Brilio.net - Saat melakukan aktivitas berenang atau menyelam di laut, pastinya paham bagaimana sulitnya agar bisa sampai titik kedalaman tertentu. Tentunya tak akan sama dengan berenang di permukaan, berenang di kedalaman tertentu yang lebih dalam memerlukan tenaga yang sangat besar.
Hal tersebut dapat terjadi karena adanya tekanan hidrostatis di kedalaman yang lebih kuat apabila dibandingkan dengan tekanan di permukaan air. Tekanan hidrostatis merupakan jenis tekanan yang diberikan air pada benda apapun yang berada di dalamnya. Jadi, tekanan hidrostatis terhadap sebuah benda akan bertambah seiring dengan bertambahnya kedalaman benda tersebut.
BACA JUGA :
Rumus gaya normal, pahami pengertian, contoh soal dan cara mengerjakannya
foto: pixabay.com
Maka dari itulah, ketika berenang atau menyelam di permukaan dangkal akan terasa lebih mudah apabila dibandingkan dengan menyelam di kedalaman tertentu. Karena semakin banyak volume air yang ada di atas maka semakin besar pula tekanan yang diberikan dari air pada tubuh.
BACA JUGA :
Rumus bidang miring dalam fisika, pahami konsep dasar, contoh soal, dan cara pengerjaannya
Dalam materi tekanan hidrostatis, terdapat satu rumus yang akan selalu digunakan yakni sebagai berikut:
P = .g.h
- P = Tekanan Hidrostatis (N/m2 atau Pa) >> 1 atm = 1 Pa
- = Massa jenis (km/m3)
- g = Gaya gravitasi (m/s2)
- h = Kedalaman (m)
Tekanan hidrostatis pada titik kedalaman berapa pun tak akan terpengaruh oleh berat air, bentuk bejana air, ataupun luasan permukaan air. Tekanan hidrostatis menekan ke seluruh arah. Satuan tekanan yakni newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa). Rumus tekanan hidrostatis diformulasikan dengan:
P = .g.h
- P = tekanan hidrostatis
- = massa jenis cairan
- g = percepatan gravitasi
- h = kedalaman
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tekanan Hidrostatis
1. Massa jenis zat cair
Apabila massa jenis dari suatu zat cair semakin besar massa jenis, maka akan semakin besar juga tekanan hidrostatisnya. Misalnya, ada tiga jenis zat cair, yakni air, minyak, dan juga larutan garam yang dimasukkan ke dalam tiga kaleng yang terpisah. Saat kita menunjuk titik dengan kedalaman yang sama pada tiap-tiap cairan, maka efeknya akan berbeda-beda. Tekanan hidrostatis yang dimiliki oleh larutan garam akan lebih besar dibandingkan dengan air biasa. Sementara, tekanan hidrostatis dari air biasa akan lebih besar apabila dibandingkan dengan minyak.
2. Kedalaman zat cair (h)
Kedalaman zat cair juga menjadi pengaruh bagi tekanan hidrostatis pada zat cair. Semakin jauh jarak suatu titik dalam zat cair dari permukaannya, maka akan semakin kuat pula tekanan hidrostatisnya. Maksudnya, tekanan hidrostatis akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman titik dari suatu zat cair.
Misalnya, pada sebuah kaleng diberi tiga lubang dengan posisi ketinggiannya yang berbeda-beda. Jarak pancaran air pada titik atau lubang yang paling bawah akan lebih jauh apabila dibandingkan dengan titik yang berada di atasnya. Hal tersebut dikarenakan lubang yang terletak di paling bawah akan mengalami tekanan hidrostatis yang paling besar dibandingkan dengan dua titik lain yang berada di atasnya.
3. Percepatan gravitasi (g)
Percepatan gravitasi juga bisa memberikan pengaruh pada tekanan hidrostatis yang berada di zat cair. Percepatan gravitasi yang dikombinasikan dengan massa jenis zat cair, akan menghasilkan besaran berat zat cair (S).
Penerapan Tekanan Hidrostatis dalam Kehidupan Sehari-hari
Ada banyak sekali contoh dari tekanan hidrostatis yang sering dilakukan dalam kegiatan sehari-hari. Antara lain:
1. Saat menyelam di kolam atau laut, maka akan merasakan tekanan hidrostatis yang semakin besar jika menyelam semakin dalam.
2. Dasar bendungan pada bagian dasar akan semakin tebal guna untuk menahan tekanan zat cair yang semakin ke bawah semakin kuat.
3. Dalam pemasangan infus, apabila semakin tinggi posisi botol infus, maka akan semakin besar tekanan yang terjadi. Hal ini memudahkan cairan infus untuk lebih mudah masuk ke dalam aliran darah.
Sifat-sifat Tekanan Hidrostatis
Dibawah ini merupakan sifat dari tekanan hidrostatis:
- Tekanan hidrostatik akan bergantung pada kedalaman cairan.
- Tekanan zat cair ke segala arah besarnya sama.
- Pada kedalaman yang sama, jumlah tekanannya juga sama.
- Hidrostatis akan sangat memiliki ketergantungan pada gravitasi.
- Tekanan hidrostatik tak akan bergantung pada bentuk tempat.
- Kemudian tekanan hidrostatik juga akan bergantung menyesuaikan pada massa jenis zat cair.
Untuk mengetahui lebih lanjut, berikut contoh soal tekanan hidrostatis beserta jawaban dan pembahasannya. Semua telah dirangkum brilio.net dari berbagai sumber pada Kamis (1/2).
Contoh soal 1
Seorang penyelam menyelam dengan kedalaman 3 m, massa jenis air 1.000 kg/m, dan konstanta gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 n/kg. Besar tekanan hidrostatisnya adalah ... n/m
Jawab:
Kedalaman = h = 3m
Massa jenis air = = 1.000 kg/m
Percepatan gravitasi = g = 10 N/kg
P = ghP = 1.000 x 10 x 3
P = 30.000
Jadi, tekanan hidrostatis yang dirasakan penyelam tersebut adalah sebesar 30.000 Pascal (Pa).
Contoh soal 2
Seorang penyelam berada di kedalaman 10 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis air adalah 1.000 kg/m3, dengan gravitasinya 10 m/s2. Maka, tekanan hidrostatis yang dialami ikan sebesar ...
Jawab:
Ph = .g.h
= 1.000 kg/m3 . 10 m/s . 10 m
= 10^5 Pa.
Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami ikan adalah 10^5 Pa.
Contoh soal 3
Seekor kura-kura sedang berenang di akuarium. Kura-kura tersebut sedang berada pada posisi 50 cm dari permukaan akuarium. Maka berapakah jumlah tekanan hidrostatis yang diterima oleh kura-kura tersebut? Apabila massa jenis air=1000 kg/m3 dan dengan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2)
Jawab:
h = 50 cm
= 0,5 m
= 1000 kg/m3, g = 10 m/s2
Ph = .g.h
Ph = 1000 x 10 x 0,5
Ph = 5000 Pa.
Jadi, Jadi tekanan hidrostatis yang diterima oleh kura-kura adalah 5000 pascal.
Contoh soal 4
Pada sebuah botol apabila diisi dengan menggunakan air hingga dengan ketinggian 50 cm pada dasar botol. Apabila botol dilubangi 10 cm dari dasarnya, maka tentukanlah tekanan hidrostatis pada lubang apabila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan massa jenis air 1000 kg/m3!
Jawab:
ph = . g . hp
h = 1000 kg/m3 . 10 m/s2 . 0,4 m
ph = 4.000 N/m2
Jadi, tekanan hidrostatis pada lubang apabila percepatan gravitasi bumi adalah 4.000 N/m2.
Contoh soal 5
Sebuah bejana berhubungan diisi dengan air dan minyak. Apabila massa jenis air mempunyai 1 g/cm3 sedangkan massa minyak 0,8 g/cm3. Apabila tinggi permukaan air dari batas minyak 10 cm, maka hitunglah tinggi permukaan minyak tersebut ...
Jawab:
p_air = p_minyak
air . g . h_air = minyak . g . h_minyak
1 g/cm3 . 10 cm = 0,8 g/cm3 . h_minyak
h_minyak = 10 cm/0,8 = 12,5 cm
Jadi, tinggi permukaan minyak tersebut adalah 12,5 cm.
Contoh soal 6
Pada sebuah bola kecil yang tercelup oleh zat cair yang mempunyai massa jenis 100 kg/m3 dengan tekanan hidrostatis 100 N/m3. Percepatan gravitasi bumi yakni 10 m/s2. Maka di kedalaman berapakah bola tersebut jatuh?
Jawab:
ph = . g . h100 N/m2 = 100 kg/m3 . 10 m/s2 . h
h = 1 m3/10 m2
h = 0,1 m
Jadi, bola tersebut jatuh pada kedalaman 0,1 m.
Contoh soal 7
Dari dalam dasar kolam air terdeteksi menggunakan alat pengukur tekanan hidrostatis menunjukkan angka 50.000 pascal. Maka berapakah kedalaman dari kolam air tersebut?
Jawab:
ph = . g . h
50.000 = 1000 . 10 . h
h = 5 m
Jadi, kedalaman dari kolam air tersebut adalah 5m.
Contoh soal 8
Sebuah bak mandi berbentuk persegi panjang memiliki panjang 2 m, lebar 1 m, dan tinggi 0,5 m. Bak air tersebut berisi 50 liter air. Jika g = 10 ms, tentukan tekanan hidrostatis pada dasar bak.
Jawab:
Luas alas = panjang x lebar
A = 2 m x 1 m = 2 m
V = 50 liter = 0,50 m
h = V : A = 0,50 m : 2 m = 0,25 m
P = h x p x g = 0,25 m x 10 kg m x 10 ms
P = 250 pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada dasar bak adalah 250 pa.
Contoh soal 9
Pada botol apabila diisi oleh air hingga dengan ketinggian 50 cm Pada dasar botol. Jika botol dilubangi 10 cm dari dasarnya, maka tentukan tekanan hidrostatis pada lubang jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan massa jenis air 1000 kg/m3!
Jawab:
ph = . g . hp
h = 1000 kg/m . 10 m/s . 0,4 mp
h = 4.000 N/m
Jadi, tekanan hidrostatis pada lubang adalah 4.000 N/m.
Contoh soal 10
Pada sebuah kelereng yang tercelup oleh zat cair yang mempunyai massa jenis 100 kg/m3 dengan tekanan hidrostatis 100 N/m3. Percepatan gravitasi bumi ialah 10 m/s2. Maka di kedalam berapa kelereng tersebut jatuh?
Jawab:
ph = . g . h
100 N/m = 100 kg/m . 10 m/s . h
h = 1 m/10 m
h = 0,1 m
Jadi, kelereng tersebut jatuh pada kedalaman 0,1 m.
Contoh soal 11
Hitunglah tekanan hidrostatis yang dialami penyelam yang berada pada kedalaman 100 m dengan masa jenis air laut 1.025 kg/m3dan gravitasi bumi 10 m/s2!
Jawab:
P = . g . h
P = 1.025 10 100
P = 1.025.000
P = 1.025 106 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami oleh penyelam adalah sebesar 1.025 106 Pa.
foto: freepik.com
Contoh soal 12
Sebuah bejana berbentuk tabung dengan diameter 20 cm berisi air setinggi 1 m. Jika massa jenis air 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada dasar bejana?
Penyelesaian:
- = 1.000 kg/m
- h = 1 m
- g = 10 m/s
- r = 0,1 m
- A = r = 3,14 x (0,1) = 0,0314 m
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
P = 1.000 x 10 x 1
P = 10.000 Pa
Jadi, tekanan hidrolistik pada dasar bejana adalah 10.000 Pa
Contoh soal 13
Sebuah balok kayu dengan massa 50 kg dan volume 0,1 m direndam dalam air. Jika massa jenis air 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada permukaan atas dan bawah balok kayu?
Penyelesaian:
- m = 50 kg
- V = 0,1 m
- = 1.000 kg/m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Rumus massa jenis:
= m/V
Massa jenis balok kayu:
= 50/0,1
= 500 kg/m
Ketinggian balok kayu:
h = V/A
h = 0,1/A
Asumsikan luas permukaan balok kayu adalah 0,5 m, maka:
h = 0,1/0,5
h = 0,2 m
Tekanan hidrostatis pada permukaan atas balok kayu:
P = gh
P = 1.000 x 10 x 0,2
P = 2.000 Pa
Tekanan hidrostatis pada permukaan bawah balok kayu:
P = gh
P = (1.000 + 500) x 10 x 0,2
P = 3.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada permukaan atas dan bawah balok kayu adalah 2.000 Pa dan 3.000 Pa
Contoh soal 14
Sebuah tabung berisi minyak dengan massa jenis 800 kg/m dan tinggi 2 m. Di atas minyak terdapat lapisan air dengan massa jenis 1.000 kg/m dan tinggi 1 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada dasar tabung?
Penyelesaian:
- 1 = 800 kg/m
- h1 = 2 m
- 2 = 1.000 kg/m
- h2 = 1 m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada dasar tabung:
P = (1h1 + 2h2)g
P = (800 x 2 + 1.000 x 1) x 10
P = (1.600 + 1.000) x 10
P = 26.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada dasar tabung ialah 26.000 Pa
Contoh soal 15
Sebuah kolam renang berbentuk persegi panjang dengan panjang 10 m, lebar 5 m, dan kedalaman 2 m. Jika massa jenis air 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi 10 m/s, berapa gaya yang diberikan air pada dinding kolam renang?
Penyelesaian:
- p = 10 m
- l = 5 m
- h = 2 m
- = 1.000 kg/m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Rumus gaya:
F = PA
Gaya pada dinding kolam renang yang sejajar dengan panjang:
F = PA
F = ghA
F = 1.000 x 10 x 2 x (5 x 2)
F = 200.000 N
Gaya pada dinding kolam renang yang sejajar dengan lebar:
F = PA
F = ghA
F = 1.000 x 10 x 2 x (10 x 2)
F = 400.000 N
Jadi, gaya yang diberikan air pada dinding kolam renang adalah 200.000 N dan 400.000 N
Contoh soal 16
Sebuah pipa berbentuk kerucut memiliki jari-jari alas 10 cm dan tinggi 20 cm. Pipa tersebut diisi dengan air. Massa jenis air adalah 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s. Berapakah tekanan hidrostatis di dasar pipa?
Penyelesaian:
Luas alas pipa adalah:
A = r
A = * (5/100 m)
A = 0.0785 m
Tekanan hidrostatis di dasar pipa adalah:
P = gh
P = 1.000 kg/m * 10 m/s * 0.0785 m
P = 78.5 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis di dasar pipa adalah 78.5 Pa.
Contoh soal 17
Sebuah tabung berisi air dengan massa jenis 1.000 kg/m dan tinggi 1 m. Di atas air terdapat lapisan minyak dengan massa jenis 800 kg/m dan tinggi 0,5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan minyak?
Penyelesaian:
- 1 = 800 kg/m
- h1 = 0,5 m
- 2 = 1.000 kg/m
- h2 = 1 m
- g = 10 m/s
- h3 = 0,2 m
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan minyak:
P = (1h1 + 2h3)g
P = (800 x 0,5 + 1.000 x 0,2) x 10
P = (400 + 200) x 10
P = 6.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan minyak 6.000 Pa
Contoh soal 18
Sebuah bejana berbentuk kubus dengan sisi 1 m berisi air setinggi 0,8 m. Jika massa jenis air 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik tengah dasar bejana?
Penyelesaian:
- s = 1 m
- h = 0,8 m
- = 1.000 kg/m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik tengah dasar bejana:
P = 1.000 x 10 x 0,8
P = 8.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik tengah dasar bejana adalah 8.000 Pa
Contoh soal 19
Sebuah tabung berisi air dengan massa jenis 1.000 kg/m dan tinggi 2 m. Di dalam tabung terdapat sebuah bola besi dengan massa jenis 7.800 kg/m, jari-jari 0,1 m, dan berada pada kedalaman 1 m dari permukaan air. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik tengah bola besi?
Penyelesaian:
- 1 = 1.000 kg/m
- h1 = 2 m
- 2 = 7.800 kg/m
- r = 0,1 m
- h2 = 1 m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik tengah bola besi:
P = (1h1 + 2h2)g
P = (1.000 x 2 + 7.800 x 1) x 10
P = (2.000 + 7.800) x 10
P = 98.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik tengah bola besi 98.000 Pa
Contoh soal 20
Sebuah bejana berbentuk kerucut terbalik dengan jari-jari 20 cm dan tinggi 40 cm berisi air setinggi 30 cm. Jika massa jenis air 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik paling dalam bejana?
Penyelesaian:
- r = 0,2 m
- h = 0,4 m
- h1 = 0,3 m
- = 1.000 kg/m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Rumus luas permukaan alas kerucut:
A = r
Rumus volume kerucut:
V = 1/3 Ah
Volume air dalam bejana:
V = 1/3 Ah1
V = 1/3 x 3,14 x (0,2) x 0,3
V = 0,01256 m
Massa air dalam bejana:
m = V
m = 1.000 x 0,01256
m = 12,56 kg
Tekanan hidrostatis pada titik paling dalam bejana:
P = gh
P = 1.000 x 10 x 0,3
P = 3.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik paling dalam bejana 3.000 Pa
Contoh soal 21
Sebuah tabung berisi air dengan massa jenis 1.000 kg/m dan tinggi 1 m. Di atas air terdapat lapisan minyak dengan massa jenis 800 kg/m dan tinggi 0,5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan minyak?
Penyelesaian:
- 1 = 800 kg/m
- h1 = 0,5 m
- 2 = 1.000 kg/m
- h2 = 1 m
- g = 10 m/s
- h3 = 0,2 m
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan minyak:
P = (1h1 + 2h3)g
P = (800 x 0,5 + 1.000 x 0,2) x 10
P = (400 + 200) x 10
P = 6.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan minyak adalah 6.000 Pa
Contoh soal 22
Sebuah bejana berbentuk kubus dengan sisi 1 m berisi air setinggi 0,8 m. Jika massa jenis air 1.000 kg/m dan percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik tengah dasar bejana?
Penyelesaian:
- s = 1 m
- h = 0,8 m
- = 1.000 kg/m
- g = 10 m/s
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik tengah dasar bejana:
P = 1.000 x 10 x 0,8
P = 8.000 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik tengah dasar bejana adalah 8.000 Pa
Contoh soal 23
Sebuah tabung berisi air dengan massa jenis 1.000 kg/m dan tinggi 2 m. Di atas air terdapat lapisan es dengan massa jenis 900 kg/m dan tinggi 0,5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan es?
Penyelesaian:
- 1 = 900 kg/m
- h1 = 0,5 m
- 2 = 1.000 kg/m
- h2 = 2 m
- g = 10 m/s
- h3 = 0,2 m
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan es:
P = (1h1 + 2h3)g
P = (900 x 0,5 + 1.000 x 0,2) x 10
P = (450 + 200) x 10
P = 6.500 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan es adalah 6.500 Pa
Contoh soal 24
Sebuah kapal selam berada di kedalaman 100 meter di bawah permukaan laut. Massa jenis air laut adalah 1.025 kg/m dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s. Berapakah tekanan hidrostatis di dalam kapal selam tersebut?
Penyelesaian:
Tekanan hidrostatis di kedalaman 100 meter adalah:
P = gh
P = 1.025 kg/m * 10 m/s * 100 m
P = 102.500 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis di dalam kapal selam tersebut adalah 102.500 Pa.
Contoh soal 25
Sebuah tabung berisi air dengan massa jenis 1.000 kg/m dan tinggi 1 m. Di atas air terdapat lapisan udara dengan massa jenis 1,2 kg/m dan tinggi 0,5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, berapa tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan udara?
Penyelesaian:
- 1 = 1,2 kg/m
- h1 = 0,5 m
- 2 = 1.000 kg/m
- h2 = 1 m
- g = 10 m/s
- h3 = 0,2 m
Rumus tekanan hidrostatis:
P = gh
Tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan udara:
P = (1h1 + 2h3)g
P = (1,2 x 0,5 + 1.000 x 0,2) x 10
P = (0,6 + 200) x 10
P = 2.006 Pa
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik yang berjarak 0,2 m dari permukaan udara ialah 2.006 Pa