Rumus Tekanan: Satuan, Jenis, dan Contoh Soal
Rumus tekanan termasuk dalam materi pembelajaran fisika. Setiap hari, manusia hidup dekat dengan fenomena ini. Contoh paling sederhana dapat dirasakan ketika berdiri, di mana kaki menekan permukaan tanah untuk menjaga keseimbangan atau saat menyelam di kedalaman laut.
Dalam ilmu fisika, tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan atau bidang tekanan. Fenomena tersebut timbul sebagai akibat dari gaya tekan yang bekerja pada benda per satuan luas permukaan dengan arah yang tegak lurus.
Suatu tekanan akan sangat bergantung pada besarnya gaya. Besarnya tekanan yang dihasilkan sejalan dengan besar gaya yang diberikan atau berbanding lurus dengan gaya. Di satu sisi, tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Apabila luas permukaan tekan bidang diperbesar, maka tekanan akan mengecil.
Satuan dan Simbol Tekanan
Mengutip Zenius dan berbagai sumber terkait lannya, dalam ilmu fisika, satuan internasional tekanan adalah Newton per meter kuadrat atau N/m2. Sementara, besaran tekanan disimbolkan dengan huruf P atau p.
Selain N/m2, tekanan memiliki satuan ukur lainnya, yakni Pascal (Pa), yang diambil dari nama tokoh fisikawan asal Prancis, Blaise Pascal.
Tekanan termasuk ke dalam besaran turunan yang diturunkan dari besaran pokok massa, panjang, dan waktu. Di samping itu, terkanan termasuk besaran vektor yang dinyatakan dalam nilai dan angka.
Adapun rumus tekanan, yaitu:
p = F/A
Keterangan:
p = tekanan (N/m2 atau Pa).
F = Gaya tekan (N).
A = Luas permukaan (m2)
Rumus tekanan jika diketahui massa benda:
p = m.g/A
Keterangan:
m = massa benda (kg).
g = percepatan gravitasi (m/s2).
A = luas permukaan (m2).
Jenis-jenis Tekanan dan Rumusnya
Tekanan dibagi menjadi tiga. Pembagian tersebut mengacu pada jenis zat, yaitu tekanan zat padat, tekanan zat cair dan tekanan zat gas.
1. Rumus Tekanan zat padat
Tekanan pada zat padat merupakan gaya yang bekerja pada satuan luas bidang tekan. Jika suatu zat padat diberi gaya dari atas otomatis akan menimbulkan tekanan. Semakin besar luas alas bidang tekannya, tekanan akan semakin kecil.
Adapun rumusnya:
p = F/A
2. Rumus Tekanan zat cair (hidrostatik)
Tekanan pada zat cair dipengaruhi oleh kedalaman. Tekanan dapat dilihat dari daya pancar yang keluar dari sebuh tabung berlubang yang disi oleh zat cair. Semakin dalam, tekanan zat cair akan semakin besar. Tekanan pada zat cair yang diam disebut tekanan hidrostatik.
Tekanan hidrostatik memiliki sifat sebagai berikut:
- Semakin dalam letak suatu titik atau benda dari permukaan zat cair, maka tekanan akan semakin besar.
- Tekanan hidrostatis ke segala arah memiliki ukuran yang sama besar.
- Tekanan hidrostatis tergantung pada kedalaman, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi.
- Tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk wadahnya.
Terdapat tiga hukum fisika yang bekerja pada tekanan zat cair, yaitu hukum Pascal, bejana berhubungan, dan hukum Archimedes.
Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan zat cair pada ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan besarnya sama.
Sementara itu, bejana berhubungan adalah rangkaian beberapa bejana yang saling berhubungan satu sama lainnya dengan bagian atas yang terbuka. Keadaan permukaan air yang sama jenisnya selalu mendatar, sekalipun bejana dimiringkan.
Dalam hukum Archimedes membahas tentang gaya tekan ke atas zat cair. Besarnya gaya tekan ke atas (Fa) sama dengan hasil kali antara volume benda (Vb), massa jenis zat cair (ρ), dan gravitasi (g).
Rumusnya:
Ph = p . g . h atau Ph = S . h
Keterangan:
ph = Tekanan hidrostatis (N/m2 atau Pa).
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3).
g = percepatan gravitasi (m/s2).
h = kedalaman zat cair (m).
S = berat jenis zat cair (N/m3).
3. Rumus Tekanan zat gas
Tekanan zat gas, misalnya udara dipengaruhi oleh ketinggian suatu tempat. Sehingga, tekanan udara di setiap tempat akan berbeda-beda. Adapun rumusnya sebagai berikut:
Tekanan Udara = 76 cmHg - (Ketinggian/100 meter)
atau
Tekanan Udara = 760 mmHg - (Ketinggian/10 meter)
Sementara itu, gas yang berada pada ruang tertutup akan berlaku Hukum Boyle. Tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah konstan selama suhu gas tetap.
Rumus tekanan gas pada ruang tertutup adalah sebagai berikut:
p . V = konstan
p1. V1 = p2 . V2
Untuk gas campuran:
Pcampuran = (p1. V1) - (p2 . V2)/(V1 + V2)
Tekanan pada gas sering dinyatakan dengan satuan atmosfer (atm), di mana:
1 atm = 105 Pa, atau
1 atm = 76 cmHg
Keterangan:
P1 = tekanan awal (atm)
V1 = volume awal (m3)
P2 = tekanan akhir (atm)
V2 = volume akhir (m3)
Contoh Soal Rumus Tekanan
1. Berapakah tekanan hidrostatik air pada kedalaman 5 meter (ρ = 1.000 kg/m3) dan percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2.
Jawaban:
Diketahui:
h = 5 meter
ρ = 1.000 kg/m3
g = 10 m/s2
Ditanya:
Ph?
Penyelesaian:
Ph = ρ . g . h
= 1.000 . 10 . 5
= 50.000 N/m2 atau Pa, atau
= 50 kPa (kPa = kilopascal)
2. Kota Kebumen berada 200 m di atas permukaan air laut. Jika tekanan di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg, tentukan tekanan udara di kota Kebumen, nyatakan dalam cmHg!
Jawaban:
Diketahui
Setiap kenaikan 100 m tekananudara luar turun 1
h Kebumen = 200 m tekanan turun 2
Penyelesaian
P = 76 – 2
P = 74 cmHg
Jadi, tekanan udara di Kebumen adalah 74 cmHg.
3. Gaya 800 N bekerja pada permukaan seluas 5 m2. Berapa besar tekanan yang dihasilkan gaya tersebut.
Diketahui
F = 800 N
A = 5 m2
Penyelesaian
p = F/A
p = 800/5
p = 160 Pa
Jadi, besar tekanan pada soal tersebut adalah 160 Pa.