Pada kehidupan sehari-hari teknologi berikut ini yang menggunakan prinsip hukum pascal adalah ….

Jakarta -

Apakah kamu pernah melihat kendaraan bergerak naik di pencucian mobil atau motor memakai ? Nah, alat untuk mengangkat mobil tersebut bekerja dengan sistem hidrolik menggunakan prinsip hukum Pascal.

Hukum Pascal pertama kali dikemukakan oleh Blaise Pascal lewat sebuah percobaan. Pada tahun 1653 ilmuwan sekaligus filsuf asal Perancis ini membuat percobaan terkait keseimbangan cairan yang juga membahas tentang prinsip fluida statis.

Hasil dari penelitian menyimpulkan, jika tekanan yang diberikan ke fluida di ruangan tertutup, tekanan akan diteruskan oleh fluida itu ke berbagai arah dengan besar yang sama rata tanpa ada pengurangan.

Jadi, hukum Pascal adalah hukum fisika yang berlaku pada jenis fluida statis. Lebih lengkapnya, yuk simak penjelasan berikut ini.

Bunyi Hukum Pascal

Hukum Pascal berbunyi, "Tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan oleh zat cair itu ke segala arah dengan sama besar."

Sang fisikawan, menemukan hukum tersebut saat melakukan eksperimen yang dikenal dengan percobaan Torricelli. Eksperimen tersebut sekaligus menjadi tonggak sejarah penemuan hukum tekanan zat cair.

Menariknya, hukum Pascal tersebut lahir dari percobaan yang hanya menggunakan alat-alat sederhana. Pria jenius ini hanya menggunakan kantong plastik.

Kantong tersebut dia isi dengan air. Lalu, dia membuat beberapa lubang di kantong tersebut. Dalam eksperimennya itu, Pascal menemukan fakta kucuran air yang keluar dari lubang memiliki pancaran yang sama kuat.

Ketika permukaan kantung diberi tekanan eksternal, semburan air yang keluar akan bertambah kuat. Namun, besarnya pancaran air di tiap lubang tetap sama.

Rumus Hukum Pascal

Rumus Hukum Pascal Foto: detikEdu

Keterangan:

F1 adalah gaya penampang A1 (N)

A1 adalah luas penampang 1 (m2)

F2 adalah gaya pada penampang A2 (N)

A2 adalah luas penampang 2 (m2)

Contoh Soal

Sebuah motor dengan beratnya 2.000 N diangkat dengan mesin hidrolik. Diketahui luas penampang piston kecil 4 cm2 dan piston besarnya 0,01 m2. Carilah besarnya gaya yang harus diberikan pada piston kecil mesin tersebut?

Diketahui:

F1 = 2.000 N

A1 = 0,01 m2

A2 = 4 cm2 = 4 × 10-4 m2

Ditanya: F2 =...?

Pembahasan:

Berdasarkan Hukum Pascal, diperoleh:

F1/F2=A1/A2
2.000/F2 = 0,01/4 × 10-4
F2= 20 N

Jadi, gaya yang harus diberikan pada piston kecil adalah 20 N.

Penerapan Hukum Pascal

Umumnya, prinsip kerja hukum Pascal dipakai dalam pembuatan peralatan hidrolik. Alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, rem hidrolik, dan mesin pengepres hidrolik.

Hukum Pascal diterapkan karena membuat suatu alat dapat menghasilkan gaya yang besar hanya dengan diberi gaya kecil. Berikut ini penerapan hukum Pascal di kehidupan kita sehari-hari:

1. Dongkrak Hidrolik

Umumnya alat ini membantu manusia mengangkat beban berat dengan gaya yang kecil. Dongkrak memiliki dua tabung dengan ukuran berbeda. Satu berdiameter kecil dan yang kedua berdiameter besar.

Di setiap tabung terdapat penghisap yang ketika diberi tekanan pada penghisap kecil maka akan diteruskan ke penghisap besar. Hal ini yang membuat penghisap besar membuat gaya angkat ke atas lebih besar dari gaya tekan. Contoh dongkrak hidrolik misalnya alat untuk menahan mobil saat mengganti ban.

2. Rem Hidrolik

Contoh hukum Pascal lainnya yaitu pada rem hidrolik pada bagian utama yaitu pedal rem, silinder master, minyak rem, hingga sepatu jepit. Rem yang ditekan kaki kemudian diteruskan minyak rem ke sepatu jepit lewat silinder rem.

Sehingga sepatu jepit menghasilkan gaya gesek menghambat yang besar dan mampu menghentikan putaran roda. Penyebabnya yaitu luas penghisap silinder rem lebih besar dari luas penghisap silinder master.

3. Mesin hidrolik

Mesin hidrolik dapat kamu lihat di tempat pencucian mobil atau motor

Masih banyak contoh penerapan hukum Pascal lainnya yang dapat kita temukan. Dari sana kita dapat memahami bagaimana konsep hukum Pascal ini dapat mempermudah pekerjaan dan aktivitas manusia sehari-hari.

Simak Video "Konsep Multiverse dalam Sudut Pandang Agama"

Hukum pascal adalah hukum yang berbicara tentang tekanan fluida pada ruang tertutup. Jika sebuah kantong plastik yang berisi air dilubangi dengan jarum di beberapa tempat, airnya akan memancar keluar. Pancaran tersebut akan semakin kuat jika bagian atas plastik ditekan (diperas). Hal ini menunjukkan bahwa tekanan tersebut diteruskan ke segala arah dalam air. Terbukti, pancaran air yang terjadi semakin kuat.

Pernyataan di atas pertama kali dikemukakanoleh Blaise Pascal. Setelah melakukan percobaan dengan alat penyemprotan (penyemprot Pascal), dia menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah sama besar. Selanjutnya, pernyataan tersebut dikenalsebagai hukum pascal. Beberapa penerapan hukum Pascal dalam teknologi kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut:

Prinsip kerja :

Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal.  Dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing-masing ditutup dan diisi air. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat. Definisi dongkrak hidrolik adalah jenis pesawat dengan prinsip hukum pascal yang berguna untuk memperingan kerja. Dongkrak ini merupakan system bejana berhubungan (2 tabung) yang berbeda luas penampangnya. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.

1. Tensimeter atau Sfigmomanometer

Prinsip kerja:

Cairan yang tekanannya akan diukur harus memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding cairan manometrik, oleh karena itu pada alat pengukur tekanan darah dipilih air raksa sebagai cairan manometrik karena air raksa memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan berat jenis darah.

Berikut skema pengukuran tekanan menggunakan manometer. Tekanan dalam fluida statis adalah sama pada setiap tingkat horisontal (ketinggian) yang sama sehingga: Untuk lengan tangan kiri manometer .Untuk lengan tangan kanan manometer. Karena disini kita mengukur tekanan tolok (gauge pressure), kita dapat menghilangkan P Atmosfer .Sehingga dari persamaan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa tekanan pada A sama dengan tekanan cairan manometrik pada ketinggian h2 dikurangi tekanan cairan yang diukur pada ketinggian h1.

Dalam kasus alat pengukur tekanan darah yang menggunakan air raksa, berarti tekanan darah dapat diukur dengan menghitung berat jenis air raksa dikali gravitasi dan ketinggian air raksa kemudian dikurangi berat jenis darah dikalikan gravitasi dan ketinggian darah.

Prinsip kerja:

Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupaminyak rem. Pada ujung-ujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu pistonpedal dan piston cakram. Pipa dan piston inilah yang memegang peranan pentingdimana konsep dan sterukturnya telah didesain sedemikian rupa sehingga sesuaidengan hukum pascal, dengan tujuan menghasilkan daya cengkram yang besardari penginjakan pedal rem yang tidak terlalu dalam.

Penyesuaian terhadap hukum pascal yang dimaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada pedal rem lebih kecil daripada pipa yang terhubung dengen piston cakram. Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segalaarah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.   Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segala arah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.

Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedal maka gaya yang tadinya digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskan ke piston cakram yang terhubung dengan kanvas rem dengan jauh lebih besar sehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar pula. Cakram yang bersinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gaya gesek, dan gaya gesek adalah gaya yang bernilai negative maka dari itu cakram yang ikut berputar bersama roda semakin lama perputarannya akan semakin pelan, dan inilah yang disebut dengan proses pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yang lebih lebar juga ikut membantu proses pengereman. Hal itulah yang menyebabkan system kerja rem cakram hidrolik lebih efektif daripada rem konvensional (rem tromol).

Prinsip kerja:

Pompa hidrolik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik.

Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan aktuator. Pompa hidrolik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidrolik menjadi energi mekanik yaitu motor hidrolik dan aktuator. Motor hidrolik mentransfer energi hidrolik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain.

Prinsip kerja:

Press hidrolik tergantung pada prinsip Pascal : yang tekanan seluruh sistem tertutup adalah konstan. Salah satu bagian dari sistem adalah piston bertindak sebagai pompa, dengan kekuatan mekanik sederhana yang bekerja pada luas penampang kecil, bagian lain adalah piston dengan luas yang lebih besar yang menghasilkan kekuatan mekanis Sejalan besar. Hanya berdiameter kecil pipa (yang lebih mudah menolak tekanan) diperlukan jika pompa dipisahkan dari silinder tekan.

Hukum Pascal: Tekanan pada fluida terbatas ditransmisikan berkurang dan bertindak dengan kekuatan yang sama pada bidang yang sama dan pada 90 derajat ke dinding kontainer.

Sebuah cairan, seperti minyak , dipindahkan ketika piston baik didorong ke dalam. Piston kecil, untuk jarak tertentu gerakan, memindahkan jumlah yang lebih kecil dari volume yang dari piston besar, yang sebanding dengan rasio area kepala piston. Oleh karena itu, piston kecil harus dipindahkan jarak besar untuk mendapatkan piston besar untuk bergerak secara signifikan. Jarak piston besar akan bergerak adalah jarak yang piston kecil akan dipindahkan dibagi dengan rasio bidang kepala piston. Ini adalah bagaimana energi, dalam bentuk kerja dalam hal ini, adalah kekal dan Hukum Konservasi Energi puas. Pekerjaan kali kekuatan jarak, dan karena kekuatan meningkat pada piston lebih besar, jarak kekuatan diterapkan atas harus berkurang.

Cairan bertekanan digunakan, jika tidak dihasilkan secara lokal oleh tangan atau pompa mekanis bertenaga, dapat diperoleh dengan membuka katup yang terhubung ke akumulator hidrolik atau pompa terus berjalan tekanan yang diatur oleh katup buang. Bila diinginkan untuk menghasilkan kekuatan yang lebih dari tekanan yang tersedia akan memungkinkan, atau menggunakan lebih kecil, lebih tinggi tekanan silinder untuk menghemat ukuran dan berat, sebuah intensifier hidrolik dapat digunakan untuk meningkatkan tekanan yang bekerja pada silinder tekan.

Ketika tekanan pada silinder tekan dilepaskan (cairan kembali ke reservoir), gaya dibuat dalam pers dikurangi menjadi nilai yang rendah (yang tergantung pada gesekan segel silinder itu. Piston utama tidak menarik kembali ke aslinya posisi kecuali sebuah mekanisme tambahan digunakan.

Archimedes pernah mengeluarkan sebuah pernyataan yang sangat terkenal bahwa “Suatu 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.” Pernyataan ini selanjutnya lebih dikenal sebagai hukum Archimedes. Beliau merupakan salah satu ilmuwan besar pada zamannya.  Archimedes dari Syracusa (sekitar 287 SM – 212 SM) belajar di kota Alexandria, Mesir. Pada waktu itu yang menjadi raja di Sirakusa adalah Hieron II. Archimedes sendiri adalah seorang matematikawan, astronom, filsuf, fisikawan, dan insinyur berbangsa Yunani. Ia dibunuh oleh seorang prajurit Romawi pada penjarahan kota Syracusa, meskipun ada perintah dari jendral Romawi, Marcellus bahwa ia tak boleh dilukai.

Sudah banyak aplikasi teknologi yang memanfaatkan rumusan dari hukum ini diantaranya akan diuraikan sebagai berikut:

Prinsip kerja:

Gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Fa = ?. Vb. g Dengan ? adalah massa jenis udara. Balon menggunakan prinsip yang sama dengan kapal laut. Hanya saja, karena kita menginginkan balon naik ke udara dan melayang pada ketinggian tertentu, maka yang dilakukan adalah mengisi balon sehingga berat udara yang dipindahkan lebih berat dari berat balon. Hingga kemudian mencapai titik ketinggian yang diinginkan. Untuk mencapai hal tersebut, prinsip kimia mengajarkan kita tentang mengisi balon dengan gas yang massa molekulnya lebih kecil dari massa rata-rata di udara atau dengan gas panas. Tidak semua gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika adapertimbangan harga dan keselamatan. Beberapa di antaranya adalah gas Hidrogen(H2) dan Helium (He).

Di awal pembahasan Hukum Archimedes telah sedikit disinggung mengapa kapal laut dapat mengapung di air. Badan kapal laut mempunyai rongga udara. Karena rongga udara ini, volume air laut yang dipindahkan oleh kapal tersebut cukup besar sehingga sesuai prinsip Archimedes, kapal laut mendapatkan gaya apung yang cukup besar untuk menahan bobot kapal sehingga kapal dapat mengapung di permukaan air. Kapal sangat penting untuk transportasi. Indonesia merupakan salah satu negara kepulauan yang besar. Oleh karena itu, kapal laut memegang peranan penting akan kelancaran transportasi di negara kita.

Jika kapal laut hanya dapat mengapung di permukaan air, maka kapal selam, selain dapat mengapung, dapat juga melayang dan tenggelam di dalam air laut. Karena kemampuannya tersebut, kapal selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan penelitian. Bentuk badan kapal selam dirancang agar dapat mengapung, melayang, dan tenggelam dalam air. Selain itu, dirancang untuk dapat menahan tekanan air di kedalaman laut.  Badan kapal selam mempunyai rongga udara yang berfungsi sebagai tempat masuk dan keluarnya air atau udara. Rongga ini terletak di lambung kapal. Rongga tersebut dilengkapi dengan katup pada bagian atas dan bawahnya. Ketika mengapung, rongga terisi dengan udara sehingga volume air yang dipindahkan sama dengan berat kapal. Sesuai dengan prinsip Archimedes, kapal selam akan mengapung. Ketika rongga katup atas dan katup bawah pada rongga kapal selam dibuka, maka udara dalam rongga keluar atau air masuk mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal mulai tenggelam. Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman yang diinginkan. Dalam keadaan ini, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika katup udara pada rongga dibuka kembali maka volume air dalam rongga akan bertambah sehingga kapal selam akan tenggelam Jika kapal selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam akan mengalami gaya apung yang dapat menyamai berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam akan naik ke permukaan dan mengapung.

Prinsip kerja:

Kapal selam di desain memiliki tanki balast (trim), Tanki balast berfungsi menyimpan udara dan air, letaknya berbeda beda tergantung biro desain yang merancangnya. Ketika kapal selam siap untukmenyelam, katup-katup besaryang dikenal sebagai “kingstons”, yang terletak di dasar tangkibalas, dibuka untukmembiarkannya masuk ke laut.Udara di dalam tangki keluarmelalui katup-katup pada bagian atas, yang dikenal sebagai “lubang-lubang angin”. Kapal selamitu masuk ke dalam air

Ketika kapal selam siap untuk muncul ke permukaan, lubang-lubang angin ditutup dan tekanan udara didorong masuk ke dalam tangki-tangki. Hal ini meniup air kembali melalui kingstons, dankapal selam itu pun naik.

Prinsip kerja

Hampir sama dengan kapal laut. Pertama-tama galangan kapal diisi dengan air laut, kemudian ditempatkan tepat dibawah kapal laut, lalu air nya disedot dan galangan kapal naik ke atas dan muncul ke purmukaan air. Akhirnya air disekeliling kapal hilang dan kapal siap di perbaiki. Setelah kapal diperbaiki galangan kapal diisi kembali oleh air laut dan mulai tenggelam. Dan kapal siap kembali ke laut.

Peristiwa mengapung suatu benda karena memiliki rongga udara dimanfaatkan untuk membuat jembatan yang terbuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Volume air yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum itu sendiri dan benda-benda yang melintas di atasnya. Setiap drum penyusun jembatan ini harus tertutup agar air tidak dapat masuk ke dalamnya.

Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Drum-drum itu biasanya terbuatdari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.

Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Biasanya alat ini digunakan oleh usaha setrum accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu sudah tidak bisa digunakan maka harus diukur dengan hidrometer. Cara menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan nilai massa jenis dari zat cair tersebut.

Prinsip kerja

Hidrometer merupakan sebuah alat ukur besaran turunan yang menjadi salah astu aplikasi dari Hukum Archimedes yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Sebuah benda dalam fluida (zat cair atau gas) mengalami gaya dari semua arah yang dikerjakan oleh fluida di sekitarnya. Hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas seberat zat cair yang dipindahkan oleh benda itu. Prinsip kerja Hidrometer menggunakan Hukum Archimedes. Nilai massa jenis suatu zat cair dapat diketahui dengan membaca skala pada Hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair.

Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Nilai massa jenis suatu zat cai dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair. Hidrometer terbuat dari tabung kaca. Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbale. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hydrometer lebih besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. Tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam massa jenis zat cair) menghasilkan perbahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam zat cair. Ini berarti perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas.