Contoh Soal Tekanan Hidrostatis dan 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.

A. Pengenalan Tekanan Hidrostatis

Sebelum kita membahas tentang tekanan hidrostatis kita akan membahas tentang fluida statis. Telah kita ketahui bahwa fluida merupakan salah satu jenis zat yang dapat mengalir. Bentuk Fluida cederung tidak tetap, bentuknya bergantung pada wadah atau penampungan tempat zat tersebut berada. Fluida di bagi menadai 2 yaitu:

1. Fluida Statis atau fluida yang tidak mengalir
2. Fluida Dinamik atau fluida yang mengalir

Baca Juga: Contoh Soal Termometer

1. Sifat sifat fluida

• Zat cair dapat berubah bentuk bergantung dari wadah penampungnya.

• Zat cair menempati ruang dan mempunyai massa.

• Permukaan zat cair selalu mendatar

• Zat cair mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang rendah

2. Massa Jenis

Setiap benda memiliki massa jenis yang berbeda, besarnya massa jenis benda dapat di tentukan dengan persamaan:

ρ = m / V

Dimana,

ρ = massa jenis zat cair/zat alir (kg/m³)
m = massa benda (kg)
V = volume benda (m³)

Baca Juga: Contoh Soal Hukum Archimedes

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh zat cair kepada benda dalam zat cair yang diam. Tekanan ini muncul akibat gaya gravitasi yang bekerja pada partikel-partikel zat cair. Semakin dalam sebuah titik berada di dalam cairan, maka semakin besar tekanan yang diterimanya.

Contohnya, ketika seseorang menyelam di laut, ia akan merasakan tekanan yang lebih besar di kedalaman 5 meter dibandingkan saat berada di permukaan. Hal ini disebabkan oleh tekanan hidrostatis yang meningkat seiring dengan kedalaman.

B. Rumus Tekanan dan Tekanan Hidrostatis

1. Konsep 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 Nomor 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 tekanan Nomor 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 tekanan Nomor 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.

2. 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

Dimana,

ρ = massa jenis zat cair/zat alir
g = percepatan gravitasi bumi (g = 10 m/s² atau 10 m/s²)
h = jarak dari benda ke permukaan zat cair secara tegak lurus (m)

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.

C. Penerapan Tekanan Hidrostatis dalam Kehidupan Sehari-hari

Konsep tekanan hidrostatis banyak digunakan dalam berbagai bidang:

1. Desain Bendungan dan Waduk: Bagian bawah bendungan harus lebih kuat karena tekanan air lebih tinggi di bagian yang lebih dalam.
2. Penyelaman dan Kedokteran: Penyelam harus menyesuaikan diri dengan tekanan hidrostatis saat turun ke kedalaman tertentu. Dalam dunia medis, tekanan cairan infus juga di atur dengan prinsip ini.
3. Tangki Air dan Pipa: Posisi pipa air di atur berdasarkan tekanan air untuk memastikan distribusi yang merata.
4. Alat Ukur Tekanan: Alat seperti manometer dan barometer bekerja berdasarkan prinsip tekanan hidrostatis.

D. Langkah-langkah Penyelesaian Soal Tekanan Hidrostatis

Untuk menyelesaikan soal tekanan hidrostatis, ikuti langkah-langkah berikut:

1. Identifikasi data yang di berikan:
   • Massa jenis zat cair (ρ)
   • Kedalaman (h)
   • Percepatan gravitasi bumi(g)
2. Gunakan rumus tekanan hidrostatis: P=ρ⋅g⋅h
3. Substitusikan nilai-nilai ke dalam rumus.
4. Hitung dengan benar dan pastikan satuan sesuai.

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

E. Kumpulan Contoh Soal Tekanan Hidrostatis dan Pembahasannya

Berikut kami berikan kumpulan contoh soal tekanan hidrostatis berserta pembahasannya!

Contoh Soal Tekanan Hidrostatis Nomor 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?

Penyelesaian

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 Nomor 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!

Penyelesaian:

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

Contoh Soal Tekanan Hidrostatis Nomor 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!

Penyelesaian

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 Nomor 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

Contoh Soal Tekanan Hidrostatis Nomor 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?

Penyelesaian:

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 Nomor 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.

Contoh Soal Tekanan Hidrostatis Nomor 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.

Penyelesaian:

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 bernar.

👉 Tertarik mempelajari lebih lanjut tentang tekanan dalam fluida?
Baca juga: Contoh Soal dan Pembahasan Hukum Pascal dalam Kehidupan Sehari-hari

Kesimpulan

Pemahaman tentang tekanan hidrostatis merupakan fondasi penting dalam mempelajari konsep-konsep fisika yang berkaitan dengan zat cair. Dengan memahami rumus dan prinsip dasar tekanan hidrostatis, siswa dapat lebih mudah menyelesaikan berbagai soal fisika, terutama yang berkaitan dengan tekanan, kedalaman, dan massa jenis zat cair.

Lebih dari itu, tekanan hidrostatis memiliki penerapan luas dalam kehidupan nyata—mulai dari rekayasa bangunan bendungan, sistem pipa, hingga alat kedokteran. Oleh karena itu, menguasai konsep ini bukan hanya bermanfaat dalam konteks akademik, tetapi juga penting untuk pengembangan logika ilmiah dan pemecahan masalah di dunia nyata.

Dengan pembelajaran yang tepat, siswa akan mampu memahami hubungan antara kedalaman dan tekanan, serta menerapkannya dalam menyelesaikan contoh soal fisika secara sistematis dan logis.

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