Bejana Berhubungan: Hukum, Rumus, Contoh Soal

Daftar Isi

Bejana berhubungan adalah beberapa bejana yang bagian bawahnya dihubungkan satu sama lain dan bagian atasnya dibiarkan terbuka. Contoh dalam kehidupan sehari-hari; ceret, teko, alat penyiram bunga, dll.

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu topik yang berkaitan tentang tekanan zat cair, yakni bejana berhubungan.

Sebelumnya, kita telah menuntaskan sub pembahasan lainnya, yakni tentang Hukum Pascal dan Tekanan Hidrostatis. 

Sebenarnya, ketiga materi ini saling berhubungan, jadi ada baiknya kalian menguasai ketiganya agar mendapatkan pemahaman yang baik tentang tekanan pada zat cair. 

Lantas, seperti apa sih hakikat bejana berhubungan itu? Bagaimana bunyi hukumnya? Nah, semuanya akan dijelaskan secara lengkap dalam materi ini, termasuk rumus dan contoh soalnya.

Baiklah, kita mulai saja pembahasannya...

Daftar Isi

• 1Pengertian Bejana Berhubungan
• 2Bunyi Hukum Bejana Berhubungan
• 3Rumus Bejana Berhubungan
• 4Contoh Bejana Berhubungan dalam Kehidupan Sehari-hari
  • 4.1Pembuatan Teko
  • 4.2Pembuatan DAM
  • 4.3Menara Penampung Air
  • 4.4Tukang Bangunan
• 5Contoh Soal Bejana Berhubungan
• 6Kesimpulan

Pengertian Bejana Berhubungan

Apa yang dimaksud dengan bejana berhubungan? Dalam ilmu fisika, bejana berhubungan adalah dua atau lebih bejana yang bagian bawahnya saling dihubungkan satu sama lain dan bagian atasnya dibiarkan terbuka.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar dibawah ini!

Sebagaimana yang kalian lihat pada gambar di atas, dua atau lebih pipa saling dihubungkan. Ketika bejana tersebut diisi zat cair, maka permukaan zat cair pada pipa-pipanya akan sama tinggi.

 

Mengapa hal itu bisa terjadi? Penyebabnya adalah Hukum Pascal. Mari kita analisis:

Zat cair dalam tabung kiri akan memberi tekanan pada dasar tabung. Menurut Hukum Pascal, tekanan ini akan diteruskan ke segala arah dan sama rata, termasuk ke zat cair di tabung kanan.

Tekanan yang sama juga diberikan oleh zat cair pada tabung kanan ke tabung kiri. Akhirnya, keseimbangan akan tercapai jika kedua tekanan itu sama.

Karena cairan di dalam kedua tabung sama, maka keseimbangan akan tercapai jika tinggi cairan di kedua tabung sama. 

Bunyi Hukum Bejana Berhubungan

Hukum Bejana Berhubungan berbunyi:
 

"Jika bejana berhubungan diisi dengan zat yang sama dan dalam keadaan seimbang atau diam, maka permukaan zat cair terletak pada satu bidang datar."

Jadi, syarat berlakunya hukum bejana berhubungan adalah:

• Zat cair dalam bejana sama
• Zat dalam keadaan setimbang atau diam 

Permukaan zat cair tidak dipengaruhi oleh bentuk bejana atau pipa. Bagaimana pun bentuk bejana atau pipanya, permukaan zat cair akan selalu datar.

Selain itu, permukaan zat cair juga tidak dipengaruhi oleh posisi bejana. Meskipun, posisi bejana dimiringkan, permukaan zat cair akan tetap datar.

Hukum di atas sekaligus menjadi sifat dari bejana berhubungan. 

 

Namun, sifat atau hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika berada pada kondisi berikut ini:

• Bejana berhubungan berisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak dapat bercampur, zat cair yang massa jenisnya lebih kecil maka permukaannya lebih tinggi.
• Salah satu mulut bejana berhubungan ditutup sehingga tekanan di permukaan zat cair tidak sama, permukaan zat cair dalam bejana yang mulutnya ditutup lebih tinggi dibandingkan dengan permukaan zat cair pada mulut bejana yang tidak tertutup.
• Jika dalam bejana berhubungan terdapat pipa kapiler.
• Jika zat cair dalam bejana berhubungan digoncang-goncangkan atau zat cairnya bergerak.

Rumus Bejana Berhubungan

Misalnya, suatu bejana berhubungan diisi dua zat cair yang berbeda dan tidak dapat bercampur dengan berat jenis masing-masing S1 dan S2.

Tarik garis pada batas permukaan kedua zat cair itu (garis AB), seperti yang tampak pada gambar di bawah ini!

Berdasarkan hukum tekanan hidrostatis, tekanan di A sama dengan tekanan di B.

p_A = p_B...(1)

Oleh karena p = h . S, maka persamaan (1) bisa dituliskan menjadi:

h₁ . S₁ = h₂ . S₂...(2)

Oleh karena S = ρ . g, maka persamaan (2) bisa tuliskan menjadi:

h₁ . ρ₁ . g = h₂ . ρ₂ . g
h₁ . ρ₁ = h₂ . ρ₂, atau
^h₁/_h2 = ^ρ₁/_ρ2 ....(3)

 

Keterangan: 

• h₁ = tinggi zat cair 1 (m atau cm)
• h₂ = tinggi zat cair 2 (m atau cm)
• ρ₁ = massa jenis zat cair 1 (^kg/_m³ atau ^g/_cm³)
• ρ₂ = massa jenis zat cair 2 (^kg/_m³ atau ^g/_cm³)

Contoh Bejana Berhubungan dalam Kehidupan Sehari-hari

Disadari atau tidak, ada banyak contoh bejana berhubungan dalam kehidupan sehari-hari yang memanfaatkan sifat permukaan zat cair yang selalu mendatar. Berikut ini beberapa di antaranya: 

1. Pembuatan Teko

Pancuran teko tidak boleh lebih rendah daripada posisi tutupnya. Sebab, jika lebih rendah maka kita tidak akan pernah bisa mengisi teko dengan air hingga penuh. 

 

Air akan keluar melalui pancuran sebelum teko terisi penuh dengan air. Hal ini disebabkan tinggi permukaan air di dalam teko dengan tinggi permukaan air di dalam pancurannya selalu sama. Air akan keluar setiap kali mencapai mulut pancuran.

2. Pembuatan DAM

DAM yang dibuat untuk mengairi sawah harus menampung air dengan permukaan yang lebih tinggi dari persawahan. 

 

Karena permukaan air cenderung mengambil posisi mendatar, air dari dam dapat mengalir ke daerah persawahan yang lebih rendah.

3. Menara Penampung Air

Menara penampung air dibuat tinggi agar air dapat mengalir ke pipa-pipa yang lebih rendah di dalam rumah. Karena permukaan air cenderung rata, air akan mengalir pada saat keran di dalam rumah dibuka.

4. Tukang Bangunan

Tukang bangunan menggunakan konsep bejana berhubungan untuk membuat titik yang sama tingginya. Kedua titik yang sama ketinggiannya ini digunakan untuk membuat garis lurus yang datar. 

 

Biasanya, garis tersebut digunakan sebagai patokan untuk memasang ubin supaya permukaan ubin menjadi rata dan memasang jendela-jendela supaya antara jendela satu dan jendela lainnya sejajar.

 

Tukang bangunan menggunakan selang kecil yang diisi air dan kedua ujungnya diarahkan ke atas. Akan dihasilkan dua permukaan air, yaitu permukaan air kedua ujung slang.

Contoh Soal Bejana Berhubungan

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang bejana berhubungan:

Contoh Soal 1

Sebuah bejana diisi air. Kemudian, dituangkan minyak di kaki lainnya hingga tinggi minyak 20 cm terhadap garis setimbang. Berapa tinggi air terhadap garis setimbang jika massa jenis air 1 ^g/_cm³ dan massa jenis minyak 0,8 ^g/_cm³. 

Jawaban:

Diketahui:

• h₂ = 20 cm
• ρ₁ = 1 ^g/_cm³
• ρ₂ = 0,8 ^g/_cm³

Ditanyakan:

• h₁ .....?

Penyelesaian:

 

h₁ = h₂ ^ρ₂/_ρ1 

     = 20 . ^0,8/₁

     = 20 . 0,8

     = 16 cm 

 

Jadi, tinggi air terhadap garis setimbang adalah 16 cm.

Contoh Soal 2

Sebuah bejana berhubungan mempunyai luas penampang yang sama di semua bagiannya. Di pipa kiri ada air setinggi 16 cm, sedangkan di pipa kanan ada alkohol dengan tinggi 20 cm. Jika massa jenis air 1 ^g/_cm³, berapa massa jenis alkohol?

Jawaban:

Diketahui:

• h₁ = 16 cm
• h₂ = 20 cm
• ρ₁ = 1 ^g/_cm³

Ditanyakan:

• ρ₂ .....?

Penyelesaian:

 

ρ₂ = ρ₁ ^h₁/_h2 

     = 1 . ¹⁶/₂₀

     = 1 . 0,8

     = 0,8 ^g/_cm³ 

 

Jadi, massa jenis alkohol adalah 0,8 ^g/_cm³. 

Kesimpulan

Jadi, bejana berhubungan adalah beberapa bejana yang bagian bawahnya dihubungkan satu sama lain dan bagian atasnya dibiarkan terbuka. Contoh dalam kehidupan sehari-hari; ceret, teko, alat penyiram bunga, dll.

 

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

 

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

 

Referensi:

• Surya, Yohanes. 2008. IPA Fisika Gasing 2 Kelas VIII. Jakarta: Kandel.
• Wijaya, Agung. 2008. IPA Terpadu VIIIB Untuk SMP dan MTs Kelas VIII. Jakarta: Grasindo.