I. Tujuan Mempelajari gejala hidrostatik dalam hal ini sifat fluida yang meyebarkan tekanan ke segala arah. II. Alat dan Bahan 1. Satu set tabung pengukur tekanan hidrostatik 2. Air 3. Alat ukur (mistar, jangka sorong, meteran) III. Teori Dasar Dalam fluida, konsep tekanan memegang peranan yang penting. Fluida akan bergerak atau mengalir karena adanya perbedaan tekanan pada dua bagian yang berbeda dalam fluida. Tekanan didefinisikan gaya persatuan luas penampang. Jika gaya sebesar F bekerja secara merata dan tegak lurus pada suatu permukaan yang luasnya A, maka tekanan P pada F permukaan itu dirumuskan: P =.. (1) A Nilai tekanan sebesar 1 N/m 2 dapat dinyatakan sebagai 1 pascal (Pa). untuk kepentingan praktis satuan tekanan biasanya dinyatakan dalam atmosfer (atm), cmhg atau bar. 1 atm = 76cmHg = 760 Torr = 101,325 kpa. Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 1
Kita dapat membayangkan suatu zat cair itu terdiri dari lapisan lapisan, mulai dari lapisan bawah pada dasar wadah, sampai lapisan atas pada permukaan zat cair. Setiap bagian lapisan mengalami gaya gravitasi yang arahnya ke bawah. Oleh karena itu, setiap lapisan menekan pada lapisan yang ada dibawahnya, akibatnya lapisan paling bawah mengalami tekanan yang paling besar dan lapisan paling atas mengalami tekanan yang lebih kecil. Tekanan di dalam zat cair di sebabkan oleh adanya gaya gravitasi yang bekerja pada tiap bagian zat cair, besar tekanan itu bergantung pada kedalaman, makin dalam letak suatu bagian zat cair, makin besar pada bagian itu Tekanan di dalam fluida yang tidak bergerak yang diakibatkan oleh adanya gravitasi disebut tekanan hidrostatis. Sifat zat cair yang dapat mengalir menyebabkan tekanan hidrostatis tidak hanya terjadi pada bidang mendatar, melainkan pada setiap bidang. Setiap titik pada bidang wadah mendapat tekanan dari zat cair di wadah itu. Takanan pada dinding wadah haruslah berarah tegak lurus pada bidang tersebut. Hukum pokok hidrostatika yaitu semua yang terletak pada bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama. Secara matematis dapat di rumuskan : berat. benda P = luas. penampang ρahg P = A P = ρgh. (2) Keterangan : P = Tekanan hidrostatis (N/m 2 ) A = Luas penampang (m 2 ) ρ = massa jenis zat cair h = kedalaman (m) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 2
Pada kegiatan RBL ini, kami diminta untuk menunjukkan bahwa fluda memiliki sifat menyebarkan tekanan ke segala arah dengan sama besar secara kuantitatif. Kelompok kami kesulitan untuk merancang alat yang dapat mengukur tekanan hidrostatik secara langsung, oleh sebab itu kami mencoba untuk melakukan pendekatan melalui penerapan Hukum Boyle. Menurut hasil percobaan Boyle (1627 1691) diperoleh bahwa pada suhu tetap volum gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan, atau perkalian antara volum dan tekanan gas selalu tetap jika suhu gas dipertahankan tetap. Proses gas yang berlangsung pada suhu tetap ini disebut proses isotermik. Secara matematis hukum Boyle ditulis : P.V = konstan, sehingga P 1 V 1 = P 2 V 2 (3) Keterangan : P 1 = Tekanan awal gas hal ini sama dengan tekanan udara luar V 1 = Volume awal gas / udara P 2 = Tekanan akhir gas pada kedalaman zat cair tertentu V 2 = Volume gas / udara setelah mengalami perubahan tekanan Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 3
Pengukuran P 2 dapat pula kita dapatkan melalui perumusan tekanan hidrostatis, sebagai berikut : C D A B Tabung air Pipa pengukur Tekanan h P Kran air Bingkai Penyangga Gambar 1. Rancangan alat untuk membuktikan tekanan fluida ke diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 4
IV. Prosedur Percobaan A. Membuktikan bahwa tekanan ke segala arah sama besar 1. Rangkai / Set Alat seperti pada gambar 1 2. Tentukan volume pipa awal (V 1 ) = 314 cm 3 dan tekanan udara (P 1 ) = 69,5 cmhg = 92659 Pa 3. Isilah tabung dengan air sampai ketinggian tertentu. Pastikan semua kran dalam keadaan tertutup. 4. Buka kran A dan kran B, amati dan ukur perubahan volume air V pada kran A dan kran B 5. Tentukan volume akhir pada pipa A dan B 6. Ulang percobaan tersebut dengan ketinggian berbeda. 7. Tentukan tekanan P pada pipa A dan B berdasarkan hukum Boyle dan Perumusan Tekanan Hidrostatik 8. Plot grafik P terhadap 1/V untuk pipa A dan B. B. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Satu Pipa 1. Rangkai / Set Alat seperti pada gambar 1 2. Tentukan Volume Pipa awal (V 1 ) = 314 cm 2 dan tekanan udara (P 1 ) = 69,5 cm Hg = 92659 Pa 3. Isilah tabung dengan air sampai ketinggian tertentu. Pastikan semua kran dalam keadaan tertutup. 4. Buka kran A, amati dan ukur perubahan volume air V pada kran A 5. Tentukan volume akhir pada pipa A. 6. Ulang percobaan tersebut dengan ketinggian berbeda. 7. Tentukan tekanan P pada pipa A berdasarkan hukum Boyle 8. Plot grafik P terhadap 1/V untuk pipa A. Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 5
C. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Seluruh Pipa 1. Rangkai / set alat seperti pada gambar 1 2. Tentukan volume pipa awal (V 1 ) = 314 cm 2 dan tekanan udara (P 1 ) = 69,5 cm Hg = 92659 Pa 3. Isilah tabung dengan air sampai ketinggian tertentu. Pastikan semua kran dalam keadaan tertutup. 4. Buka seluruh kran, amati dan ukur perubahan volume air V pada tiap pipa 5. Tentukan volume akhir pada setiap pipa. 6. Ulang percobaan tersebut dengan ketinggian berbeda. 7. Tentukan tekanan P pada seluruh pipa berdasarkan hukum Boyle 8. Plot grafik P terhadap 1/V untuk seluruh pipa. V. Asumsi Pada Saat Praktikum Berlangsung Pada saat pengukuran berlangsung dianggap tidak terjadi perubahan suhu di dalam tiap pipa (isotermik) VI. Data Praktikum Tekanan udara di lab fisika dasar ITB = 69,5 cmhg. Tekanan ini dijadikan sebagai acuan Po = 69,5 cmhg = 92659 Pa A. Membuktikan bahwa tekanan ke segala arah sama besar No Kedalaman air H (cm) ha (cm) hb (cm) 1 60 4,4 4,5 2 55 4 4 3 50 3,8 3,8 4 45 3,4 3,4 5 40 2,9 3 6 35 2,5 2,5 7 30 2 2 8 25 1,9 1,8 9 20 1,4 1,4 10 15 0,9 0,9 Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 6
ha = tinggi air pada pipa A hb = tinggi air pada pipa B Kedalaman pipa A = Kedalaman pipa B = H B. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Salah Satu Pipa No Kedalaman air (cm) ha (cm) 1 60 4,4 2 55 4 3 50 3,8 4 45 3,5 5 40 3,1 6 35 2,8 7 30 2,4 8 25 1,9 9 20 1,5 10 15 0,9 ha = tinggi air pada pipa A C. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Seluruh Pipa No Kedalaman air dari dasar pipa A ha (cm) hb (cm) hc (cm) hd (cm) dan pipa B (cm) 1 60 3,9 3,9 3 2,8 2 58 3,5 3,5 2,8 2,6 3 56 3,2 3,3 2,5 2,3 4 54 3 3,1 2,4 2,2 5 52 2,8 2,8 2,1 2 6 50 2,5 2,5 2 1,7 7 48 2,4 2,5 1,7 1,5 8 46 2,3 2,4 1,7 1,5 9 44 2,3 2,3 1,4 1,2 10 42 1,6 1,6 1,1 1 H AC = beda kedalaman antara pipa A dan pipa C Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 7
H AC = H BC = 15 cm H AD = H BD = 30 cm VII. Pengolahan Data A. Membuktikan bahwa tekanan ke segala arah sama besar menggunakan hukum Boyle PA No V1 (cm^3) P1 (cmhg) VA (cm^3) (cmhg) VB (cm^3) PB (cmhg) 1 314 69,5 300,18 72,70 299,87 72,7749 2 314 69,5 301,44 72,40 301,44 72,3958 3 314 69,5 302,07 72,25 302,07 72,2453 4 314 69,5 303,32 71,95 303,32 71,9462 5 314 69,5 304,89 71,58 304,58 71,6495 6 314 69,5 306,15 71,28 306,15 71,2821 7 314 69,5 307,72 70,92 307,72 70,9184 8 314 69,5 308,03 70,85 308,35 70,7739 9 314 69,5 309,60 70,49 309,60 70,4868 10 314 69,5 311,17 70,13 311,17 70,1312 Menggunakan hukum hidrostatik Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 8
No Kedalaman PA sblm PA sblm PA=P0+ρg(Hh) cmhg (cm^ 3) h) cmhg 1/VA PA=P0+ρg(H (cm) ha (cm) hb (cm) VA (cm^3) koreksi koreksi(cmhg) H (Pa) 1 60 4,4 4,5 300,1840 5560 4,17034 73,67034 0,00333 73,67034 2 55 4 4 301,4400 5100 3,82531 73,32531 0,00332 73,32531 3 50 3,8 3,8 302,0680 4620 3,46528 72,96528 0,00331 72,96528 4 45 3,4 3,4 303,3240 4160 3,12026 72,62026 0,00330 72,62026 5 40 2,9 3 304,8940 3710 2,78273 72,28273 0,00328 72,28273 6 35 2,5 2,5 306,1500 3250 2,43770 71,93770 0,00327 71,93770 7 30 2 2 307,7200 2800 2,10017 71,60017 0,00325 71,60017 8 25 1,9 1,8 308,0340 2310 1,73264 71,23264 0,00325 71,23264 9 20 1,4 1,4 309,6040 1860 1,39511 70,89511 0,00323 70,89511 10 15 0,9 0,9 311,1740 1410 1,05759 70,55759 0,00321 70,55759 PB sblm No Kedalaman PB sblm PA=P0+ρg(Hh) cmhg (cm^ 3) h) cmhg 1/VB PA=P0+ρg(H ha (cm) hb (cm) VB (cm^3) koreksi H (cm) koreksi(cmhg) (Pa) 1 60 4,4 4,5 299,8700 5560 4,1703 73,6703 0,0033 73,6703 2 55 4 4 301,4400 5100 3,8253 73,3253 0,0033 73,3253 3 50 3,8 3,8 302,0680 4620 3,4653 72,9653 0,0033 72,9653 4 45 3,4 3,4 303,3240 4160 3,1203 72,6203 0,0033 72,6203 5 40 2,9 3 304,5800 3710 2,7827 72,2827 0,0033 72,2827 6 35 2,5 2,5 306,1500 3250 2,4377 71,9377 0,0033 71,9377 7 30 2 2 307,7200 2800 2,1002 71,6002 0,0032 71,6002 8 25 1,9 1,8 308,3480 2310 1,7326 71,2326 0,0032 71,2326 9 20 1,4 1,4 309,6040 1860 1,3951 70,8951 0,0032 70,8951 10 15 0,9 0,9 311,1740 1410 1,0576 70,5576 0,0032 70,5576 Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 9
Grafik hubungan tekanan gas terhadap I/Volum gas, berdasarkan hukum Boyle Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 10
Grafik tekanan hidrostatik terhadap 1/volum gas menggunakan perumusan tekanan hidrostatis Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 11
Dari grafik tekanan terhadap 1/volum, didapatkan nilai R 2 mendekati nilai 1, yang menandakan grafik hubungan tekanan terhadap 1/volum mendekati grafik fungsi linear. Adanya penyimpangan dimungkinkan karena keterbatasan pengamat saat menentukan pengukuran tinggi air pada pipa, yang disebabkan bentuk pipa / selang udara yang melengkung Dari grafik tekanan terhadap 1/volum berdasarkan hukum Boyle dan perumusan tekanan hidrostatik tidak jauh berbeda, sehingga hukum Boyle dapat diterapkan pada percobaan ini. B. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Salah Satu Pipa No kedalaman(cm) ha (cm) V1 (cm^3) P1 (cmhg) VA (cm^3) PA (cmhg) 1 60 4,4 314 69,5 300,1840 72,6987 2 55 4 314 69,5 301,4400 72,3958 3 50 3,8 314 69,5 302,0680 72,2453 4 45 3,5 314 69,5 303,0100 72,0207 5 40 3,1 314 69,5 304,2660 71,7234 6 35 2,8 314 69,5 305,2080 71,5021 7 30 2,4 314 69,5 306,4640 71,2090 8 25 1,9 314 69,5 308,0340 70,8461 9 20 1,5 314 69,5 309,2900 70,5584 10 15 0,9 314 69,5 311,1740 70,1312 Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 12
C. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Seluruh Pipa No kedalaman(cm) ha (cm) V1 (cm^3) P1 (cmhg) VA (cm^3) PA (cmhg) 1 60 3,9 314 69,5 301,7540 72,3204995 2 58 3,5 314 69,5 303,0100 72,0207254 3 56 3,2 314 69,5 303,9520 71,7975207 4 54 3 314 69,5 304,5800 71,6494845 5 52 2,8 314 69,5 305,2080 71,5020576 6 50 2,5 314 69,5 306,1500 71,2820513 7 48 2,4 314 69,5 306,4640 71,2090164 8 46 2,3 314 69,5 306,7780 71,136131 9 44 2,3 314 69,5 306,7780 71,136131 10 42 1,6 314 69,5 308,9760 70,6300813 No kedalaman(cm) hb (cm) V1 (cm^3) P1 (cmhg) VB (cm^3) PB (cmhg) 1 60 3,9 314 69,5 301,7540 72,3205 2 58 3,5 314 69,5 303,0100 72,0207 3 56 3,3 314 69,5 303,6380 71,8718 4 54 3,1 314 69,5 304,2660 71,7234 5 52 2,8 314 69,5 305,2080 71,5021 6 50 2,5 314 69,5 306,1500 71,2821 7 48 2,5 314 69,5 306,1500 71,2821 8 46 2,4 314 69,5 306,4640 71,2090 9 44 2,3 314 69,5 306,7780 71,1361 10 42 1,6 314 69,5 308,9760 70,6301 Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 13
No kedalaman(cm) hc (cm) V1 (cm^3) P1 (cmhg) VC (cm^3) PC (cmhg) 1 45 3 314 69,5 304,5800 71,6495 2 43 2,8 314 69,5 305,2080 71,5021 3 41 2,5 314 69,5 306,1500 71,2821 4 39 2,4 314 69,5 306,4640 71,2090 5 37 2,1 314 69,5 307,4060 70,9908 6 35 2 314 69,5 307,7200 70,9184 7 33 1,7 314 69,5 308,6620 70,7019 8 31 1,7 314 69,5 308,6620 70,7019 9 29 1,4 314 69,5 309,6040 70,4868 10 27 1,1 314 69,5 310,5460 70,2730 Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 14
No kedalaman(cm) H d (cm) V1 (cm^3) P1 (cmhg) VD (cm^3) PD (cmhg) 1 30 2,8 314 69,5 305,2080 71,5021 2 28 2,6 314 69,5 305,8360 71,3552 3 26 2,3 314 69,5 306,7780 71,1361 4 24 2,2 314 69,5 307,0920 71,0634 5 22 2 314 69,5 307,7200 70,9184 6 20 1,7 314 69,5 308,6620 70,7019 7 18 1,5 314 69,5 309,2900 70,5584 8 16 1,5 314 69,5 309,2900 70,5584 9 14 1,2 314 69,5 310,2320 70,3441 10 12 1 314 69,5 310,8600 70,2020 Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 15
VIII. Pembahasan Kelinieran grafik merupakan dampak dari asumsi bahwa PV = konstan, sehinga tinggi kolom udara dapat digunakan untuk mengukur tekanan pada pipa (akibat perbedaan ketinggian zat cair) Pada percobaan A, terbukti bahwa di dalam fluida tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Percobaan A dan B, ternyata tinggi kenaikan air pada pipa A tidak jauh berbeda. Hal ini menandakan tekanan yang dialami oleh pipa A nilainya sama pada saat pipa B dalam keadaan tertutup maupun terbuka. Secara matematis dapat ditulis PH = PA= PB. Pada percobaan C, dapat dilihat secara langsung bahwa semakin dalam, tekanan hidrostatis semakin besar. Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 16
IX. Saran a. Agar pengukuran volum pada tiap pipa lebih akurat, usahakan agar pipa lurus sesuai dengan gambar rancangan alat. b. Agar praktikum ini tidak memerlukan banyak air, pakailah pipa yang lebih kecil, namun memiliki kolom udara yang cukup besar agar gejala yang diharapakan dapat terlihat. c. Bila terjadi kebocoran di salah satu pipa A dan B, menyebabkan ketinggian air pada kedua pipa ini tidak sama, oleh sebab itu pastikan terlebih dahulu alat dalam kondisi yang baik. d. Pada saat menggunakan alat ini, harus dipastikan bahwa tidak terjadi kebocoran pada salah satu pipa. Demikian pula tidak ada kebocoran sehingga udara yang berada pada pipa jumlahnya selalu dapat dianggap konstan Tim RBL Hidrostatik (ki ka) : Sutisna Karyono Berlian Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 17
DAFTAR PUSTAKA 1. Giancoli C.Douglass (2001), Fisika Jilid 1(terjemahan), edisi kelima, Erlangga. 2. Tipler (2005), Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 1 (terjemahan), edisi 3, Erlangga 3. Halliday Resnick, (1985), Fisika Jilid 1(terjemahan), edisi 3, Erlangga 4. Modul Praktikum, (2002), Fisika Dasar I, Laboratorium Fisika Dasar, Departemen Fisika ITB Bandung. Berlian N(20207032) Karyono(20207025) Sutisna(20207027) Page 18