Tekanan: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal

Daftar Isi

Tekanan (P) adalah gaya per satuan luas, dirumuskan P = ^F/_A, di mana (F) adalah gaya dan (A) adalah luas permukaan.

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

Tekanan merupakan fenomena yang sudah sangat familiar dalam kehidupan sehari-hari. Disadari atau tidak, setiap hari kita berhubungan dengan tekanan.

Contoh paling sederhana, di saat kita berdiri, sebenarnya pada saat itu telapak kaki sedang menekan permukaan tanah.

Sekarang kakak tanya, lebih sakit mana diinjak oleh sepatu sekolah atau diinjak oleh hak sepatu pesta yang tinggi itu? Kakak yakin, semua pasti akan sepakat menjawab lebih sakit diinjak sepatu pesta.

Mengapa begitu? Alasannya bisa dijelaskan menggunakan teori tekanan. Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Tekanan

Apa yang dimaksud dengan tekanan? Dalam ilmu fisika, tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan atau bidang tekan.

Tekanan timbul sebagai akibat dari gaya tekan yang bekerja pada benda per satuan luas permukaan dengan arah yang tegak lurus.

Tekanan sangat bergantung pada besarnya gaya. Semakin besar gaya yang diberikan, maka semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Artinya, tekanan berbanding lurus dengan gaya.

Namun, tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Hal ini berarti, jika luas permukaan bidang tekan diperbesar, maka tekanan akan mengecil.

Simbol dan Satuan Tekanan

Dalam fisika, besaran tekanan disimbolkan atau dilambangkan dengan huruf P atau p. Satuan tekanan menurut Sistem Satuan Internasional (SI) adalah Newton per meter kuadrat (^N/_m²).

Satuan tekanan yang lain adalah Pascal (Pa), diambil dari nama seorang fisikawan Prancis, Blaise Pascal.

1 ^N/_m² = 1 Pa

Berdasarkan jenis satuannya, maka tekanan termasuk ke dalam besaran turunan, yang diturunkan dari besaran pokok massa, panjang, dan waktu.

Selain itu, tekanan juga termasuk ke dalam besaran vektor, jadi besaran ini dinyatakan dengan nilai dan angka.

Rumus Tekanan

Berdasarkan pengertian tekanan di atas, maka kita dapat menuliskan rumus tekanan dengan persamaan:

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)

Baca Juga:

• Rumus Berat Benda

Jenis-Jenis Tekanan

Oleh karena terdapat 3 jenis zat, yaitu zat padat, zat cair, dan zat gas, maka tekanan juga terbagi menjadi tiga. Setiap zat memiliki karakteristik tekanan yang berbeda. Berikut ini akan kakak jelaskan satu per satu:

1. Tekanan Zat Padat

Jika zat padat seperti balok diberi gaya dari atas akan menimbulkan tekanan. Semakin besar luas alas bidang tekannya, tekanan makin kecil.

Tekanan pada zat padat merupakan gaya yang bekerja pada satuan luas bidang tekan atau tekanan adalah gaya per satuan luas.

1.1. Rumus Tekanan Zat Padat

Rumus tekanan zat padat adalah sebagai berikut:

p = ^F/_A

2. Tekanan Zat Cair (Hidrostatik)

Tekanan pada zat cair dapat dilihat dari daya pancar yang keluar dari sebuah tabung berlubang yang diisi oleh zat cair.

Tekanan zat cair dipengaruhi oleh kedalaman. Semakin dalam airnya, tekanan zat cair semakin besar. Tekanan pada zat cair yang diam disebut tekanan hidrostatik.

2.1. Rumus Tekanan Zat Cair (Hidrostatik)

Rumus tekanan hidrostatik (hidrostatis) adalah sebagai berikut:

p_h = ρ . g . h, atau

p_h = S . h

Keterangan:

• p_h = 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) 

Baca Juga:

• Rumus Massa Jenis

Ada 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.

Pada gambar di atas, gaya F₁ menekan alas A₁ sehingga zat cair menekan ke alas A₂ dan menghasilkan tekanan sebesar F₂. Rumus tekanan berdasarkan hukum Pascal adalah sebagai berikut:

p = ^F₁/_A1 = ^F₂/_A2

Keterangan:

• F₁ = Gaya yang menekan pada tabung 1 (N)
• F₂ = Gaya yang menekan pada tabung 2 (N)
• A₁ = luas alas tabung 1 (m²)
• A₂ = luas alas tabung 2 (m²) 

Sementara itu, bejana berhubungan adalah rangkaian beberapa bejana yang saling berhubungan satu sama lainnya dan bagian atasnya terbuka.

Keadaan permukaan air yang sama jenisnya selalu mendatar, sekalipun bejana dimiringkan.

Dalam bejana berhubungan berlaku rumus:

p₁ = p₂

ρ₁. g₁ . h₁ = ρ₂. g₂ . h₂

ρ₁ . h₁ = ρ₂ . h₂

Kemudian, hukum Archimedes berbicara tentang gaya tekan ke atas zat cair. Besarnya gaya tekan ke atas (F_a) sama dengan hasil kali antara volume benda (V_b), massa jenis zat cair (ρ), dan gravitasi (g).

Berat benda di udara lebih berat dari benda saat di dalam zat cair karena di dalam zat air ada gaya tekan ke atas oleh zat cair tersebut. Besar gaya tekan ke atas ini sebanding dengan volume zat cair yang terdesak oleh benda itu.

Rumus hukum Archimedes adalah sebagai berikut:

F_a = V_b. ρ . g

F_a = V_b. S

Keterangan:

• F_a = Gaya tekan ke atas zat cair (N)
• V_b = Volume benda yang tercelup (m³)
• ρ = massa jenis zat cair (^kg/_m³)
• S = berat jenis zat cair (^N/_m³)

Catatan: Jika percepatan gravitasi (g) tidak disebutkan secara langsung di soal, maka gunakan nilai umum 10 ^m/_s². 

3. Tekanan Zat Gas

Tekanan pada zat gas, misalnya udara dipengaruhi oleh ketinggian suatu tempat. Akibatnya, tekanan udara di setiap tempat akan berbeda-beda. Berikut ini adalah rumus hubungan tekanan udara dan ketinggian tempat:

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. Boyle menemukan bahwa tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah tetap (konstan) selama suhu gas tetap.

Rumus tekanan gas pada ruang tertutup adalah sebagai berikut:

p . V = konstan

p₁. V₁ = p₂ . V₂

Untuk gas campuran:

p_campuran = ^{(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 Tekanan

Berikut ini adalah beberapa contoh soal yang berkaitan dengan tekanan:

Contoh Soal 1

Uraikan pengertian tekanan dalam ilmu fisika?

Jawaban:

Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan atau bidang tekan.

Contoh Soal 2

Tekanan itu turunan dari besaran pokok apa?

Jawaban:

Tekanan diturunkan dari besaran pokok massa, panjang, dan waktu

Contoh Soal 3

Apa yang terjadi pada tekanan apabila semakin besar massa jenis zat cair?

Jawaban:

Tekanan akan semakin besar, disebut tekanan hidrostatis.

Contoh Soal 4

Jelaskan aplikasi konsep tekanan zat padat pada lingkungan sekitar

Jawaban:

Paku dibuat runcing agar tekanan yang dihasilkan lebih besar sehingga mudah dipukul palu.

Contoh Soal 5

Mencari tekanan zat padat pada sebuah balok!
Perhatikan gambar berikut!

Jika g = 10 ^m/_s² tekanan balok pada lantai adalah...

Jawaban:

Diketahu:

m = 120 kg
g =  10 ^m/_s²
F = m . g = 120 . 10
   = 1.200 N
A = 20 cm . 40 cm
    = 0,2 m . 0,4 m
    = 0,08 m²

Ditanyakan:

p....?

Penyelesaian:

p = ^F/_A
p = ^1.200/_0,08
p = 15.000 ^N/_m² 

Jadi, tekanan yang diberikan balok pada lantai adalah 15.000 ^N/_m².

Contoh Soal 6

Tentukan 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

Ditanyakan:

• p_h........?

Penyelesaian:

p_h = ρ . g . h
    = 1.000 . 10 . 5
    = 50.000 ^N/_m² atau Pa, atau
    = 50 kPa (kPa = kilopascal)

Contoh Soal 7

Tekanan zat cair adalah 3.000 Pa tinggi zat cair 30 cm, berapakah massa jenis zat cair tersebut?

Jawaban:

Diketahui:

• p = 3.000 Pa
• h = 30 cm = 0,3 m

Ditanyakan:

• ρ....?

Penyelesaian:

p_h = ρ . g . h
3.000 = ρ . 10 . 0,3
ρ = ^3.000/₃
ρ = 1.000 ^kg/_m³

Jadi, massa jenis zat cair tersebut adalah 1.000 ^kg/_m³.

Contoh Soal 8

Besar tekanan hidrostatis pada kolam dengan kedalaman 2 m, jika massa jenis air 1.000 ^kg/_m³ dan percepatan gravitasi 10 ^m/_s² adalah...

Jawaban:

Diketahui:

• h = 2 m
• ρ = 1.000 ^kg/_m³
• g = 10 ^m/_s²

Ditanyakan:

• p_h.......?

Penyelesaian:

p_h = ρ . g . h
     = 1.000 . 10 . 2
     = 20.000 Pa, atau
     = 20 kPa

Jadi, besar tekanan hidrostatis pada kedalaman tersebut adalah 20 kPa.

Contoh Soal 9 

Ketinggian suatu kota 300 meter dpl (di atas permukaan laut). Berapakah tekanan udara di kota itu?

Jawaban:

Diketahui:

• Ketinggian = 300 m

Ditanyakan:

• Tekanan udara...?

Penyelesaian:

Tekanan Udara = 76 cmHg - (^Ketinggian/_{100 meter})
                        = 76 cmHg - (^{300 meter}/_{100 meter})
                        = 76 cmHg - 3
                        = 73 cmHg, atau
                        = 730 mmHg

Contoh Soal 10

Sebuah tabung yang volumenya 2 m³ bertekanan 6 atm, kemudian volumenya diperkecil menjadi 0,5 m³. Berapakah tekanannya sekarang?

Jawaban:

Diketahui:

• V₁ = 2 m³
• p₁ = 6 atm
• V₂ = 0,5 m³

Ditanyakan:

• p₂......?

Penyelesaian:

p₁. V₁ = p₂ . V₂
6 . 2 = p₂ . 0,5
p₂ = ¹²/_0,5
p₂ = 24 atm

Jadi, tekanannya sekarang adalah 24 atm.

Kesimpulan

Jadi, tekanan (P) adalah gaya per satuan luas, dirumuskan P = ^F/_A, di mana (F) adalah gaya dan (A) adalah luas permukaan.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi tekanan di atas? Jangan bingung lagi yah

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

Referensi:

• Esvandiari. 2007. Jago Fisika SMP. Jakarta: Puspa Swara.