Apa yang Dimaksud dengan Tekanan? Ini Jenis, Rumus, dan Contoh Soalnya

Ilustrasi benda padat yang memiliki tekanan. Foto: Pixabay

Tekanan merupakan fenomena yang sudah sangat familiar dalam kehidupan sehari-hari. Disadari atau tidak, setiap aktivitas yang dijalani manusia pasti berhubungan dengan tekanan. Sebenarnya, apa yang dimaksud dengan tekanan?

Materi tekanan zat dalam Fisika sangat penting dipelajari untuk perkembangan ilmu pengetahuan. Contoh sederhananya, ketika di musim hujan dan jalanan berlumpur, alas kaki seperti apa yang aman digunakan di medan seperti itu? Sepatu boot atau high heels?

Anda pasti menjawab sepatu boot, karena sepatu dengan hak tinggi malah membuat pemakainya terjebak lumpur. Inilah contoh penerapan konsep tekanan zat dalam kehidupan sehari-hari.

Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia, tekanan adalah keadaan yang berasal dari kekuatan menekan. Tekanan merupakan salah satu besaran turunan karena berasal dari beberapa besaran pokok.

Ilustrasi mengerjakan soal tekanan. Foto: Pixabay

Apa yang Dimaksud dengan Tekanan?

Dikutip dari buku IPA Terpadu SMP dan MTs untuk Kelas VIII Semester 2 oleh Drs. Lutfi dkk, dalam Ilmu Fisika, tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan atau bidang tekan.

Tekanan timbul sebagai akibat dari gaya tekan yang bekerja pada benda, per satuan luas permukaan dengan arah yang tegak lurus. Tekanan sangat bergantung pada besarnya gaya.

Semakin besar gaya yang diberikan, maka semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Artinya, tekanan berbanding lurus dengan gaya. Namun, tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Hal ini berarti, jika luas permukaan bidang tekan diperbesar, maka tekanan akan mengecil.

Ilustrasi tekanan yang terjadi pada zat cair. Foto: Pixabay

Satuan dan Simbol Tekanan

Dalam Fisika, besaran tekanan disimbolkan atau dilambangkan dengan huruf P atau p. Satuan tekanan menurut Sistem Satuan Internasional (SI) adalah Newton per meter kuadrat (N/m2).

Satuan tekanan yang lain adalah Pascal (Pa), diambil dari nama seorang fisikawan Prancis bernama Blaise Pascal. Oleh sebab itu, dapat dituliskan bahwa:

1 N/m2 = 1 Pa

Menurut buku Kumpulan Lengkap Rumus Fisika SMP oleh Esvandiari, berdasarkan jenis satuannya, maka tekanan termasuk ke dalam besaran turunan yang diturunkan dari besaran pokok massa, panjang, dan waktu.

Selain itu, tekanan juga termasuk ke dalam besaran vektor, jadi besaran ini dapat dinyatakan dengan nilai dan angka.

Ilustrasi tekanan yang terjadi dalam udara. Foto: Pixabay

Jenis dan Rumus Tekanan

Sebab terdapat tiga jenis zat, yaitu padat, cair, dan gas, maka tekanan juga terbagi menjadi tiga. Setiap zat memiliki karakteristik tekanan yang berbeda. Merangkum dalam buku Fisika untuk SMA/MA Kelas X oleh Goris Seran Daton, berikut masing-masing penjelasannya lengkap dengan rumusnya.

1. Tekanan Zat Padat

Jika zat padat seperti balok diberi gaya dari atas, maka akan menimbulkan tekanan. Semakin besar luas alas bidang tekannya, tekanan yang terjadi makin kecil.

Tekanan pada zat padat merupakan gaya yang bekerja pada satuan luas bidang tekan. Sederhananya, tekanan adalah gaya per satuan luas.

Rumus tekanan zat padat adalah sebagai berikut:

2. Tekanan Zat Cair (Hidrostatik)

Tekanan pada zat cair dapat dilihat dari daya pancar yang keluar dari sebuah tabung berlubang dan diisi oleh zat cair. Tekanan zat cair dipengaruhi oleh kedalaman.

Semakin dalam airnya, tekanan zat cair semakin besar. Tekanan pada zat cair yang diam disebut tekanan hidrostatik.

Rumus tekanan hidrostatik (hidrostatis) adalah sebagai berikut:

Keterangan:

Ada tiga hukum fisika yang bekerja pada tekanan zat cair, yaitu hukum Pascal, bejana berhubungan, dan hukum Archimedes.

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan zat cair pada ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan besarnya sama.

Rumus tekanan berdasarkan hukum Pascal adalah sebagai berikut:

Keterangan:

Sementara itu, bejana berhubungan adalah rangkaian beberapa bejana yang saling berhubungan satu sama lain dan bagian atasnya terbuka. Keadaan permukaan air yang sama jenisnya selalu mendatar, sekalipun bejana dimiringkan.

Dalam bejana berhubungan berlaku rumus:

Kemudian, hukum Archimedes berbicara tentang gaya tekan ke atas zat cair. Besarnya gaya tekan ke atas (Fa) sama dengan hasil kali antara volume benda (Vb), massa jenis zat cair (ρ), dan gravitasi (g).

Berat benda di udara lebih berat dari benda saat di dalam zat cair, karena di dalam zat cair terdapat gaya tekan ke atas oleh zat cair tersebut. Besar gaya tekan ke atas ini sebanding dengan volume zat cair yang terdesak oleh benda itu.

Rumus hukum Archimedes adalah sebagai berikut:

Keterangan:

Catatan: Jika percepatan gravitasi (g) tidak disebutkan secara langsung, maka gunakan nilai umum gravitasi, yaitu 10 m/s2.

3. Tekanan Zat Gas

Tekanan pada zat gas, misalnya udara dipengaruhi oleh ketinggian suatu tempat. Akibatnya, tekanan udara di setiap tempat akan berbeda-beda. Berikut ini rumus hubungan tekanan udara dengan ketinggian tempat:

Sementara itu, gas yang berada pada ruang tertutup akan berlaku Hukum Boyle. Boyle menemukan bahwa tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap (konstan), selama suhu gas tetap.

Rumus tekanan gas pada ruang tertutup adalah sebagai berikut:

Untuk gas campuran:

Tekanan pada gas sering dinyatakan dengan satuan atmosfer (atm) sebagai berikut:

Keterangan:

Ilustrasi tekanan yang berada di dalam laut. Foto: Pixabay

Contoh Soal Tekanan

Diambil dari situs fisika.com, berikut contoh-contoh soal tekanan.

1. Tentukan tekanan hidrostatik air pada kedalaman 5 meter (ρ = 1.000 kg/m3) dan percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2.

Jawaban:

Diketahui:

Ditanyakan:

Penyelesaian:

2. Tekanan zat cair adalah 3.000 Pa dengan tinggi zat cair 30 cm, berapakah massa jenis zat cair tersebut?

Jawaban:

Diketahui:

Ditanyakan:

Penyelesaian:

Jadi, massa jenis zat cair tersebut adalah 1.000 kg/m3.

3. Besar tekanan hidrostatis pada kolam dengan kedalaman 2 m, jika massa jenis air 1.000 kg/m3 dan percepatan gravitasi 10 m/s2 adalah...

Jawaban:

Diketahui:

Ditanyakan:

Penyelesaian:

Jadi, besar tekanan hidrostatis pada kedalaman tersebut adalah 20 kPa.

(VIO)