Contoh Soal Tekanan Hidrostatis

HermanAnis.com. Teman-teman semua, pada tulisan kali ini kita akan membahas satu contoh soal dalam Seri Fisika Dasar, yakni Contoh Soal Tekanan Hidrostatis. Tulisan ini bertujuan untuk membantu teman-teman dalam memahami konsep dan penerapan hukum archimedes melalui contoh soal tekanan hidrostatis yang telah dilengkapi jawaban beserta pembahasannya.

Catatan buat pembaca:
Pada setiap tulisan dalam www.hermananis.com, tulisan yang berawalan “di” sengaja dipisahkan dengan kata dasarnya, hal ini sebagai penciri dari website/laman ini.

Baca juga: Contoh Soal Hukum Pascal

A. Fluida Statis

Fluida merupakan salah satu jenis zat yang dapat mengalir. Bentuk Fluida cederung tidak tetap, bentuknya bergantung pada wadah atau penampungan tempat zat tersebut berada.

Pembahasan fluida di bagi menjdai 2 yaitu:

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

B. Sifat Zat Cair

• 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

C. Massa Jenis

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

Baca Juga: Contoh Soal Hukum Archimedes

D. Rumus Tekanan Hidrostatis

Tekanan didefinisikan 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 dirasakan oleh perenang atau penyelam yang merasakan adanya tekanan seluruh badan, karena fluida memberikan tekanan ke segala arah.

Besarnya 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.

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

E. Contoh Soal Tekanan Hidrostatis

1. 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

2. Contoh Soal Tekanan Hidrostatis 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

3. 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)

4. Contoh Soal Tekanan Hidrostatis 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

Baca Juga: Contoh Soal Rangkaian Campuran

5. 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

Demikian, mudah-mudahan bermanfaat.