukaan per satuan luas bidang permukaan tersebut.

Secara matematis, tekanan pada zat padat dapat dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan:

p = tekanan pada suatu bidang permukaan (N/m²)

F = gaya yang bekerja pada suatu bidang permukaan (N)

A = luas bidang permukaan yang dikenai gaya (m²)

2. Tekanan Zat Cair

Tekanan pada zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri disebut tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman zat cair.

Semakin dalam letak suatu tempat dalam zat cair, tekanan pada tempat tersebut akan semakin besar. Secara matematis, tekanan hidrostatis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Keterangan

Ph = tekanan hidrostatis (Pa)

p = massa jenis zat cair (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (10 m/det²)

h = ketinggian/kedalaman zat cair (m)

Selain tekanan hidrostatis, tekanan pada zat cair juga memiliki beberapa jenis lain, yaitu hukum Bejana Berhubungan, hukum Pascal, dan hukum Archimedes. Berikut penjelasannya:

Bejana berhubungan adalah dua buah bejana atau lebih yang saling dihubungkan oleh sebuah pipa, sehingga zat cair dalam bejana tersebut mengalir dari bejana yang satu ke bejana yang lain.

Secara matematis, hukum Bejana Berhubungan dapat dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan:

p1 = massa jenis cairan 1

p2 = massa jenis cairan 2

h1 = tinggi zat cair 1

h2 = tinggi zat cair 2

Hukum Pascal dikemukakan oleh Blaise Pascal yang berbunyi: "Tekanan yang diberikan pada suatu cairan dalam ruang tertutup akan diteruskan ke setiap titik tanpa adanya pengurangan."

Secara matematis, hukum Pascal dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Keterangan:

F₁ = gaya yang bekerja pada luas penampang pengisap bejana 1 (N)

A1 = luas penampang pengisap bejana 1 (m²)

F₂ = gaya yang bekerja pada luas penampang pengisap bejana 2 (N)

A = luas penampang pengisap bejana 2 (m²)

Hukum Archimedes menyatakan: "Setiap benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu zat cair akan mendapatkan gaya ke atas yang besarnya sebanding dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut."

Secara matematis, hukum Archimedes dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Keterangan:

F = gaya ke atas, sering juga disebut gaya Archimedes atau gaya apung

P = massa jenis zat cair

g = percepatan gravitasi

V = besar volume benda yang tercelup ke dalam zat cair

Faktor yang Mempengaruhi Besarnya Tekanan di Fisika

Ilustrasi pembelajaran fisika. Foto: Unsplash

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, bahwa faktor-faktor yang memengaruhi besarnya tekanan adalah gaya tekan dan luas bidang tekan. Adapun penjelasan lengkapnya yakni sebagai berikut:

1. Gaya Tekan

Mengutip buku Statika Fluida oleh Bambang Agus Kironoto, gaya tekan adalah besaran vektor yang mempunyai nilai dan arah. Gaya ini diberikan secara tegak lurus terhadap bidang tekan.

Gaya tekan dapat memengaruhi besar tekanan. Semakin besar gaya tekan yang dikeluarkan, maka semakin besar pula tekanan yang dapat dihasilkan.

Contohnya, saat mencoba menancapkan paku ke dinding dengan tangan, maka paku tidak akan bisa tertancap karena gaya tekan yang dihasilkan oleh tangan sangat kecil.

Lain halnya jika menancapkan paku menggunakan palu, maka paku akan tertancap dengan mudah pada dinding. Hal ini karena palu yang digerakkan oleh tangan mempunyai gaya tekan yang lebih besar.

2. Luas Bidang Tekan

Faktor yang memengaruhi besarnya tekanan adalah luas bidang tekan. Luas bidang tekan merupakan luas permukaan suatu benda yang dijadikan sebagai penekan dari gaya tekan itu sendiri.

Jika pada rumus tekanan gaya tekan (F) dinamakan pembilang, maka luas bidang tekan (A) adalah penyebut.

Dengan kata lain, jika besar gaya tekan tegak lurus dengan besar tekanan, maka, luas bidang tekan akan berbanding terbalik dengan besar tekanan. Semakin luas suatu bidang tekan, maka semakin kecil tekanan yang dapat dihasilkan.

Sebuah gaya tekan yang dikeluarkan bisa menghasilkan efek yang berbeda secara signifikan karena tergantung pada bidang tekannya.

Gaya tekan yang sama dapat memberikan tekanan yang jauh lebih besar ke bidang tekan dengan luas yang lebih kecil. Contohnya, saat menggunakan jari tangan untuk memegang jarum suntik.

Jari tangan mempunyai luas permukaan yang lebih besar dibandingkan jarum suntik. Saat keduanya diberikan gaya tekan yang sama, maka tekanan yang dihasilkan juga akan berbeda.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa faktor-faktor yang memengaruhi besarnya tekanan dalam ilmu sains adalah gaya tekan dan luas bidang tekan. Keduanya memiliki peran penting dalam menghasilkan tekanan dalam berbagai aktivitas manusia.

Baca Juga: Contoh Soal Induktansi Diri dalam Materi Fisika

Faktor dan Cara Mengkonversi Satuan Tekanan

Ilustrasi mengkonversi satuan tekanan. Foto: Pexels

Dalam dunia fisika, satuan tekanan dapat dikonversi atau diubah dari satu satuan tekanan ke satuan lainnya. Proses ini dikenal sebagai konversi satuan.

Dikutip dari Bahas Total Fisika SMA (Kumpulan Soal Super Lengkap) oleh Supadi, dkk., (2014: 5), konversi satuan dapat dilakukan dengan menyisipkan faktor konversi yang cocok yang membuat satuan lain ditiadakan.

Syarat untuk melakukan konversi satuan adalah pengubahnya berasal dari besaran yang sama. Contoh satuan konversi adalah bar dan atm, yang mana keduanya merupakan satuan tekanan udara.

Sementara itu, faktor konversi adalah angka yang menunjukkan perbandingan dua satuan besaran yang sama. Contohnya, untuk mengkonversi bar ke atm, faktor konversinya adalah 0,987. Ini artinya, 1 bar setara dengan 0,987 atm.

Perlu diingat, setiap satuan tekanan sudah memiliki ukuran standar yang ditetapkan oleh Sistem Satuan Internasional. Karenanya, untuk mengkonversi satuan tekanan ke satuan lain, Anda harus mengetahui faktor konversi setiap satu satuan tekanan. Misalnya, konversi 1 bar ke millibar adalah 1.000 millibar.

Agar lebih mudah dan jelas, berikut adalah contoh perhitungan konversi dari beberapa satuan tekanan yang bisa dipahami.

Bar

Athmospher (Atm)

MilliBar

Torr (mmHg)

Baca Juga: 5 Contoh Soal Tekanan Zat Padat Lengkap dengan Jawabannya

Penerapan Tekanan dalam Kehidupan Manusia

Ilustrasi balon udara adalah salah satu contoh penerapan tekanan dalam kehidupan manusia. Foto: Pexels

Tekanan memiliki banyak manfaat dalam kehidupan manusia. Berikut adalah beberapa contoh penerapan tekanan dalam kehidupan sehari-hari.

1. Dongkrak Hidrolik

Hukum Pascal dapat diaplikasikan pada dongkrak hidrolik yang banyak dipakai di tempat-tempat servis mobil. Dongkrak hidrolik adalah alat yang digunakan untuk mengangkat mobil yang akan diservis atau didcui.

Dikutip dari buku Ilmu Pengetahuan Akam Kelas VIII SMP/MTs Semester 2 oleh Siti Zubaidah, dkk., (2017: 19), dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan. Tabung pertama berukuran kecil dan tabung kedua berukuran besar.

Konsep dongkrak hidrolik adalah gaya kecil mampu mengangkat beban berat. Ketika cairan ditekan di tabung kecil, tekanan ini akan disebarkan ke segala arah termasuk ke tabung besar.

Dengan luas penampang lebih besar, tabung besar akan mampu menahan beban yang berat.

2. Mesin Pengangkat Hidrolik

Mirip seperti dongkrak hidrolik, mesin pengangkat hidrolik juga biasa digunakan untuk mengangkat mobil atau motor di tempat pencucian kendaraan. Mesin ini juga menerapkan prinsip Pascal.

Prinsip kerja mesin pengangkat hidrolik juga sebenarnya mirip dengan dongkrak hidrolik. Hanya saja, mesin ini menggunakan minyak.

3. Keran Otomatis dalam Penampung Air

Keran otomatis dalam penampung air menggunakan hukum Archimedes sebagai prinsip kerjanya. Ketika Anda membuka keran air di rumah, air mengalir keluar karena adanya tekanan di dalam pipa air.

Tekanan ini juga diterapkan pada tangki air atau penampung air. Jadi, di dalam tangki air tersebut terdapat sebuah pelampung sebagai keran air otomatis.

Ketika kondisi air kurang atau kosong, pelampung akan membuka keran agar air dapat mengalir masuk ke dalam penampung. Sementara jika kondisi air penuh, maka pelampung akan menutup keran.

4. Kapal Selam

Hukum Archimedes digunakan sebagai dasar pembuatan kapal selam. Pada prinsipnya, kapal selam dapat terapung dan tenggelam karena berat kapal selam dapat diperbesar dengan cara memasukkan air ke dalam badan kapal dan dapat diperkecil dengan cara mengeluarkan air dari badan kapal.

Ketika kapal selam akan tenggelam, air laut dimasukkan ke dalam penampung dalam badan kapal. Berat total dari kapal selam menjadi lebih besar daripada gaya ke atas, sehingga kapal selam dapat tenggelam.

Agar tidak terus tenggelam, pada kedalaman tertentu air dalam badan kapal selam dikeluarkan kembali dari penampung, sehingga berat total dari kapal selam sama dengan gaya ke atas. Hal ini menyebabkan kapal selam dapat melayang dalam air.

5. Balon Udara

Balon udara dapat terbang karena tekanan udara di dalamnya lebih ringan dari udara di sekitarnya. Ketika udara di dalam balon dipanaskan, volume udara di dalamnya meningkat.

Akibatnya, tekanan udara di dalam balon menjadi lebih rendah dibandingkan dengan tekanan udara di luar balon. Hal inilah yang menyebabkan balon terbang karena tekanan lebih rendah mendorong balon naik ke atas.

Baca Juga: Upaya yang Dapat Dilakukan untuk Mendapatkan Tekanan yang Besar Dalam Fisika

(DLA & SFR)