RBL Hidrostatik
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 permukaan itu dirumuskan: P =
F A
……………………….. (1)
Nilai tekanan sebesar 1 N/m2 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
RBL Hidrostatik
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 :
P=
P=
berat .benda luas. penampang
ρAhg A
P = ρgh ……………………………………………………………. (2) Keterangan : P = Tekanan hidrostatis (N/m2) A = Luas penampang (m2) ρ = massa jenis zat cair h = kedalaman (m) g = percepatan gravitasi (m/s2) Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 2
RBL Hidrostatik
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 P1 V1 = P2 V2 …………………………………………… (3) Keterangan : P1 = Tekanan awal gas hal ini sama dengan tekanan udara luar V1 = Volume awal gas / udara P2 = Tekanan akhir gas pada kedalaman zat cair tertentu V2 = Volume gas / udara setelah mengalami perubahan tekanan
Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 3
RBL Hidrostatik
Pengukuran P2 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
RBL Hidrostatik
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 (V1) = 314 cm3 dan tekanan udara (P1) = 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 (V1) = 314 cm2 dan tekanan udara (P1) = 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
RBL Hidrostatik
C. Menentukan Tekanan Pada Ketinggian Yang Berbeda Pada Seluruh Pipa 1. Rangkai / set alat seperti pada gambar 1 2. Tentukan volume pipa awal (V1) = 314 cm2 dan tekanan udara (P1) = 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
RBL Hidrostatik
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 Kedalaman air No
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
∆HAC = beda kedalaman antara pipa A dan pipa C Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 7
RBL Hidrostatik
∆HAC =∆HBC = 15 cm ∆HAD =∆HBD = 30 cm VII.
Pengolahan Data A. Membuktikan bahwa tekanan ke segala arah sama besar menggunakan hukum Boyle PA
VB (cm^3)
PB (cmHg)
72,70
299,87
72,7749
301,44
72,40
301,44
72,3958
69,5
302,07
72,25
302,07
72,2453
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
No
V1 (cm^3)
P1 (cmHg)
VA (cm^3)
1
314
69,5
300,18
2
314
69,5
3
314
4
(cmHg)
Menggunakan hukum hidrostatik
Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 8
RBL Hidrostatik Kedalaman No
(cm)
PA sblm hA (cm)
hB (cm)
VA (cm^3)
H
koreksi (Pa)
PA sblm
PA=P0+ρg(H‐
1/VA
PA=P0+ρg(H‐
koreksi(cmHg)
h) cmHg
(cm^‐3)
h) cmHg
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
PA=P0+ρg(H‐
1/VB
PA=P0+ρg(H‐
koreksi(cmHg)
h) cmHg
(cm^‐3)
h) cmHg
No
Kedalaman H (cm)
PB sblm hA (cm)
hB (cm)
VB (cm^3)
koreksi (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
RBL Hidrostatik
Grafik hubungan tekanan gas terhadap I/Volum gas , berdasarkan hukum Boyle
Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 10
RBL Hidrostatik
Grafik tekanan hidrostatik terhadap 1/volum gas menggunakan perumusan tekanan hidrostatis
Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 11
RBL Hidrostatik
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
RBL Hidrostatik
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
RBL Hidrostatik
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
RBL Hidrostatik
No
kedalaman(cm)
Hd(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
RBL Hidrostatik
VIII.
Pembahasan ¾
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)
¾ Pada percobaan A, terbukti bahwa di dalam fluida tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
¾
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.
¾ Pada percobaan C, dapat dilihat secara langsung bahwa semakin dalam, tekanan hidrostatis semakin besar.
Berlian N(20207032)‐Karyono(20207025)‐Sutisna(20207027)
Page 16
RBL Hidrostatik
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
RBL Hidrostatik
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
