Skip to main content

​
Apa sebenarnya tekanan itu

Tekanan adalah salah satu kata yang digunakan orang dengan longgar. Dalam fisika, ia tepat:
Tekanan = gaya yang disebar pada suatu luas. P=FAP = \frac{F}{A}
Diukur dalam pascal (Pa). Satu pascal adalah satu newton per meter persegi — jumlah yang sangat kecil.

​
Contoh mengapa-ini-penting

Menginjak Lego dengan kaki telanjang. Penderitaan. Mengapa? Karena seluruh berat Anda (katakanlah 700 N) menekan pada luas runcing yang kecil dari satu pasak (mungkin 0,000002 m²). P=7000,000002=350.000.000 PaP = \frac{700}{0,000002} = 350{.}000{.}000 \text{ Pa} 350 juta pascal ke telapak kaki Anda. Itulah sebabnya itu jauh lebih sakit daripada berdiri di lantai datar dengan berat badan yang sama. Gaya yang sama. Luas yang kecil. Tekanan yang sangat besar. Ini juga sebabnya:
  • Pisau memotong (sisi tipis → luas kecil → tekanan besar).
  • Sepatu salju berfungsi (luas besar → tekanan lebih sedikit → tidak tenggelam).
  • Hak tinggi menggembungkan lantai tetapi kaki gajah tidak (ya, sungguh).

​
Fluida: cairan dan gas bersama-sama

Dalam fisika, “fluida” berarti apa pun yang mengalir: cairan atau gas. Air adalah fluida. Udara adalah fluida. Madu adalah fluida (hanya yang lambat). Aturan untuk cairan dan gas sebagian besar sama, yang nyaman.

​
Anda hidup di dasar lautan udara

Udara di atas Anda ditarik ke bawah oleh gravitasi, sama seperti segala sesuatu yang lain. Kolom udara yang menekan Anda saat ini disebut tekanan atmosfer, dan besarnya sekitar 101.000 Pa (101 kPa). Itu berarti kira-kira 10 newton gaya pada setiap sentimeter persegi tubuh Anda. Tangan Anda memiliki sekitar 100 N udara yang menekan di setiap sisi. Mengapa Anda tidak merasa hancur? Karena tekanan yang sama mendorong Anda dari setiap arah — dan Anda memiliki fluida di dalam yang mendorong balik dengan tekanan yang sama. Semuanya seimbang. Saat sesuatu membuat tidak seimbang (seperti menghisap sedotan, atau naik pesawat), Anda akan segera memperhatikannya.

​
Bagaimana sebenarnya sedotan bekerja

Ini adalah contoh momen-kebenaran. Anda tidak menghisap cairan ke atas sedotan. Atmosferlah yang mendorongnya ke atas.
1

Anda menurunkan tekanan di dalam sedotan

Dengan menghisap, Anda mengeluarkan sebagian udara dari bagian atas sedotan. Tekanan di dalam lebih rendah daripada di luar.
2

Atmosfer mendorong minuman ke atas

Tekanan atmosfer penuh masih mendorong ke bawah pada sisa minuman. Cairan mengambil jalan yang mudah — naik melalui sedotan bertekanan rendah.
3

Anda meminumnya

Selamat, Anda telah menggunakan atmosfer sebagai alat.
Inilah sebabnya sedotan memiliki ketinggian maksimum. Jika sedotan Anda lebih dari 10 meter, bahkan vakum sempurna di bagian atas pun tidak dapat mengangkat air setinggi itu — atmosfer tidak cukup kuat.

​
Tekanan dalam cairan

Menyelam ke kolam. Telinga Anda sakit semakin dalam Anda pergi. Mengapa? Karena semakin dalam Anda berada, semakin banyak air di atas Anda yang menekan ke bawah. Aturannya: P=ρghP = \rho g h
  • ρ\rho (rho) = densitas cairan
  • gg = gravitasi
  • hh = kedalaman
Lebih dalam = lebih banyak tekanan. Secara linier. Setiap 10 meter air menambahkan sekitar 1 atmosfer tekanan. Kapal selam harus dibangun seperti tank karena laut dalam menghancurkan benda-benda.
Tekanan hanya bergantung pada kedalaman, bukan pada bentuk wadah. Tabung air tipis yang tinggi dan kolam renang lebar dengan kedalaman yang sama memiliki tekanan yang sama di dasar. Ini membuat orang takut, tetapi itu benar — dan itulah cara sistem hidraulik bekerja.

​
Mengapa kapal mengapung: prinsip Archimedes

Kapal baja seberat 100.000 ton mengapung. Kelereng baja 1 gram tenggelam. Apa-apaan?
Apa pun yang berada dalam fluida didorong ke atas oleh gaya yang sama dengan berat fluida yang ia dorong keluar dari jalannya.
Dorongan ke atas ini disebut gaya apung.
  • Kelereng menggeser sedikit air (berat: kecil). Gaya apung jauh lebih kecil dari berat kelereng → ia tenggelam.
  • Kapal, berongga dan besar, menggeser banyak air (berat: 100.000 ton). Gaya apung = berat kapal → ia mengapung.
Bukan tentang materialnya. Tentang seberapa banyak air yang Anda dorong keluar dari jalan.

​
Tes cepat

Mengapa es mengapung di air? Karena air beku kurang padat daripada air cair. Massa yang sama mengambil ruang yang lebih banyak. Jadi sepotong es menggeser lebih dari beratnya sendiri dalam air cair. Gaya apung menang. (Ini juga aneh dan langka — kebanyakan benda lebih padat saat padat. Air adalah istimewa, dan kehidupan di Bumi bergantung padanya.)

​
Prinsip Pascal: bagaimana hidraulik melipatgandakan gaya

Tekanan yang diterapkan pada fluida dalam wadah tertutup menyebar merata ke mana-mana.
Inilah trik yang memungkinkan seseorang mengangkat mobil dengan satu tangan. Dongkrak mobil memiliki dua piston yang dihubungkan oleh oli:
  • Piston kecil: luas kecil. Anda mendorong dengan gaya kecil.
  • Piston besar: luas besar. Tekanan yang sama × luas yang besar = gaya besar.
Anda menukar jarak dengan gaya. Anda harus memompa piston kecil berkali-kali untuk menggerakkan piston besar sedikit saja. Tetapi energinya kekal — Anda hanya menyebarkan kerja Anda. Beginilah cara:
  • Rem mobil bekerja (kaki mendorong piston kecil, kaliper rem menjepit roda dengan kuat)
  • Ekskavator mengangkat berton-ton tanah
  • Kursi dokter gigi naik turun
Insinyur mekanik menyukai hidraulik. Mereka mengubah input kecil menjadi output yang sangat besar.

Selanjutnya: Panas dan Suhu

Apa arti “panas” sebenarnya pada tingkat molekuler.