Sebutkan Hukum dasar fluida statis pada pembuatan pompa hidrolik yang digunakan pada pencucian mobil

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan eksternal yang diberikan pada fluida di dalam sistem tertutup akan diteruskan ke segala arah dan sama besar. Hukum ini ditemukan oleh fisikawan Prancis, Blaise Pascal (1623-1662).

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu hukum dasar yang berkaitan dengan tekanan pada fluida, yaitu Hukum Pascal.

Penting dipahami, fluida adalah istilah yang diberikan kepada zat-zat yang dapat mengalir, dalam hal ini cairan dan gas.

Sama halnya dengan zat padat, pada fluida juga bekerja besaran tekanan. Cara fluida melakukan tekanan mematuhi hukum-hukum dasar tertentu dalam fisika, salah satunya adalah Hukum Pascal.

Lantas, bagaimana bunyi Hukum Pascal? Seperti apa bentuk rumusnya? Nah, semuanya akan diuraikan dalam materi ini lengkap dengan contoh soal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Baiklah, kita mulai saja pembahasannya...

Pengertian Hukum Pascal

Apa yang dimaksud dengan Hukum Pascal? Dalam ilmu fisika, Hukum Pascal adalah hukum dasar yang mengatur tentang tekanan pada fluida (cair dan gas). 

Hukum ini ditemukan pada tahun 1658 oleh fisikawan berkebangsaan Prancis bernama Blaise Pascal (1623-1662).

Pascal menemukan hukum ini ketika ia melakukan percobaan Torricelli, yaitu percobaan untuk mengamati kelajuan air yang mengucur pada tangki yang bocor. 

Namun, pada saat itu Pascal tidak menggunakan tangki, melainkan kantung plastik yang ia isi dengan air. Kemudian, di sekeliling kantung itu ia beri lubang.

Pada pengamatan yang dilakukannya, Pascal menemukan bahwa kucuran air yang keluar dari lubang memiliki pancaran yang sama kuat.

Ketika permukaan kantung diberi tekanan eksternal, pancaran air akan bertambah kuat, namun besarnya di tiap lubang tetap sama.

Hasil pengamatan inilah yang disimpulkan oleh Pascal dan menghasilkan rumusan hukum dasar fisika tentang tekanan fluida. 

Untuk memahami lebih lanjut tentang tekanan, sebaiknya baca materi ini: Tekanan.

Bunyi Hukum Pascal

Hukum Pascal berbunyi:

Tekanan yang diberikan pada fluida di dalam sistem tertutup akan diteruskan ke segala arah dan sama besar

Fluida (cair atau gas) yang terperangkap dalam sistem tertutup bertindak sebagai media yang mengalirkan tekanan yang berasal dari luar. 

Tekanan itu akan diteruskan ke segala arah dan setiap titik di dalam fluida akan mengalami besar tekanan yang sama.

Satu hal yang harus diingat adalah Hukum Pascal hanya berlaku apabila fluida dalam keadaan statis (diam). 

Rumus Hukum Pascal

Berdasarkan bunyi hukum di atas, kita dapat menurunkan rumus Hukum Pascal. Kita akan gunakan kembali gambar di atas untuk membantu analisis:

Jika tekanan eksternal yang diberikan kepada fluida kita sebut sebagai p1 dan tekanan yang diteruskan fluida kita sebut p2, maka menurut Hukum Pascal:

p1 = p2

Oleh karena p = F/A, di mana tekanan (p) berbanding lurus dengan gaya (F) dan berbanding terbalik dengan luas permukaan (A), maka persamaan di atas bisa tuliskan menjadi:

F1/A1 = F2/A2 , 

Atau, jika penampang berbentuk lingkaran dan yang diketahui adalah diameter, maka rumusnya menjadi:

F1/d12 = F2/d22

Keterangan:

• F1 = Gaya pada penampang 1 (N)
• F2 = Gaya pada penampang 2 (N)
• A1 = Luas penampang 1 (m2)
• A2 = Luas penampang 2 (m2)
• d1 = diameter penampang 1 (m)
• d2 = diameter penampang 2 (m)
  

Rumus di atas bisa terlihat lebih jelas saat diterapkan pada dua bejana yang saling berhubungan kemudian diisi dengan fluida zat cair. Berikut ini bentuknya:

Ketika penampang A1 kita berikan gaya F1, maka piston di sebelah kiri akan terdorong ke bawah. Di saat bersamaan, penampang A2 akan mengalami gaya F2 yang akan mendorong piston kanan ke atas.

Jauhnya dorongan piston (h) bisa dicari dengan rumus: 

A1 . h1 = A2 . h2

Rumus-rumus yang berlaku di dalam Hukum Pascal bisa dibolak-balik sesuai keperluan, misalnya untuk mencari besaran-besaran tertentu di dalam rumus. Berikut ini contohnya:

Rumus mencari F1 

F1 = F2 . A1/A2

Rumus Mencari F2

F2 = F1 . A2/A1

Rumus Mencari A1 

A1 = A2 . F1/F2

Rumus Mencari A2

A2 = A1 . F2/F1

Contoh Penerapan Hukum Pascal

Penerapan prinsip Hukum Pascal sangat berguna di mana gaya yang kecil di satu sisi dapat menghasilkan gaya yang lebih besar di sisi yang lain.

Prinsip tersebut telah banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari untuk membuat berbagai jenis peralatan.

Berikut ini adalah contoh alat yang prinsip kerjanya berdasarkan Hukum Pascal:

Pernahkah kalian melihat mesin pengangkat mobil hidrolik? Mesin ini banyak digunakan di bengkel-bengkel dan tempat pencucian mobil.

Penting untuk diketahui, mesin pengangkat mobil hidrolik bekerja berdasarkan prinsip Hukum Pascal. Dengan alat ini, mobil bisa diangkat sekian meter di atas tanah. 

 
Pada saat digunakan, udara bertekanan tinggi dialirkan ke reservoir. Tekanan tersebut diteruskan oleh zat cair ke piston besar sehingga diperoleh gaya angkat yang sangat besar. 

Besar gaya output di dapat dari perbedaan luas penampang antara kedua piston. Misalnya, jika piston kanan 10 kali lebih besar dari piston kiri, maka akan menghasilkan gaya output 10 kali lebih besar dari gaya input.

Alat ini mampu mengangkat mobil dengan ketinggian sampai 1,5 meter. Pada ketinggian tersebut orang lebih mudah membersihkan, mencuci, atau memperbaiki bagian-bagian bawah mobil.

Pompa hidrolik menggunakan energi kinetik dari cairan yang dipompa pada suatu kolom dan diubah menjadi energi tekan.Pompa ini berfungsi untuk meneruskan energi mekanik menjadi energi hidrolik. Cara kerjanya adalah menghisap oli dari tangkai hidrolik dan mendorongnya ke dalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran.Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik. 

3. Dongkrak Hidrolik

Dongkrak adalah alat yang berfungsi untuk mengangkat beban-beban yang berat. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip Hukum Pascal.

Prinsip kerja dongkrak hidrolik hampir sama dengan prinsip kerja mesin pengangkat mobil. Perbedaannya adalah tekanan pada piston kecil alat ini digantikan oleh minyak bertekanan tinggi.

Dengan membuat perbandingan luas penampang kedua piston cukup besar maka akan dihasilkan gaya yang sangat besar pada piston besar sehingga mampu mengangkat mobil.

Berdasarkan Hukum Pascal, agar gaya yang digunakan untuk memberikan tekanan pada silinder tekan lebih kecil daripada gaya yang bekerja pada silinder beban, maka luas silinder tekan harus lebih kecil daripada luas silinder beban. 

4. Rem Hidrolik

Prinsip kerja rem hidrolik adalah menahan gerak cakram yang berhubungan dengan ban. Caranya, dengan menjepit cakram ke dalam atau mendesak ke luar.Gaya gesekan antara penjepit dengan cakram inilah yang menghentikan kendaraan.Kaki pengemudi menekan piston yang berukuran kecil. Zat cair dalam pipa-pia mendapat tambahan tekanan.Penambahan tekanan diteruskan ke seluruh bagian zat cair. Piston besar yang berhadapan dengan cakram rem mendapat tambahan tekanan yang sama.Karena ukuran piston ini yang jauh lebih besar daripada piston pada kaki pengemudi, gaya yang dilakukan pada cakram rem menjadi besar sekali.

Oleh karena itu, gaya kecil dari kaki menghasilkan gaya yang sangat besar pada rem hingga dapat menghentikan kendaraan.

Berikut ini adalah beberapa contoh soal dan jawabannya tentang Hukum Pascal: 

Sasaran dari soal ini adalah mencari F1.

Diketahui:

• m = 1.500 kg
• A1 = 1 m2
• A2 = 100 m2

Ditanyakan:

Penyelesaian:

F2 = W = m . g

             = 1.500 . 10

             = 15.000 N

F1 = 15.000 . 1/100

     = 150 N

Jadi, gaya yang harus diberikan adalah 150 N.

Sasaran dari soal ini adalah mencari A1.

Diketahui:

• F2 = 15.000 N
• F1 = 300 N
• A2 = 500 cm2 = 0,05 m2 = 5 x 10-2m2 

Penyelesaian:

A1 = A2 . F1/F2

     = 5 x 10-2 . 300/15.000

     = 5 x 10-2 . 0,02

     = 0,001 m2, atau

     = 10 cm2

Jadi, luas penampang kecil pada dongkrak tersebut adalah 10 cm2.

Sasaran dari soal ini adalah mencari A2. 

Diketahui:

• F2 = 25.000 N
• F1 = 5.000 N
• A1 = 4 cm2 = 0,0004 m2 = 4 x 10-4 m2

Ditanyakan:

Penyelesaian:

A2 = 4 x 10-4 . 25.000/5.000

     = 4 x 10-4 . 5

     = 20 x 10-4 m2,

     = 20 cm2

Jadi, luas penampang penghisap besar yang harus dibuat adalah 20 cm2.

4. Dongkrak hidrolik memiliki diameter penampang piston pada kaki pertama 1/10 dari diameter penampang piston pada kaki kadua. Jika gaya tekan maksimal pada piston kaki pertama 80 N, besar beban maksimal yang dapat diangkat oleh dongkrak hidrolik tersebut adalah? 

Sasaran dari soal ini adalah mencari F1 menggunakan diameter. 

Diketahui: 

Ditanyakan:

Penyelesaian: 

F2 = F1 . d22/d12

     = 80 . d22/(1/10)d22

     = 80 . 10

     = 800 N

Jadi, besar beban maksimal yang dapat diangkat oleh dongkrak tersebut adalah 800 N.

Jadi, Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan eksternal yang diberikan pada fluida di dalam sistem tertutup akan diteruskan ke segala arah dan sama besar, dirumuskan F1/A1 = F2/A2. 

Gimana adik-adik, udah paham kan materi Hukum Pascal di atas? Jangan lupa lagi yah.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Hukum Pascal: Bunyi, Rumus, Contoh Soal (Lengkap) 2020-09-26T21:00:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Afdan Fisika