Contoh Soal Tekanan Hidrostatis Lengkap dengan Pembahasannya

HermanAnis.com – Tekanan hidrostatis adalah salah satu konsep penting dalam fisika yang menjelaskan bagaimana tekanan dalam cairan berperilaku seiring kedalaman meningkat. Dalam artikel ini, Anda akan menemukan contoh soal tekanan hidrostatis lengkap dengan pembahasan yang mudah dipahami, serta penerapan konsep ini dalam kehidupan sehari-hari. Simak penjelasan rinci dan langkah-langkah penyelesaian soal untuk memperdalam pemahaman Anda tentang tekanan cairan dan aplikasinya di dunia nyata.

Apa itu Tekanan?

Tekanan di definisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan tiap satuan luas permukaan. Tekanan Hidrostatis merupakan tekanan pada zat cair yang diakibatkan oleh gaya gravitasi serta di pengaruhi oleh kedalamannya. Hal ini dapat di rasakan oleh perenang atau penyelam yang merasakan adanya tekanan seluruh badan, karena fluida memberikan tekanan ke segala arah.

untuk memahami konsep tekanan berikut beberapa contoh soal dan pembahasannya.

Contoh soal tekanan

Soal 1

Di bawah ini yang merupakan pernyataan yang benar mengenai konsep tekanan adalah….
a. Semakin besar gaya yang di berikan, maka tekanan yang di derita akan semakin besar
b. Semakin kecil gaya yang di berikan, maka tekanan yang di derita akan semakin kecil
c. Semakinbesar luas penampang benda, maka tekanan yang di derita akan semakin besar
d. Semakin kecil luas penampang benda, maka tekanan yang di derita akan semakin kecil

Penyelesaian:

Berdasarkan persamaan tekanan di mana,

P = F/A

Olehnya itu, semakin besar gaya (F) yang bekerja pada benda, maka besar tekanan (P) yang di alami benda juga akan semakin besar. Sementara, jika luas penampang A (luas penampang yang di kenai gaya F) di perbesar maka tekanan yang di alami oleh benda akan menjadi lebih kecil.

Jadi Jawaban yang benar adalah a.

Baca Juga: Contoh soal Hukum Snellius

Soal 2

Di bawah ini yang merupakan contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari–hari adalah… .
a. Alas pada kaki meja di buat lebar
b. Pejalan yang becek lebih baik menggunakan sepatu high heels daripada sepatu kets
c. Masyarakat di daerah bersalju menggunakan sepatu yang alasnya kecil
d. Sirip ikan yang pendek memungkinkan ikan bergerak dalam air

Jelas, jawaban yang benar adalah a.

Soal 3

Aufa Ardhina lebih senang menggunakan sepatu kets di bandingkan dengan sepatu dengan hak tinggi. Ini di sebabkan oleh… .
a. Tekanan yang di hasilkan oleh sepatu kets lebih besar di bandingkan dengan sepatu berhak tinggi
b. Tekanan yang di hasilkan oleh sepatu kets lebih kecil dibandingkan dengan sepatu berhak tinggi
c. Luas penampang pada sepatu kets lebih besar, sehingga tekanan yang dihasilkan akan semakin besar
d. Luas penampang pada sepatu berhak tinggi lebih kecil, sehingga tekanan yang dihasilkannya juga akan kecil

Jelas, jawaban yang benar adalah b.

Soal Nomor 4

Perhatikan gambar di bawah ini!

Jika tiga balok dengan massa yang sama disusun seperti pada gambar, maka ketika ketiga balok tersebut diberikan gaya F yang sama, maka pernyataan yang benar di bawah ini adalah tekanan… .
a. pada balok (1) lebih kecil daripada tekanan pada balok (3)
b. pada balok (3) lebih besar daripada tekanan pada balok (2)
c. yang paling besar adalah pada balok (1)
d. yang paling besar adalah pada balok (3)

Jelas, jawaban yang benar adalah c.

Contoh soal tekanan Nomor 5

Berikut ini merupakan data tekanan dan gaya ketika luas penampangnya dibuat tetap. Jika data tersebut dibuat pola grafiknya, maka grafik yang benar adalah….

Jawaban yang benar adalah b. Tekanan P berbanding lurus dengan Gaya F.

Soal Tekanan Nomor 6

Berikut ini merupakan tabel data tekanan dan luas penampang benda ketika gayanya dibuat tetap. Jika data tersebut dibuat pola grafiknya, maka grafik yang benar adalah….

Jawaban yang benar adalah c. Tekanan P berbanding terbalik dengan luas penampang A. Perhatikan grafik P dan A melengkung (tidak lurus).

Demikian tadi pembahasan dan contoh soal terkait konsep tekanan. Kita lanjutkan bahasan untuk tekanan hidrostatis.

Apa Itu Tekanan Hidrostatis?

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang dialami oleh zat cair pada kedalaman tertentu akibat berat zat cair di atasnya. Konsep ini penting dalam ilmu fisika, khususnya dalam topik fluida statis.

Secara umum, semakin dalam suatu titik berada dari permukaan zat cair, semakin besar tekanan yang diterima titik tersebut. Tekanan ini berlaku ke segala arah dan penting untuk memahami fenomena seperti tekanan di dasar laut, tangki air, atau pembuluh darah manusia.

Rumus Tekanan Hidrostatis dan Prinsip dasarnya

Besar tekanan yang di alami oleh benda yang berada di dalam zat cair dapat dihitung dengan persamaan,

P = ρ g h

Keterangan,

P = tekanan hidrostatis (Pa)
ρ (rho) = massa jenis zat cair (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²), umumnya 9,8 m/s atau 10 m/s
h = kedalaman dari permukaan air (m)

Rumus ini menunjukkan bahwa tekanan bergantung langsung pada massa jenis cairan, kedalaman, dan gravitasi bumi.

Jika tekanan udara luar (tekanan barometer) P₀ di perhitungkan, maka rumus tekanan hidrostatis adalah:

P = P₀ + ρ g h

“Tekanan di dalam zat cair di sebabkan oleh gaya gravitasi, yang besarnya tergantung pada kedalaman dan massa jenis fluida”

Titik-titik yang berada pada kedalaman yang sama, dalam keadaan setimbang mengalami tekanan hidrostatik yang sama pula. Fenomena ini di kenal dengan hukum Utama Hidrostatika yang di nyatakan:

Tekanan hidrostatik di semua titik yang terletak pada satu bidang mendatar di dalam satu jenis zat cair besarnya sama.

Berdasarkan hukum hidrostatika, maka tekanan di titik A, B, dan C adalah sama, yaitu sebesar P = ρ g h. Hidrostatika dapat digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U.

P_A = P_B

Hidrostatika di manfaatkan antara lain dalam mendesain bendungan, yaitu semakin ke bawah semakin tebal, serta dalam pemasangan infus, ketinggian di atur sedemikian rupa sehingga tekanan zat cair pada infus lebih besar daripada tekanan darah dalam tubuh.

Prinsip Dasar:

1. Tekanan meningkat seiring bertambahnya kedalaman.
2. Tekanan pada kedalaman yang sama dalam satu jenis cairan akan sama, meskipun posisinya berbeda secara horizontal.
3. Tekanan bergantung pada massa jenis zat cair, kedalaman, dan gravitasi.

Contoh, air memiliki massa jenis sekitar 1000 kg/m³. Jika sebuah benda berada 2 meter di bawah permukaan air, tekanannya dapat di hitung dengan rumus di atas.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tekanan Hidrostatis

1. Kedalaman (h): Semakin dalam suatu titik dari permukaan air, tekanannya semakin besar.
2. Massa Jenis Zat Cair (ρ): Semakin besar massa jenis zat cair (seperti merkuri dibanding air), tekanannya semakin tinggi.
3. Gravitasi (g): Nilai gravitasi memengaruhi tekanan. Di planet lain, tekanan akan berbeda meskipun kedalaman dan massa jenis sama.

Penerapan Tekanan Hidrostatis dalam Kehidupan Sehari-hari

Tekanan hidrostatis digunakan dalam berbagai bidang, antara lain:

1. Rekayasa sipil: perancangan bendungan dan tangki air. Pada desain bendungan dan waduk, bagian bawah bendungan harus lebih kuat karena tekanan air lebih tinggi di bagian yang lebih dalam.
2. Kedokteran: pengukuran tekanan darah dan cairan tubuh. Dalam dunia medis, tekanan cairan infus juga di atur dengan prinsip ini
3. Penyelaman: memperhitungkan tekanan pada tubuh penyelam di kedalaman tertentu. Penyelam harus menyesuaikan diri dengan tekanan hidrostatis saat turun ke kedalaman tertentu.
4. Tangki Air dan Pipa: Posisi pipa air di atur berdasarkan tekanan air untuk memastikan distribusi yang merata.
5. Industri: perancangan alat pengukur tekanan seperti manometer dan barometer

Langkah-langkah Penyelesaian Soal Tekanan Hidrostatis

Untuk memudahkan Anda dalam mengerjakan soal-soal tekanan hidrostatis, berikut beberapa tips:

1. Selalu identifikasi diketahui dan ditanyakan. Identifikasi data yang di berikan:
   • Massa jenis zat cair (ρ)
   • Kedalaman (h)
   • Percepatan gravitasi bumi(g)
2. Gunakan satuan yang konsisten: meter, kilogram, detik. Perhatikan apakah massa jenis zat cair sudah dalam satuan kg/m³. Jika dalam gram/cm³, konversikan terlebih dahulu. Gunakan nilai gravitasi yang sesuai (9,8 m/s² atau 10 m/s² jika dibulatkan untuk mempermudah hitung).
3. Gunakan rumus tekanan hidrostatis: P=ρ⋅g⋅h
4. Substitusikan nilai-nilai ke dalam rumus.
5. Hitung dengan benar dan pastikan satuan sesuai.

Baca Juga: Contoh Penerapan Usaha dan Energi dalam Kehidupan Sehari hari

Kumpulan Contoh Soal Tekanan Hidrostatis dan Pembahasannya

Berikut kami berikan kumpulan contoh soal tekanan hidrostatis berserta pembahasannya!

Soal 1

Dua orang anak memiliki massa tubuh yang hampir sama. Keduanya pergi berenang. Satu anak ke laut, sedangkan yang lainnya ke sungai. Jika ketika menyelam, kedua anak mencapai kedalaman yang sama di ukur dari permukaan air, manakah yang akan mengalami tekanan hidrostatis yang lebih besar?

Pembahasan: Sesuai dengan persamaan tekanan hidrostatis:

𝑃_ℎ = 𝜌𝑔ℎ

maka, tekanan hidrostatis bergantung pada massa jenis fluida (zat cair). Oleh karena kita ketahui, air laut memiliki massa jenis yang lebih tinggi di bandingkan dengan air sungai, maka untuk kedalaman yang sama, orang yang menyelam di laut akan mengalami tekanan hidrostatis yang lebih besar di bandingkan yang menyelam pada air sungai.

Baca Juga: Alat yang Prinsip Kerjanya Berdasarkan Hukum Pascal

Contoh soal tekanan hidrostatis 2

Anda sebagai seorang wisatawan domestik menyelam di pantai Lovina pada kedalaman 5 meter. Anda merasa mendapat tekanan dari air. Semakin dalam Anda menyelam, semakin besar pula tekanan yang Anda rasakan. Jika massa jenis air pantai adalah 1100 kg/m³ maka tentukanlah tekanan hidrostatik yang Anda alami!

Pembahasan: Untuk menyelesiakan contoh soal tekanan hidrostatis nomor 2 ini, kita tuliskan dulu yang di ketahui dan di tanyakan dalam soal:

• Kedalaman menyelam (h) = 5 meter
• Massa jenis air pantai (ρair pantai) = 1,100 × 103 kg/m³
• Percepatan gravitasi bumi (g) = 9,8 m/s²

Di tanyakan: Besar tekanan pada kedalaman 5 meter?
Karena,

P = P₀ + ρ g h

maka,

P = ρ_{air pantai} g h
P = 1,100 × 10³ . 9,8. 5
P = 53.900 N/m²

Soal 3

Zaidan mendapat tugas dari sekolah untuk mengukur massa jenis sebuah cairan X. Zaidan melakukan percobaan di rumah dengan menggunakan pipa U yang ia buat dari selang air. Hasil praktikum yang ia peroleh adalah seperti gambar di bawah. Cairan pertama merupakan cairan X, cairan ke dua merupakan air. Tinggi air yang teramati adalah 7 cm sedangkan tinggi cairan X adalah 12 cm. Bantulah Zaidan untuk menganalisis massa jenis cairan X!

Pembahasan: Untuk menyelesiakan contoh soal tekanan hidrostatis nomor 3 ini kita tuliskan dulu yang di ketahui dan di tanyakan dalam soal:

• Ketinggian cairan dari titik A (h₁) = 12 cm
• Ketinggian air dari titik B (h₂) = 7 cm
• Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m³
• Percepatan gravitasi bumi (g) = 9,8 m/s2

Di tanyakan: Massa jenis cairan X?

P_A = P_B

Karena,

• P_A = P₀ + ρ₁ g h₁
• P_B = P₀ + ρ_air g h₂

maka,

P₀ + ρ₁ g h₁ = P₀ + ρ_air g h₂

sehingga akan di peroleh,

ρ₁ =(7/12) ×1000 = 583,333 kg/m³

Berdasarkan gambar, dapat di amati bahwa ketinggian air murni lebih kecil daripada cairan X. Ini menunjukkan bahwa cairan X memiliki massa jenis lebih kecil dari air murni (sudah sesuai dengan hasil perhitungan). Satuan akhir yang di peroleh adalah dalam kg/m³ (sudah sesuai dengan satuan massa jenis)

Contoh soal tekanan hidrostatis 4

Di kota Bandung tekanan udaranya menurut barometer 69 cm, maka berapakah ketinggian kota Bandung itu?

Penyelesaian: Di ketahui bahwa tekanan udara = 69 cmHg. Sehingga,

Ketinggian = (76 cmHg – tekanan udara) x 100 meter
= (76 cmHg – 69 cmHg) x 100 meter = 7 x 100 m = 700 d.p.l

Soal 5

Sebuah pipa U seperti pada gambar di bawah ini.

Jika tinggi kolom minyak adalah 15 cm, selisih tinggi kolom minyak dengan air pada kedua kolom adalah 3 cm, dan massa jenis air adalah 1000kg/m³, maka berapakah massa jenis minyak?

Pembahasan: Untuk menyelesiakan contoh soal tekanan hidrostatis nomor 3 ini kita tuliskan dulu yang di ketahui dan di tanyakan dalam soal:

• Ketinggian minyak (h_m) = 15 cm
• Ketinggian air (h_a) = h_m – 3 cm = 12 cm
• Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m³

Ditanyakan ρ_m= ….?

ρ_mh_m = ρ_ah_a

Jadi massa jenis minyak tersebut adalah 800 kg/m³.

Contoh soal tekanan hidrostatis 6

Seorang penyelam menyelam pada kedalaman 12 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s², maka tekanan hidrostatis yang di alami penyelam adalah….

a. 120 Pa
b. 1200 Pa
c. 12000 Pa
d. 120000 Pa

Penyelesaian: Dari persamaan tekanan hidrostais dapat di peroleh

P = 1000 kg/m³ x 10 m/s² x 12 m = 120.000 N/m² atau 120.000 Pascal. Jadi jawaban yang benar adalah d.

Soal 7

Pada gambar ditunjukkan tiga buah sistem a, b, dan c, yang merupakan sistem untuk mengangkat beban berupa kendaraan (mobil).

Berkaitan dengan gaya yang diperlukan untuk mengangkat mobil tersebut, pernyataan berikut ini yang benar adalah….

A. gaya yang diperlukan pada sistem a adalah 5/4 kali lebih besar daripada gaya yang diperlukan pada sistem c.
B. gaya yang diperlukan pada sistem b paling kecil di bandingkan dengan gaya uang diperlukan pada sistem a maupun c.
C. perbandingan gaya yang diperlukan pada sistem c dan pada sistem b adalah 1/4.
D. perbandingan gaya yang diperlukan pada sistem b dan pada sistem a adalah 1/4.

Pembahasan: Untuk menyelesaikan soal seperti ini, kita perlu mengecek kebenaran pernyataan setiap option.

Periksa option A

Perbandingkan gaya yang diperlukan pada sistem. Dari gambar, kita mengetahui bahwa massa mobil tetap sehingga berat ketiga mobil sama. Dengan menerapkan hukum pascal,

F₁/A₁ =F₂/A₂

Dengan,

F₁ = gaya pada penampang 1
A₁ = luas penampang 1 =pi x r₁² = pi x (D₁²/4)
F₂ = gaya pada penampang 1 = berat mobil (W_mobil)
A₂ = luas penampang 1 = pi x r₂² = pi x (D₂²/4)

Dari option yang ada, yang akan di bandingkan adalah gaya yang di perlukan sistem untuk mengangkat mobil, olehnya itu kita perlu mencari perbandingan gaya berdasarkan gambar a, b dan c.

Dengan menerapkan hukum pascal,

F_a1/A_a1 =F_a2/A_a2

sehingga,

F_a1 =W_mobil (A_a1/A_a2)

F_a1 =W_mobil (pi x (D_a1²/4)/pi x (D_a2²/4))

Olehnya itu, maka,

F_a1 =W_mobil (D_a1/D_a2)²

Dengan cara yang sama, akan diperoleh:

F_b1 =W_mobil (D_b1/D_b2)²
F_c1 =W_mobil (D_c1/D_c2)²

Perbandingan gaya berdasarkan gambar a dan c,

F_a1 : F_c1 = (D_a1/D_a2)² : (D_c1/D_c2)² = (0,1/1)² : (0,05/1)²
F_a1 : F_c1 = (0,1 : 0,05)² = 4

Sehingga, F_a1= 4F_c1, jawaban option B salah.

Periksa option B dan D

Perbandingan gaya berdasarkan gambar a dan b,

F_a1 : F_b1 = W_mobil (D_a1/D_a2)² : W_mobil (D_b1/D_b2)² : (0,1/1)² : (0,05/0,5)²
F_a1 : F_b1 = (0,1/0,1)²= 1

Sehingga, F_a1= F_b1, jawaban option B dan D salah.

Periksa option C

Perbandingan gaya berdasarkan gambar b dan c,

F_b1 : F_c1 = W_mobil (D_b1/D_b2)² : W_mobil (D_c1/D_c2)² : (0,05/0,5)² : (0,05/1)²
F_b1 : F_c1 = (0,1/0,05)²= 4

Sehingga, F_b1= 4 F_c1, jadi jawaban option C yang benar.

Soal Latihan Tambahan (Tanpa Pembahasan)

Untuk melatih pemahaman Anda, coba kerjakan soal-soal berikut ini:

Contoh soal latihan tekanan hidrostatis tingkat SMP /MTs sederajat

1. Hitung tekanan pada kedalaman 3 meter dalam minyak dengan massa jenis 850 kg/m³!
2. Seorang penyelam berada 10 meter di bawah laut. Berapa besar tekanan yang ia rasakan?
3. Tangki air setinggi 5 meter memiliki tekanan 50.000 Pa. Berapa massa jenis airnya?
4. Sebuah kapal selam berada 50 meter di bawah permukaan laut (ρ = 1025 kg/m³). Hitung tekanan hidrostatis yang dialami kapal tersebut!
5. Sebuah bejana berisi minyak (ρ = 800 kg/m³). Hitung tekanan hidrostatis pada kedalaman 2 meter!
6. Air dalam tangki memiliki kedalaman 3,5 meter. Berapa tekanan yang bekerja pada dasar tangki jika g = 10 m/s²?

Contoh soal latihan tekanan hidrostatis tingkat SMA/MA sederajat

Soal 1: Tekanan pada Penyelam

Seorang penyelam menyelam hingga kedalaman 30 meter di laut yang massa jenis airnya 1025 kg/m³. Di permukaan laut tekanan atmosfer adalah 1,01 × 10⁵ Pa. Hitung tekanan total yang diterima tubuh penyelam tersebut!

Soal 2: Tekanan dalam Tangki Bahan Bakar Roket

Sebuah tangki berbentuk silinder vertikal berisi bahan bakar cair dengan massa jenis 850 kg/m³. Tinggi cairan dalam tangki adalah 12 meter. Jika tangki tersebut berada di planet lain dengan percepatan gravitasi 15 m/s², berapakah tekanan hidrostatis pada dasar tangki?

Soal 3: Perubahan Tekanan Saat Tangki Miring

Tangki dari soal 2 dimiringkan sehingga tinggi efektif cairan yang menekan dasar menjadi 8 meter secara vertikal. Hitung tekanan hidrostatis baru pada dasar tangki. Jelaskan mengapa tekanan berubah meskipun volume cairan sama!

Soal 4. Tekanan hidrostiatis pada dua jenis cairan

Sebuah tabung vertikal berisi dua jenis cairan yang tidak saling bercampur. Lapisan bawah adalah air (massa jenis ρ₁ = 1000 kg/m³) setinggi 1,5 meter, dan di atasnya terdapat minyak (massa jenis ρ₂ = 800 kg/m³) setinggi 1 meter. Di dasar tabung terdapat katup kecil yang menghubungkan dengan ruang hampa.

(a) Hitung tekanan total yang bekerja pada katup di dasar tabung.
(b) Jika katup terbuka tiba-tiba dan air menyembur keluar ke ruang hampa, hitung kecepatan semburan pertama (asumsikan konversi energi potensial ke kinetik sempurna).
(c) Jelaskan perubahan tekanan jika tabung dimiringkan hingga membentuk sudut 60° terhadap vertikal namun tinggi total cairan tetap sama.

Tanya Jawab Seputar Tekanan Hidrostatis

Apakah tekanan hidrostatis hanya berlaku untuk air?

Tidak. Tekanan hidrostatis berlaku untuk semua zat cair, termasuk minyak, alkohol, bahkan raksa. Yang membedakan hanya nilai massa jenis zat cairnya.

Mengapa kedalaman mempengaruhi tekanan?

Karena semakin dalam suatu titik, semakin besar kolom cairan di atasnya, sehingga berat cairan meningkat dan menyebabkan tekanan lebih besar.

Kesimpulan

Tekanan hidrostatis adalah salah satu konsep penting dalam fluida statis. Dengan memahami rumus dan aplikasinya, siswa dapat menyelesaikan soal-soal dengan lebih percaya diri. Melalui latihan yang konsisten dan pemahaman konsep dasar, Anda akan lebih siap menghadapi ujian fisika.

Ingin Belajar Lebih Banyak?

Jika Anda merasa terbantu dengan artikel ini, jangan ragu untuk menjelajahi artikel lain di situs ini seperti:

• Contoh Soal Hukum Archimedes
• Contoh Soal dan Pembahasan Hukum Pascal dalam Kehidupan Sehari-hari

Klik di Sini untuk mendapatkan file pdf tulisan ini.
Demikian, mudah-mudahan bermanfaat.