Tekanan Zat Cair

Apakah di tempat tinggalmu masih ada danau atau dekat dengan laut? Pernahkah kamu menyelam ke dasar laut atau danau? Apa yang kamu rasakan pada tubuhmu? Mengapa demikian?

1. Tekanan Hidrostatis

Ketika menyelam kamu merasakan tekanan di telingamu? Jika kamu menyelam lebih dalam maka tekanan di telingamu akan semakin terasa. Apa yang menyebabkan fenomena tersebut? Kedalaman dan massa jenis suatu zat cair berpengaruh pada besaran tekanan. Inilah yang disebut tekanan hidrostatis.

Semakin dalam zat cair, semakin besar tekanan yang dihasilkan. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Pada bagian sebelumnya kita sudah memahami bahwa tekanan merupakan besarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja, secara matematis dirumuskan sebagai:

Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (w) yang berada di atas benda, sehingga:

Karena:
   berat  (w) = m × g
   massa  (m) = ρ × V
   Volume (V) = h × A 

Maka dapat ditulis bahwa:

dengan: 
  p = Tekanan (N/m2) 
  m = Massa benda (kg) 
  ρ = Massa jenis zat cair (kg/m3) 
  g = Percepatan gravitasi (m/s2) 
  h = Tinggi zat cair (m) 
  V = Volume (m3)

Manusia diperkirakan mampu menyelam hingga kedalaman sekitar 20 meter. Lebih dalam dari itu, tekanan air akan semakin besar (>240.000 Pa) dan paru-paru manusia tidak akan dapat menahannya.

Perancangan struktur bangunan, seperti kilang minyak di laut lepas, bagian dermaga di pelabuhan, penampungan air atau bendungan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), dan lainnya perlu memperhatikan tekanan hidrostatis.

Kapal selam juga dirancang sedemikian rupa dengan memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut sehingga dapat menyelam sampai ke kedalaman ratusan meter tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan.

2. Hukum Archimedes

Kita telah mengetahui bahwa tekanan hidrostatis merupakan poin penting yang harus diperhitungkan dalam merancang kapal selam. Perancangan struktur kapal selam dan pemilihan bahan pembuatannya mempengaruhi tekanan hidrostatis. Kira-kira bahan apa yang sesuai untuk pembuatan kapal selam? Salah satunya adalah baja. Baja merupakan logam yang terbuat dari campuran besi dan karbon. Dengan demikian, massa jenis yang dihasilkan lebih besar daripada massa jenis air laut sehingga baja dapat menahan tekanan hidrostatik air laut.

Coba kamu perhatikan, saat suatu benda dimasukkan ke dalam air, benda tersebut terlihat lebih ringan sehingga sepertinya massa benda berkurang. Sebenarnya yang terjadi bukan ada massa benda yang hilang melainkan adanya gaya apung (Fa). Gaya apung mendorong benda ke atas atau berlawanan dengan arah benda. Perhatikan Gambar berikut.
Secara matematis, dapat dituliskan:

Sehingga,

dengan:

  Fa  = Gaya apung (N)
  wba = Berat benda di air (N)
  wbu = Berat benda di udara (N)

Archimedes mempelajari fenomena ini dan kemudian menghasilkan Hukum Archimedes yang berbunyi:

“Jika benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut”.

Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air daripada di udara karena di dalam air benda mendapat gaya ke atas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah: