Contoh Soal Tekanan Zat Cair: Fisika Mudah!

by ADMIN 44 views
Iklan Headers

Tekanan zat cair, atau yang sering disebut juga tekanan hidrostatik, adalah salah satu konsep penting dalam fisika yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya, saat kita berenang di kolam, semakin dalam kita menyelam, semakin besar tekanan yang kita rasakan. Nah, untuk lebih memahami konsep ini, yuk kita bahas beberapa contoh soal tekanan zat cair beserta pembahasannya!

Konsep Dasar Tekanan Zat Cair

Sebelum masuk ke contoh soal, ada baiknya kita ingat-ingat dulu konsep dasarnya ya, guys! Tekanan hidrostatik (P) didefinisikan sebagai gaya (F) yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan dibagi dengan luas permukaan (A) tersebut. Tapi, dalam zat cair, tekanan juga dipengaruhi oleh kedalaman, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi.

Secara matematis, tekanan hidrostatik dirumuskan sebagai berikut:

P = ρgh

Dimana:

  • P = Tekanan hidrostatik (Pascal atau N/m²)
  • ρ = Massa jenis zat cair (kg/m³)
  • g = Percepatan gravitasi (m/s²), biasanya 9.8 m/s² atau dibulatkan menjadi 10 m/s²
  • h = Kedalaman zat cair (m)

Penting untuk diingat: Kedalaman (h) diukur dari permukaan zat cair hingga titik yang diukur tekanannya, ya!

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1

Perhatikan gambar posisi ikan yang berada dalam akuarium seperti gambar di bawah ini!

[Diagram ikan dalam akuarium]

Diketahui:

  • Kedalaman total akuarium = 14 cm
  • Posisi ikan dari dasar akuarium = 4 cm
  • Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m³
  • Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Tentukan tekanan hidrostatik yang dialami ikan!

Pembahasan:

  • Langkah 1: Cari kedalaman ikan (h). Ingat, kedalaman diukur dari permukaan air! Jadi, h = 14 cm - 4 cm = 10 cm = 0.1 m (Jangan lupa ubah ke meter!)
  • Langkah 2: Gunakan rumus tekanan hidrostatik. P = ρgh = (1000 kg/m³)(10 m/s²)(0.1 m) = 1000 Pascal

Jadi, tekanan hidrostatik yang dialami ikan adalah 1000 Pascal.

Soal 2

Sebuah bejana diisi dengan air setinggi 80 cm. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan tekanan hidrostatis pada dasar bejana!

Pembahasan:

  • Diketahui:
    • h = 80 cm = 0.8 m
    • ρ = 1000 kg/m³
    • g = 10 m/s²
  • Ditanya: P
  • Penyelesaian:
    • P = ρgh = (1000 kg/m³)(10 m/s²)(0.8 m) = 8000 Pascal

Jadi, tekanan hidrostatis pada dasar bejana adalah 8000 Pascal.

Soal 3

Seorang penyelam berada pada kedalaman 20 meter di bawah permukaan laut. Jika massa jenis air laut 1025 kg/m³ dan percepatan gravitasi 9.8 m/s², hitunglah tekanan hidrostatis yang dialami penyelam tersebut!

Pembahasan:

  • Diketahui:
    • h = 20 m
    • ρ = 1025 kg/m³
    • g = 9.8 m/s²
  • Ditanya: P
  • Penyelesaian:
    • P = ρgh = (1025 kg/m³)(9.8 m/s²)(20 m) = 200900 Pascal

Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami penyelam adalah 200900 Pascal.

Soal 4

Dua buah bejana berhubungan diisi dengan air. Bejana pertama memiliki penampang dengan luas 10 cm², sedangkan bejana kedua memiliki penampang dengan luas 40 cm². Jika pada bejana pertama diberi gaya 50 N, berapakah gaya yang dihasilkan pada bejana kedua?

Pembahasan:

Soal ini berkaitan dengan hukum Pascal, yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah. Secara matematis, hukum Pascal dapat ditulis:

P1 = P2

Karena tekanan adalah gaya dibagi luas, maka:

F1/A1 = F2/A2

Dimana:

  • F1 = Gaya pada bejana pertama

  • A1 = Luas penampang bejana pertama

  • F2 = Gaya pada bejana kedua

  • A2 = Luas penampang bejana kedua

  • Diketahui:

    • F1 = 50 N
    • A1 = 10 cm²
    • A2 = 40 cm²

  • Ditanya: F2

  • Penyelesaian:

    • F1/A1 = F2/A2
    • 50 N / 10 cm² = F2 / 40 cm²
    • F2 = (50 N * 40 cm²) / 10 cm² = 200 N

Jadi, gaya yang dihasilkan pada bejana kedua adalah 200 N.

Soal 5

Sebuah benda memiliki berat 20 N ketika di udara. Ketika benda tersebut dicelupkan seluruhnya ke dalam air, beratnya menjadi 15 N. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi 10 m/s², hitunglah volume benda tersebut!

Pembahasan:

Soal ini berkaitan dengan hukum Archimedes, yang menyatakan bahwa benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Gaya apung (Fa) dapat dihitung dengan rumus:

Fa = ρgV

Dimana:

  • ρ = Massa jenis zat cair
  • g = Percepatan gravitasi
  • V = Volume zat cair yang dipindahkan (sama dengan volume benda yang tercelup)

Dalam soal ini, gaya apung sama dengan selisih berat benda di udara dan berat benda di dalam air:

Fa = Berat di udara - Berat di air = 20 N - 15 N = 5 N

  • Diketahui:
    • Fa = 5 N
    • ρ = 1000 kg/m³
    • g = 10 m/s²
  • Ditanya: V
  • Penyelesaian:
    • Fa = ρgV
    • 5 N = (1000 kg/m³)(10 m/s²)V
    • V = 5 N / (1000 kg/m³ * 10 m/s²) = 0.0005 m³

Jadi, volume benda tersebut adalah 0.0005 m³ atau 500 cm³.

Tips dan Trik Mengerjakan Soal Tekanan Zat Cair

  • Pahami konsep dasar: Kuasai rumus tekanan hidrostatik dan hukum-hukum terkait (Pascal dan Archimedes).
  • Perhatikan satuan: Pastikan semua satuan sudah dalam sistem SI (meter, kilogram, sekon) sebelum menghitung.
  • Gambarkan ilustrasi: Jika soal berbentuk cerita, coba gambarkan situasinya untuk mempermudah pemahaman.
  • Latihan soal: Semakin banyak latihan, semakin terbiasa dengan berbagai tipe soal.

Kesimpulan

Itulah beberapa contoh soal tekanan zat cair beserta pembahasannya. Semoga dengan memahami konsep dan latihan soal, kalian jadi lebih jago dalam mengerjakan soal-soal fisika, ya! Jangan lupa, fisika itu seru dan banyak manfaatnya dalam kehidupan sehari-hari. Semangat belajar, guys!