Contoh Soal Hukum Pascal: Tekanan, Hukum, dan Penerapannya

HermanAnis.com – Teman-teman semua, pada tulisan kali ini kita akan membahas tentang contoh soal fisika yang fokus pada contoh soal hukum pascal. Tulisan ini bertujuan untuk membantu teman-teman dalam memahami secara mendalam konsep tekanan pada fluida statis dan penerapannya melalui contoh soal yang di lengkapi dengan pembahasannya.

Sebelum kita bahas tentang contoh soal hukum pascal, terlebih dahulu kita bahas tentang tekanan dan hubungannnya dengan hukum pascal.

Kita ketahui bahwa, atmosfir merupakan lapisan-lapisan udara yang mengelilingi bumi. Besar tekanan atmosfir berbeda-beda untuk tiap lapisan, semakin bertambah ketinggian semakin berkurang tekanan atmosfirnya. Pada permukaan laut, rata-rata tekanan atmosfir adalah 1,013 x 10⁵ N/m² atau 14,7 lb/in² atau disebut 1 atm. Satuan tekanan lain yang kadang-kadang digunakan adalah Bar, yang di definisikan sebagai 1 Bar = 1,00 x 10⁵ N/m² = 100 kPa. Tekanan atmosfir standar sedikit lebih besar dari 1 Bar. Tekanan di dalam zat cair yang yang diam disebut Tekanan hidrostatik.

Baca Juga: Contoh Soal Tekanan Hidrostatis

A. Tekanan dan Hukum Pascal

Hukum Pascal membahas hubungan atau keterkaitan antara tekanan yang disebabkan oleh zat cair dalam ruang tertutup. Hukum Pascal menyatakan tekanan yang di kerjakan pada suatu zat cair di ruang tertutup di teruskan sama besar ke segala arah.

Salah satu contoh pemakaian hukum Pascal yaitu pada dongkrak hidrolik, yang prinsipnya di tunjukkan pada Gambar 1 di bawah ini.

Alat ini berupa bejana tertutup yang di lengkapi dengan dua bulan pengisap pada kedua kakinya. Misalnya luas penampang pengisap 1 ialah  A₁ dan luas penampang pengisap 2 ialah A₂, dengan A₁< A₂. Jika pengisap 1 di beri gaya F₁, ke bawah, maka zat cair yang berada dalam bejana tersebut akan mengalami tekanan p₁ sebesar F₁/A₁.

Berdasarkan hukum Pascal, tekanan p, akan di teruskan ke segala arah dengan sama besar ke pengisap 2. Jadi, pengisap 2 dengan luas penampang A₂ menerima tekanan p₁. Seandainya gaya yang di hasilkan oleh tekanan p₁ pada penampang A₂ adalah F₂, maka akan di peroleh persamaan,

F₂ = p₁ A₂ dengan p₁ = F₁/A₁

F₂ = (F₁/A₁) A₂

sehingga,

F₂/A₂ = F₁/A₁

Dengan:

F₁ = gaya pada A₁ (N)
F₂ = gaya pada A₂ (N)
A₁ = luas penampang 1 (m²)
A₂ = luas penampang 2 (m²)

Karena A₂ > A₁, maka F₂ >F₁, hal ini menyebabkan gaya yang bekerja pada penampang A₂, menjadi lebih besar.

Baca juga: Alat yang Prinsip Kerjanya Berdasarkan Hukum Pascal

B. Contoh soal hukum pascal

1. Contoh Soal Hukum Pascal – Menjelaskan konsep tekanan

1. Tekanan merupakan ….
   a. gaya yang di berikan pada luasan tertentu
   b. gaya yang menyebabkan perpindahan posisi benda
   c. gaya yang di berikan untuk melakukan usaha
   d. gaya yang di berikan pada ketinggian tertentu

Penyelesaian:
Jawaban yang benar adalah a.

2. Menunjukan faktor yang mempengaruhi tekanan pada zat padat

Perhatikan gambar di bawah ini!

Jika keempat benda memiliki massa yang sama maka, yang akan memberikan tekanan paling besar adalah nomor….
a. I
b. II
c. III
d. IV

Penyelesaian:
Jawaban yang benar adalah d.

3. Menjelaskan prinsip hukum pascal

Perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar di atas menunjukkan dua penampang tertutup dengan luasan yang berbeda berisi cairan. Pada penampang 1 di berikan gaya F₁ yang mengakibatkan pada penampang 2 bekerja gaya F₂. Pernyataan di bawah ini yang sesuai adalah….
a. besar tekanan pada penampang 1 lebih besar di banding tekanan pada penampang 2
b. besar gaya F₁ lebih besar dari gaya F₂, karena penampang F₁ lebih kecil
c. besar tekanan pada penampang 1 sama dengan pada penampang 2
d. besar gaya F₁ lebih kecil dari gaya F₂, karena tekanan pada penampang 1 lebih besar

Penyelesaian:
Jawaban yang benar adalah c. Sesuai dengan prinsip hukum pascal.

4. Contoh Soal Hukum Pascal – Menerapkan hukum pascal dalam berbagai permasalahan

a. Contoh Soal Hukum Pascal 1

Contoh Soal Hukum Pascal 1 ini merupakan salah satu contoh soal yang dapat mengukur bagaimana kemampuan dalam menerapkan hukum pascal dalam berbagai permasalahan.

Sebuah dongkrak hidrolik mempunyai penampang berdiameter masingmasing 2 cm dan 100 cm. Gaya minimum yang harus di lakukan pada penampang kecil dongkrak untuk mengangkat mobil bermassa 500 kg adalah….
a. 0,5 N
b. 2 N
c. 20 N
d. 10 N

Penyelesaian:

Diketahui :
d₁ = 2 cm
d₂ = 100 cm
F₂ = W= m.g = 500 kg. 10 m/s² =5000 N

Ditanyakan F₁ = …?

b. Contoh Soal Hukum Pascal 2

Dama seperti pada contoh sebelumnya, Contoh Soal Hukum Pascal 2 ini juga bertujuan untuk membantu mengukur bagaimana kemampuan peserta didik dalam menerapkan hukum pascal dalam menyelesaikan masalah.

Sebuah pengangkat mobil hidrolik memiliki dua pengisap dengan luas penampangmasing-masing A₁= 100 cm², dan A₂ = 2.000 cm². Berapakah besar gaya minimal F, yang harus di berikan pada penampang A₁ agar mobil dengan berat 15.000 N dapat terangkat?

Penyelesaian:

Diketahui,

A₁= 100 cm²
A₂ = 2.000 cm²
W = F₂ = 15.000 N

Ditanyakan: berapakah besar gaya minimal F₁ pada penampang A₁ agar mobil dengan berat dapat terangkat?

Menurut hukum pascal,

p₁ =p₂
F₂/A₂ = F₁/A₁

Sehingga,

F₁ =(A₁/A₂) x F₂

F₁ = (100 cm²/2.000 cm²) x 15.000 N =750 N

Jadi, gaya minimal yang di perlukan untuk mengangkat mobil tersebut adalah 750 N.

b. Contoh Soal Hukum Pascal 3

Contoh Soal Hukum Pascal 3 ini bertujuan sama dengan contoh-contoh sebelumnya.

Sebuah mobil yang memiliki berat 8.000 N akan di perbaiki bagian bawahnya. Lalu mobil tersebut di angkat dengan pompa hidrolik. Untuk mengangkatnya operator hanya hanya membutuhkan gaya sebesar 200 N. Jika luas penampang (piston) kecil adalah penampang 5 cm², berapakah luas penampang piston besar yang di gunakan?

Penyelesaian:

Diketahui,

F₁= 200 N
A₁ =5 cm² = 5 x 10^-4 m²
Jika W = F₂ = 8.000 N berapakah besar A₂?

Menurut hukum pascal,

p₁ =p₂
F₂/A₂ = F₁/A₁

Sehingga,

A₂ =(F₂/F₁) x A₁

A₂ = (8.000 N/200 N) x 5 x 10^-4 m²= 0,2 m²

Jadi, luas penampang piston besar yang di gunakan adalah 0,2 m² atau 2 x 10³ cm².

B. Contoh soal pilihan ganda

Contoh soal hukum pascal Nomor 1

Perhatikan gambar! Diantara faktor-faktor berikut ini,
1) Jari-jari penampang besar (r₂)
2) Gaya yang di berikan (F₁)
3) Jenis zat cair
4) Luas penampang kecil (A₁)
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan pada penghisap besar F₂ adalah….
a. 1) , 2), dan 3)
b. 2) , 3), dan 4)
c. 1), 3) dan 4)
d. 1) , 2) dan 4)
e. 1) dan 3)

Penyelesaian:

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya yang di hasilkan pada penghisap besar F₂ tentu di pengaruhi oleh F₁, r₁, dan r₂. Jenis zat cair tentu tidk berpengaruh. Olehnya itu jawaban yang paling benar adalah d. 1), 2) dan 4).

Nomor 2

Perhatikan gambar! Sebuah suntikan yang di isi air dengan penuh dan ujung jarumnya telah di tutup. Kemudian pada dinding suntikan di buat tiga lubang dengan ketinggian yang berbeda sehingga ketika alat penghisapnya di tekan ke bawah, air memancar keluar. Besar tekanan air yang keluar dari lubang A, B, dan C adalah…..
a. Tekanan air yang keluar dari lubang A akan lebih besar di bandingkan tekanan air yang keluar dari lubang B dan C.
b. Tekanan air yang keluar dari lubang C akan lebih besar di bandingkan tekanan air yang keluar dari lubang A dan B.
c. Tekanan air yang keluar dari lubang A sama besar dengan tekanan air yang keluar dari lubang C.
d. Tekanan air yang keluar dari lubang B akan lebih kecil di bandingkan dengan tekanan air yang keluar dari lubang A dan C.
e. Tekanan air yang keluar dari semua lubang memiliki besar yang sama.

Penyelesaian:

Jawaban yang paling tepat adalah e. Tekanan air yang keluar dari semua lubang memiliki besar yang sama. Sesuai dengan hukum pascal (ini akan berbeda jika jarum suntuk tidak di tutup).

Contoh soal hukum pascal Nomor 3.

Perhatikan gambar! Sebuah dongkrak hidrolik memiliki dua penghisap dengan luas penampang berbeda. Pernyataan yang benar mengenai pengaruh luas penampang terhadap gaya yang di hasilkan adalah….
a. Semakin besar luas penampang penghisap 2 di bandingkan penghisap 1, semakin kecil gaya yang di hasilkan (F2) pada penghisap 2
b. Semakin besar luas penampang penghisap 2 di bandingkan penghisap 1, semakin besar gaya yang d ihasilkan (F2) pada penghisap 2
c. Semakin besar luas penampang penghisap 1 di bandingkan penghisap 2, semakin besar gaya yang di hasilkan (F2) pada penghisap 2
d. Semakin kecil luas penampang penghisap 1 di bandingkan penghisap 2, semakin kecil gaya yang di hasilkan (F2) pada penghisap 2
e. Besar luas penampang pada penghisap 1 maupun penghisap 2 tidak mempengaruhi gaya yang di hasilkan (F2) pada penghisap 2

Penyelesaian:

Jawaban yang paling tepat adalah b. semakin besar luas penampang penghisap 2 dibandingkan penghisap 1, semakin besar gaya yang di hasilkan (F2) pada penghisap 2. Ini berdasarkan penerapan hukum pascal pada bejana berhubungan.

Nomor 4

Seorang siswa melakukan percobaan untuk mengetahui karakteristik dari hukum Pascal. Dari percobaan tersebut di peroleh data-data sebagai berikut.

Besar gaya yang di hasilkan pada pompa hidrolik berdasarkan data hasil percobaan di atas adalah….
a. Semakin besar gaya yang di berikan pada penghisap I, semakin kecil gaya yang di hasilkan pada penghisap II
b. Semakin kecil gaya yang di berikan pada penghisap I, semakin besar gaya yang di hasilkan pada penghisap II
c. Semakin kecil luas penampang penghisap I, semakin besar gaya yang di hasilkan pada penghisap II
d. Semakin besar luas penampang penghisap II, semakin kecil gaya yang di hasilkan pada penghisap II
e. Semakin besar luas penampang penghisap II, semakin besar gaya yang di hasilkan pada penghisap II

Penyelesaian:

Jawaban yang paling tepat adalah e. Semakin besar luas penampang penghisap II, semakin besar gaya yang di hasilkan pada penghisap II. Ini berdasarkan penerapan hukum pascal pada bejana berhubungan.

Contoh soal hukum pascal Nomor 5

Lima buah jenis suntikan memiliki ukuran yang berbeda-beda dengan luas penampang yang berbeda-beda di isi dengan zat cair yang sama. Jika setiap suntikan memiliki luas penampang yang berbeda-beda, maka suntikan yang menghasilkan besar gaya F yang sama adalah ….
a. (A) dan (B)
b. (B) dan (C)
c. (C) dan (D)
d. (D) dan (E)
e. (C) dan (E)

Penyelesaian:

Jawaban yang paling tepat adalah c. (C) dan (D). Gaya yang di hasilkan pada gambar C dan D sama sama sebesar 2 (Ini berdasarkan penerapan hukum pascal pada bejana berhubungan)

File PDF dapat didownload pada tautan berikut ini: Klik disini!

Demikian semoga bermanfaat.