Tekanan Hidrostatis: Pengertian, Rumus, Contoh Soal (Lengkap)

Daftar Isi

Tekanan hidrostatis (p_h) adalah tekanan dalam zat cair diam yang disebabkan oleh zat cair itu sendiri karena pengaruh kedalaman.

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang tekanan hidrostatis.

Materi tekanan hidrostatis sendiri merupakan subbab pembahasan dari materi tekanan yang sering dipelajari oleh siswa SMP kelas 8 dan SMA kelas 11.

Sebelumnya, kita telah menuntaskan pembahasan seputar tekanan secara umum. Di dalamnya telah kita singgung sedikit tentang tekanan hidrostatis, kalian bisa membacanya di sini: Tekanan. 

Jadi, materi ini bisa disebut sebagai pengembangan dari materi sebelumnya. Sengaja kakak bahas lebih lanjut karena luasnya pembahasan tentang tekanan hidrostatis.

Baiklah, kita mulai saja materinya...

Daftar Isi

• 1Pengertian Tekanan Hidrostatis
• 2Sifat Tekanan Hidrostatis
• 3Hukum Tekanan Hidrostatis
• 4Faktor yang Mempengaruhi Tekanan Hidrostatis
  • 4.1Massa Jenis Zat Cair
  • 4.2Kedalaman Zat Cair
  • 4.3Percepatan Gravitasi
• 5Faktor yang Tidak Mempengaruhi Tekanan Hidrostatis
• 6Simbol dan Satuan Tekanan Hidrostatis
• 7Rumus Tekanan Hidrostatis
• 8Cara Menghitung Tekanan Hidrostatis
• 9Contoh Tekanan Hidrostatis
• 10Contoh Soal Tekanan Hidrostatis
• 11Kesimpulan

Pengertian Tekanan Hidrostatis

Apa yang dimaksud dengan tekanan hidrostatis? Dalam ilmu fisika, tekanan hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair diam yang disebabkan oleh zat cair itu sendiri karena pengaruh kedalaman.

Sedangkan, ilmu yang mempelajari tentang zat cair dalam keadaan diam disebut hidrostatika (statika fluida).

Tekanan yang dialami oleh suatu titik di dalam zat cair diakibatkan oleh gaya berat zat cair yang berada di atas titik tersebut.

Gaya berat zat cair bekerja pada bidang dasar karena adanya pengaruh gaya gravitasi sehingga menimbulkan tekanan.  

 

Semakin banyak air yang berada di atas bidang dasar, semakin besar tekanan di bidang dasar. Tekanan akibat pengaruh gaya gravitasi bumi inilah yang disebut tekanan hidrostatis.

Sifat Tekanan Hidrostatis

Sifat-sifat tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut:

• Tekanan hidrostatis makin ke bawah dari permukaan zat cair akan semakin besar.
• Pada kedalaman yang sama, tekanan hidrostatis besarnya sama.
• Tekanan hidrostatis menekan ke segala arah.
  

Hukum Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis ditentukan oleh kedalaman zat cair yang diukur dari permukaan dan tidak tergantung pada luas penampang wadah zat cair tersebut.

Artinya, tekanan hidrostatis tidak tergantung pada wadah atau bentuk penampangnya. Dengan demikian, jika suatu zat cair dituangkan ke dalam bejana berhubungan maka tinggi permukaan zat cair akan sama.

Hukum tekanan hidrostatis menyatakan bahwa tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam zat cair yang sejenis dalam keadaan seimbang adalah sama. 

Faktor yang Mempengaruhi Tekanan Hidrostatis

Berdasarkan seluruh uraian di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa besarnya tekanan hidrostatis bergantung pada:

1. Massa Jenis Zat Cair (ρ)

Semakin besar massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan hidrostatisnya. Jadi, jika terdapat 3 jenis zat cair, misalnya larutan garam, air, dan minyak, dimasukkan secara terpisah ke dalam tiga wadah identik.

Ketika kita menunjuk titik dengan kedalaman yang sama pada masing-masing wadah tersebut, maka tekanan hidrostatis pada titik larutan garam akan lebih besar daripada air, dan tekanan hidrostatis air akan lebih besar daripada minyak.

Perbedaan itu disebabkan oleh massa jenis larutan garam lebih besar daripada massa jenis air, dan massa jenis air lebih besar daripada massa jenis minyak.

2. Kedalaman Zat Cair (h)

Semakin jauh suatu titik dalam zat cair dari permukaan, maka semakin besar tekanan hidrostatisnya. Dengan kata lain, tekanan hidrostatis semakin meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman.

 

Perhatikan gambar berikut ini!

Jarak pancaran air pada titik paling bawah lebih jauh daripada titik di atasnya. Penyebabnya adalah titik tersebut mengalami tekanan hidrostatis paling besar daripada kedua titik lainnya.

3. Percepatan Gravitasi (g)

Tekanan hidrostatis juga dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Besaran ini akan menghasilkan besaran berat jenis zat cair (S) ketika dikombinasikan dengan massa jenis zat cair, dengan persamaan:

S = ρ . g

Keterangan:

S = berat jenis zat cair (^N/_m³)

ρ = massa jenis zat cair (^kg/_m³)

g = percepatan gravitasi (^m/_s²)

Faktor yang Tidak Mempengaruhi Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh bentuk wadah. Dari uraian di atas, dijelaskan bahwa tekanan hidrostatis hanya bergantung kepada massa jenis, kedalaman, dan percepatan gravitasi.

 

Perhatikan gambar di bawah ini!

Meskipun bentuk wadahnya berbeda, namun tekanan hidrostatis ketiga titik tersebut besarnya sama.

Simbol dan Satuan Tekanan Hidrostatis

Dalam fisika, tekanan hidrostatis disimbolkan dengan p_h, sedangkan satuannya dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah ^N/_m² atau Pascal (Pa). 

 

1 ^N/_m² = 1 Pa

Tekanan hidrostatis termasuk ke dalam besaran turunan, yakni diturunkan dari besaran pokok panjang, massa, dan waktu. 

Selain itu, tekanan hidrostatis juga termasuk ke dalam besaran skalar sehingga untuk menyatakannya cukup dengan nilai/angka saja, tidak mempunyai arah.

Rumus Tekanan Hidrostatis dan Keterangannya

Pada bagian ini, kita akan menurunkan rumus tekanan hidrostatis dari persamaan umum tekanan. 

 

Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat zat cair (F) dan luas permukaan bejana (A). 

p = ^F/_A....(1)

 

Gaya berat zat cair merupakan perkalian antara massa zat cair (m_h) dengan percepatan gravitasi bumi (g), dituliskan F = m_h . g. Sehingga, rumus (1) di atas bisa dituliskan menjadi: 

 

p = ^{m_h . g}/_A .....(2)

 

Oleh karena m_h = ρ . V (massa jenis kali volume), maka persamaan (2) di atas bisa dituliskan lebih lanjut menjadi:

p = ^{ρ . V . g}/_A....(3)

 

Volume zat cair di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan kedalaman zat cair dalam bejana (h) atau V = A . h, sehingga rumus (3) di atas bisa dituliskan menjadi: 

p = ^{ρ . (Ah) . g}/_A = ρ . h . g.....(4)

 

Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan p_h, maka rumus tekanan hidrostatis adalah:

 

p_h = ρ . g . h

 

Keterangan:

• p_h = tekanan hidrostatis (Pa)
• ρ = massa jenis zat cair (^kg/_m³)
• g = percepatan gravitasi (^m/_s²)
  
• h = kedalaman titik (m) 

Jika tekanan udara luar (tekanan atmosfer) diperhitungkan (p₀), maka tekanan hidrostatis pada suatu titik di dalam zat cair pada kedalaman h dari permukaan zat cair dirumuskan: 

p_h = p₀ + ρ . g . h

Keterangan:

• p₀ = tekanan udara luar/atmosfer (Pa) 

Sementara itu, gaya hidrostatis (F) dirumuskan:

F = ρ . g . h . A

Keterangan:

• F = Gaya hidrostatis (N)
• A = Luas alas bidang (m²)
  

Cara Menghitung/Mencari Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis dihitung menggunakan rumus: 

p_h = ρ . g . h

Langkah-langkah menghitung tekanan hidrostatis, antara lain sebagai berikut:

1. Tentukan terlebih dahulu nilai massa jenis zat cair (ρ).
2. Tentukan juga nilai dari percepatan gravitasi (g).
3. Ukur berapa kedalaman titik dari permukaan zat cair (h).
4. Perkalikan semua besaran di atas untuk mendapatkan nilai tekanan hidrostatis (p_h). 

Contoh Tekanan Hidrostatis dalam Kehidupan Sehari-hari

Contoh tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut: 

1. Tekanan saat menyelam, semakin dalam menyelam maka tekanan hidrostatis semakin besar.
2. Dasar bendungan semakin ke bawah semakin tebal untuk menahan tekanan hidrostatis yang semakin ke bawah juga semakin besar.
3. Pemasangan infus, semakin tinggi posisi botol infus maka semakin besar tekanannya membuat cairan infus dapat masuk ke aliran darah.
4. Lubang pembuangan bak air diletakkan dekat bagian dasar agar air bisa keluar dengan deras.

Contoh Soal Tekanan Hidrostatis

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang tekanan hidrostatis dan jawabannya. Contoh soal ini bisa digunakan oleh SMP kelas 8 dan SMA kelas 11:

1. Penyelam mengalami tekanan hidrostatis terbesar ketika berada di titik?

Jawab:

 

Penyelam mengalami tekanan hidrostatis terbesar ketika berada di titik terendah sebuah sungai, atau laut, atau kolam.

2. Tekanan hidrostatis ikan pada gambar tersebut adalah...Jika massa jenis air = 1 ^gr/_cm³ dan percepatan gravitasi bumi = 10 ^m/_s².

Jawab:

 

Diketahui:

• ρ = 1 ^gr/_cm³ = 1.000 ^kg/_m³
• g = 10 ^m/_s² 
• h = 100 cm - 15 cm = 85 cm = 0,85 m

Ditanyakan:

• p_h .....?

Penyelesaian:

p_h = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 0,85 

     = 8.500 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami ikan adalah 8.500 Pa. 

3. Tekanan hidrostatik suatu zat cair pada kedalaman 50 cm adalah 300 Pa. Besar tekanan hidrostatis zat cair tersebut pada kedalaman 1,5 meter adalah?

Jawab:

Diketahui:

• h₁ = 50 cm = 0,5 m
• p_h1 = 300 Pa
• h₂ = 1,5 m

Ditanyakan:

• p_h2 .....?
  

Soal ini menggunakan zat cair yang sama, jadi:

ρ₁ = ρ₂ 

^p_h1/_g.h1 = ^p_h2/_g.h2

^p_h1/_h1 = ^p_h2/_h2

p_h2 = ^{p_{h1 . h2}}/_h1 

      = 300 . ^1,5/_0,5

      = 300 . 3  

      = 900 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis pada kedalaman 1,5 meter adalah 900 Pa.

4. Tekanan hidrostatis yang diterima benda yang berada di dalam air sedalam 350 cm jika massa jenis air 1.000 ^kg/_m³ dan besar gravitasi 10  ^N/_kg adalah?

Jawab:

Diketahui:

• h = 350 cm = 3,5 m
  
• ρ = 1.000 ^kg/_m³
• g = 10 ^N/_kg

Ditanyakan:

• p_h .....?

Penyelesaian:

p_h = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 3,5 

     = 35.000 Pa, atau

     = 35 kPa

Jadi, besar tekanan hidrostatis pada benda tersebut adalah 35 kPa.

5. Tekanan hidrostatis pada dasar bejana dapat diperkecil dengan cara.... 

A. Menambah tinggi zat cair
B. Memperbesar massa jenis zat cair
C. Memperbesar luas dasar bejana, tetapi volume zat cair tetap
D. Memperkecil luas dasar bejana, tetapi volume zat cair tetap
E. Memperbesar luas alas bejana dan volumenya

Jawab:

C. Memperbesar luas dasar bejana, tetapi volume zat cair tetap. 

 

Alasannya adalah ketika luas dasar bejana diperbesar dan volume zat cair tetap, maka tinggi permukaan air bejana akan turun. Sehingga, kedalaman dasar bejana akan berkurang saat diukur dari permukaan zat cair. Akibatnya, tekanan hidrostatis pada dasar bejana jadi mengecil.

6. Tekanan hidrostatis akan semakin berkurang apabila berat jenis zat cair?

Jawab:

 

Berkurang. Alasannya adalah tekanan hidrostatis (p_h) berbanding lurus dengan besarnya berat jenis (S) zat cair, yang dirumuskan S = ρ . g, di mana (ρ) adalah massa jenis zat cair dan (g) adalah percepatan gravitasi.

7. Tekanan hidrostatis yang dialami ikan sebesar...(g = 10 ^m/_s²)

Jawab:

Diketahui:

• ρ = 1000 ^kg/_m³
• g = 10 ^m/_s²
• h = 50 cm - 40 cm = 10 cm = 0,1 m

Ditanyakan:

• p_h.......?

Penyelesaian:

p_h = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 0,1      

     = 1.000 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami ikan adalah 1.000 Pa. 

8. Sebuah bak mandi berbentuk persegi panjang memiliki panjang 2 m, lebar 1 m, dan tinggi 0,5 m. Bak air tersebut berisi 50 liter air ( ρ = 1.000 ^kg/_m³). Jika g = 10 ^m/_s², tentukan:
a. Tekanan hidrostatis pada dasar bak.
b. Besar gaya hidrostatis pada dasar bak tersebut. 

Jawab:

Diketahui:

• p = 2 m
• l = 1 m
• t = 0,5 m
• V = 50 liter = 0,05 m³
• ρ = 1.000 ^kg/_m³ 
• g = 10 ^m/_s²

Ditanyakan:

 

a. p_h di dasar bak

b. F di dasar bak

Penyelesaian:

a. p_h di dasar bak

 

A = p . l

    = 2 . 1

    = 2 m²

 

h = ^V/_A

   = ^0,05/₂

   = 0,025 m

 

p_h = ρ . g . h

     = 1.000 . 10 . 0,025

     = 250 Pa

Jadi, tekanan hidrostatis di dasar bak adalah 250 Pa.

b. F di dasar bak

F = ρ . g . h . A 

   = ρ . g . h . A

   = 1.000 . 10 . 0,025 . 2

   = 500 N

Jadi, gaya hidrostatis di dasar bak adalah 500 N

Kesimpulan

Jadi, tekanan hidrostatis (p_h) adalah tekanan dalam zat cair diam yang disebabkan oleh zat cair itu sendiri karena pengaruh kedalaman.

 

Gimana adik-adik, udah paham kan materi Tekanan Hidrostatis di atas? Jangan lupa lagi yah.

 

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Referensi:

• Pauliza, Osa. 2008. Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan untuk SMK Kelas XI. Bandung: Grafindo Media Pratama. 
  
• Saripudin, Aip dkk. 2007. Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI SMA/MA Program IPA. Jakarta: Visindo Media Persada.