LAPORAN EKSPERIMEN FISIKA I TEKANAN FLUIDA DAN HUKUM PASCAL (FL 2 )

Transkripsi

1 LAPORAN EKSPERIMEN FISIKA I TEKANAN FLUIDA DAN HUKUM PASCAL (FL 2 ) OLEH SANDY RADJAH FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK UNIVERSITAS NUSA CENDANA KUPANG 2014

2 A. Judul Percobaan : TEKANAN FLUIDA DAN HUKUM PASCAL B. Tujuan Percobaan : Memahami prinsip tekanan dan mengukur tekanan pada tabung silinder Menguji Hukum Pascal dalam terapan tekanan fluida C. Dasar Teori PENGERTIAN FLUIDA Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain (Lohat, 2008). Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari (Lohat, 2008). Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak). Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika fluida ketika sedang dalam keadaan bergerak) (Kanginan, 2007).

3 Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam (Kanginan, 2007). Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan (Resnick, 1985). Setiap fluida selalu memberikan tekanan pada semua benda yang bersentuhan dengannya. Air yang dimasukan ke dalam gelas akan memberikan tekanan pada dinding gelas. Demikian juga seseorang yang mandi dalam kolam renang atau air laut, air kolam atau air laut tersebut juga memberikan tekanan pada seluruh tubuh orang tersebut (Lohat, 2008). Tekanan total air pada kedalaman tertentu, misalnya tekanan air laut pada kedalaman 200 meter merupakan jumlah tekanan atmosfer yang menekan permukaan air laut dan tekanan terukur pada kedalaman 200 meter. Jadi, selain lapisan bagian atas air menekan lapisan air yang ada di bawahnya, terdapat juga atmosfer (udara) yang menekan permukaan air laut tersebut (Lohat, 2008). Tekanan yang ditimbulkan oleh lapisan fluida yang ada di atas dapat dikatakan sebagai tekanan dalam karena tekanan yang digunakan itu sendiri berasal dari dalam fluida sedangkan tekanan atmosfer dapat kita katakan tekanan luar karena atmosfer terpisah dari fluida. Tekanan atmosfer (dalam kasus ini merupakan tekanan luar) bekerja pada seluruh permukaan fluida dan tekanan tersebut disalurkan pada seluruh bagian fluida. Oleh karena itu, tekanan total fluida pada kedalaman tertentu selain disebabkan oleh tekanan lapisan fluida pada bagian atas, juga dipengaruhi oleh tekanan luar (Lohat, 2008). Atmosfir merupakan lapisan uadara yang mengelilingi bumi.lapisan udara tetap berada di atas permukaan bumi, karena adanya gaya gravitasi yang cukup besar. Tekanan atmosfir berbeda beda untuk tiap lapisan, semakin bertambah ketinggian, semakin berkurang tekanan atmosfirnya. Pada permukaan laut, rata rata tekanan atmosfir adalah x 10 atau 14,7 atau disebut 1 atm.satuan tekanan lain yang kadng- kadang digunakan adalah

4 Bar,yang didefnisikan sebagai 1 Bar= 1,00 x10 = 100 kpa. Dengan demikian tekanan standar atmosfer sedikitlebih besar dari 1 Bar. Tekanan di dalam zat cair yang diam disebut tekanan hidrostik. Tinjau sebuah tabung yang luas penampang alasnya A berisi zat cair sedalam h, seperti gambar di bawah ini. V=Ah (1) Jika massa jenis cairan =ρ, massa zat cair h M= ρv=ρah (2) Berat didapatkan : W = mg (3) W =ρhag (4) gambar 1 Gaya yang bekerja di dasar tabung adalah gaya berat zat cair ( W) sehingga diperoleh: P = F/A= W/A = mg/a P = ρ.a.h. g/a Sehingga tekanan hidrostatik didapatkan: Ph = ρgh Dimana ρ=massa jenis zat, h=kedalaman zat, g = konstanta gravitasi Persamaan (4) menunjukan bhwa besarnya tekanan di suatu titik di dalam zat cair yang diam, sebanding dengan kedalaman titik itu.arah tekanan yang ditimbulkan oleh zat cair itu senantiasa tegak lurus terhadap bidang yang ditinjau dan tekanan hidrostatik menekan ke segala arah.

5 HUKUM PASCAL Hukum pascal menyatakan tekanan yang dikerjakan pada suatu zat cair di ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Untuk tabung Pascal seperti gambar 2, berlaku: = gambar 2 Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar (Kanginan, 2007). Prinsi inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik (Azizah & Rokhim, 2007). Blaise Pascal ( ) adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli Pada usia 18 tahun, ia menciptakan kalkulator digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan melakukan eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang dideritanya. Ia menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya bermain-main dengan air (Kanginan, 2007) D. Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah: 3 beban dengan massa masing masing 50gr, 100gr dan 200 gr. 2 pompa hidrolik 2 statif 2 pengapit 1 set selang

6 E. Prosedur Percobaan 1) Perangkat di susun seperti gambar A C B 2) Beban diletakan di atas salah satu pompa hidrolik kemudian ditimbang 3) Perubahan pada kedua pompa hidolik dicatat 4) Langkah 2 dan 3 diulang sebanyak 5 kali untuk setiap kali variasi beban 5) Perbandingan tekanan pada setiap variasi beban dihitung berdasarkan hokum Pascal

7 F. Data Percobaan Data percobaan yang diperoleh dalam eksperimen ini adalah sebagai berikut: Tabel Data NO. TEKANAN KETINGGIAN BEBAN pada MASSA 50 gr KETINGGIAN pada BEBAN MASSA 100 gr KETINGGIAN pada BEBAN MASSA 200 gr G. Evaluasi Percobaan 1. Rumus jadi Rumus jadi yang digunakan dalam perhitungan adalah sebagai berikut : Keterangan : Ph = tekanan hidrostatika (N.m -2 ) g = percepatan gravitasi ( m.s -2 ), h besarnya biasa 10 m.s -2 atau 9,8 m.s -2 = ketinggian (m) =.. h

8 2. Hasil perhitungan Hasil yang didapat dari terhitungan menggunakan data percobaan dan rumus jadi adalah sebagai berikut : NO. Tekanan Hidrostika untuk beban 50 gram (Pa) Tekanan untuk beban 100 gram (Pa) Tekanan untuk beban 200 gram (Pa) Ralat Rumus ralat yang digunakan adalah: = Untuk beban 50 gram = = 0,17 cm

9 = ( ) 15(15 1) = 0,41 cm = (Ph 1 +Ph 2 +Ph 3 +Ph 4 +Ph 5 +Ph 6 +Ph 7 +Ph 8 +Ph 9 +Ph10+Ph11+Ph 12 +Ph 13 +Ph 14 +Ph 15 ) 15 = (0,096)Pa 15 = 0,0064 Pa Ralat fraksionalnya = =,, 0,0064 Pa = 0,015 Pa Jadi, hasil perhitungan untuk beban 50 gram adalah : ( ± ) = ( 0,0064 ± 0,0150 ) Untuk beban 100 gram = = 0,28 = ( ) ( ) = 0,55 cm = (Ph 1 +Ph 2 +Ph 3 +Ph 4 +Ph 5 +Ph 6 +Ph 7 +Ph 8 +Ph 9 +Ph10+Ph11+Ph 12 +Ph 13 +Ph 14 +Ph 15 ) 15 = (4,009)Pa 15 = 0,267 Pa

10 Ralat fraksionalnya = =,, 0,267 Pa = 0,524 Pa Jadi, hasil perhitungan untuk beban 100 gram adalah: ( ± ) = ( 0,267 ± 0,524 ) Untuk beban 200 gram = = 0,16 cm = ( ) 15(15 1) = 0,51 cm = (Ph 1 +Ph 2 +Ph 3 +Ph 4 +Ph 5 +Ph 6 +Ph 7 +Ph 8 +Ph 9 +Ph10+Ph11+Ph 12 +Ph 13 +Ph 14 +Ph 15 ) 15 = (4,247)Pa 15 = 0,283 Pa Ralat fraksionalnya = =,, 0,283 Pa = 0,902 Pa Jadi, hasil perhitungan untuk beban 200 gram adalah: ( ± ) = ( 0,283 ± 0,902 )

11 PEMBAHASAN Tekanan yang dipelajari dalam eksperimen ini adalah tekanan dalam fluida yang diam atau statis dimana system/ wadahnya merupakan wadah tertutup.tekanan yang ada pada wadah ini bergantung pada kedalaman ( berhubungan dengan tinggi). Hal ini dapat dilihat p ada table data percobaan dan hasil perhitungan bahwa, setiap kali terjadi perubahan skala ketinggian pada pompa hidrolik yang diletakan beban ( pompa hidrolik ke dua) maka nilai tekanan yang diperoleh dari hasil perhitungan semakin besar pula. Pada percobaan ini di gunakan fluida yang sama pada kedua wadah ( pompa hidrolik) yaitu udara. Secara mutlak bahwa dalam eksperimen ini nilai besar tekanan bergantung pada factor kedalaman / ketinggian (h). Semakin dalam pompa hidrolik pertama ( yang tidak ada beban) ditekan maka perubahan skala ketinggian pula pada pompa hidrolik yang ke dua ( yangdiletakan beban) semakin besar pula. Perubahan skala ketinggia pompa hidrolik ke dua bergantung pada besar massa yang diletakan. Semakin besar massa yang diletakan pada pompa hidrolik ke dua maka semakin kecil perubahan skala ketinggian pada pompa hidrolik tersebut. Artinya pada pompa tersebut bekerja dua gaya yang berlawanan yaitu gaya tekan dari pompa hidrolik pertama dan gaya berat( W= mg) yang arahnya berlawanan, sehingga kenaikan skala ketinggian pada pompa hidrolik kedua tidak terlalu besar.walaupun ada variasi massa pada pompa hidrolik yang ke dua namun pada prinsipnya apabila pompa hidrolik ditekan ( diberi gaya) semakin ke dalam, maka perubahan skala ketinggian pada pompa hidrolik ke dua semakin besar pula. Hal ini menunjukan bahwa pada dasarnya yang mempengaruhi besar tekanan dalam system pompa hidrolik dengan fluida yang diam dan massa jenisnya sama adalah ketinggian/ kedalaman. Pada eksperimen ini kedua pompa hidrolik disambungkan dengan selang sehingga sistemnya tertutup dan berlaku hukum Pascal yang menyatakan Besar tekanan yang diberikan pada fluida dalam wadah tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.tekanan pada titik atau kedalaman yang sama adalah sama besar. Dalam eksperimen ini besar tekanan di titik atau atau kedalaman tidak sama. Atau percobaan kali ini, berlaku hukum Pascal untuk fluida tak bergerak ( prinsip hidrostatika) karena fluida dalam percobaan dalam hal ini udara berada dalam ruang tertutup yakni tabung silinder sehingga tekanan luar yang diberikan merambat merata ke segala arah serta tekanan yang diberikan sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A). Sistem pada eksperimen ini merupakan sistem yang tertutup karena udara berada dalam bejana yang tertutup namun gaya yang diberikan berasal dari luar sehingga memungkinkan adanya pertukaran energi dalam hal ini tekanan yang berasal dari luar bejana menyebabkan perubahan tekanan udara dalam bejana.

12 Hal ini disebabkan dalam eksperimen ini beban yang digunakan massanya tidak seragam sehingga apabila kita ingin mendongkrak beban yang lebih besar maka kita harus memberikan gaya yang besar pula disbanding beban yang ringan. Seandainya digunakan massa yang sama maka besar tekanan di tiap titik akan sama besar. Ada beberapa hal yang mempengaruhi data hasil percobaan terutama dalam pengamatan perubahan skala pada pompa hidrolik kedua, dimana perubahannya tidak konstan sehingga pembacaan skala kurang akurat. Kendala ini menyebabkan pola variasi data tidak seragam dan tentu sangat berpengaruh dalam hasil eksperimen ini walaupun pengaruh tersebut sangat tidak signifikan.

13 KESIMPULAN Besarnya tekanan disutau titik di dalam zat cair yang diam sebanding dengan kedalaman titik itu.arah tekanan yand ditimbulkan oleh zat cair itu senantiasa tegak lurus terhadap bidang yang ditinjau dan tekanan hidrostatis menekan ke segala arah. Dalam fluida berlaku hukum pascal yaitu Tekanan yang dikerjakan pada suatu zat cair di ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.

14 DAFTAR PUSTAKA Resnick, Haliday Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Terjemahan. Jakarta: Erlangga. Tipler, P. A Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga Tarigan, Jhonson.2014.Penuntun Praktum Eksperimen Fisika 1.Laboratium Fisika fakultas Sains & Teknik:UNDANA

15 LAMPIRAN Perhitungan untuk variasi beban pertama Perhitungan nilai ketinggian pipa h1 = 0 cm h2 = 1 cm = 1 10 h3 = 4 cm = 4 10 h4 = 7 cm = 7 10 h5 = 10 cm = h6 = Perhitungan nilai tekanan (P). Dari persamaan P = ρ gh di mana = 1,2 dan g =9,8 = h = 1,2.8, = 0,059 = h = 1,2.9, P 2 = 0,165 = h = 1,2.9, = 0,294 = h = 1,2.9, = 0,399 = h = 1,2.9, = 0,506

16 Rata rata : p= =,,,,, = 0,285 h= = ( ) = 2,42 10 Ralat fraksional h = ( ) = Dari rumus P = ρ g h = [(, ) (, ) (, ) (, ) (, )] ( ) = = di mana ρ g adalah konstanta p =.. 0,285 = 0,866 Perhitungan untuk variasi beban ke -2 Perhitungan nilai ketinggian pipa h1 = 4mm = 4 10 h2 = 9mm = 9 10 h3 = 24mm = h4 = 33mm = h5 = 45mm = 45 10

17 Perhitungan nilai tekanan (P). Dari persamaan P = ρ gh = h = 1,2.9, = 0,047 = h = 1,2.9, = 0,106 = h = 1, = 0,282 = h = 1,2.9, = 0,388 = h = 1,2.9, = 0,529 Rata rata : p= =,,,,, = 0,270 h= = ( ) = 2,3 10 = 0,023 h = ( ) = 0 = [( ) ( ) ( ) ( ) ( )] ( ) Ralat fraksional Dari rumus P = ρ g h

18 = = di mana ρ g adalah konstanta p = 0,270= 0. Perhitungan untuk variasi beban ke -3 Perhitungan nilai ketinggian pipa h1 = 43mm = 3 10 h2 = 13mm = h3 = 22mm = h4 = 32mm = h5 = 41mm = Perhitungan nilai tekanan (P). Dari persamaan P = ρ gh = h = 1,2.9, = 0,035 = h = 1,2.9, = 0,153 = h = 1,2.9, = 0,259 = h = 1,2.9, = 0,376

19 = h = 1,2.9, = 0,482 Rata rata : p= =,,,,, = 0,261 h= = ( ) = 22,2 10 Ralat fraksional h = ( ) = Dari rumus P = ρ g h = [(, ) (, ) (, ) (, ) (, )] ( ) = = di mana ρ g adalah konstanta p =,. 0,261 = 1,662