LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

REMOTE LABORATORY

Tekanan Hidrostatik

Nama : Mauhibiya Shofa

NPM : 1106010515

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Kimia

Kode Praktikum : MR03

Tanggal Praktikum : 8 Maret 2012

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP IPD)

Universitas Indonesia

Depok, 2012

I. Tujuan Praktikum

Untuk mengukur massa jenis suatu cairan.

II. Prinsip Dasar

Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase), yaitu fase padat, cair dan gas.

Beberapa perbedaan di antara ketiganya adalah: 1) Fase padat, zat mempertahankan suatu bentuk

dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan pada benda tersebut. 2) Fase

cair, zat tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengikuti bentuk wadahnya. Tetapi

seperti halnya fase padat, pada fase cair, zat tidak mudah dimampatkan, dan volumenya dapat

diubah hanya jika dikerjakan gaya yang sangat besar. 3) Fase gas, zat tidak mempunyai bentuk

tetap, tetapi akan berkembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas memiliki

karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai

kemampuan untuk mengalir; dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat alir,

yaitu zat yang dalam keadaan biasa dapat mengalir. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan

bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan oleh lemahnya

ikatan antara molekul (gaya kohesi).

Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat

cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu

memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga

membentuk suatu kesatuan yang jelas, meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya.

Akibat lainnya adalah kemampuannya untuk dimampatkan. Gas bersifat mudah

dimampatkan sedangkan zat cair sulit. Gas jika dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar

akan berubah manjadi zat cair. Mekanika gas dan zat cair yang bergerak mempunyai perbedaan

dalam beberapa hal, tetapi dalam keadaan diam keduanya mempunyai perilaku yang sama dan

ini dipelajari dalam statika fluida.

A. STATIKA FLUIDA

Kerapatan dan Berat Jenis

Kerapatan (densitas) sutau benda, ρ, didefinisikan sebagai massa per satuan volume:

dengan m adalah massa benda dan V adalah volume benda. Dengan demikian, satuan

internasional untuk kerapatan adalah kg/m3, dan dalam cgs adalah g/cm

3. Selain kerapatan,

besaran lain yang sering digunakan dalam menangani persoalan fluida adalah berat jenis. Berat

jenis suatu benda didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan benda tersebut terhadap

kerapatan air pada suhu 40

C. Dengan demikian berat jenis merupakan besaran murni tanpa

dimensi maupun satuan.

Tekanan Fluida

Gaya merupakan unsur utama dalam kajian mekanika benda titik. Dalam mekanika fluida,

unsur yang paling utama tersebut adalah tekanan. Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu

titik pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut.

Secara matematis, tekanan (P) didefinisikan melalui hubungan

dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida. Satuan tekanan

adalah N/m2 atau pascal (Pa).

Secara mikroskopik, gaya merupakan pertambahan momentum per satuan waktu yang

disebabkan oleh tumbukan molekul-molekul fluida di permukaan tersebut. Permukaan ini bisa

berupa permukaan batas antara fluida dengan wadahnya, tetapi ia bisa pula berbentuk permukaan

imajiner yang kita buat pada fluida. Tekanan merupakan besaran skalar, bukan suatu besaran

vektor seperti halnya gaya.

Hubungan Tekanan dengan Kedalaman

Dengan menggunakan hukum newton, kita dapat menurunkan persamaan yang

menghubungkan tekanan dengan kedalaman fluida:

P0 adalah tekanan di permukaan.

B. TEKANAN HIDROSTATIK

Statika fluida (hidrostatik) merupakan cabang ilmu yang mempelajari fluida statis.

Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan stabil (setimbang). Anikouchine

dan Sternberg (1981) mengatakan bahwa tekanan air pada setiap arah pada suatu badan air

memiliki besaran yang sama, air akan bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah

bertekanan lebih rendah. Tekanan hidrostatik dapat digambarkan sebagai berikut:

Dimana,

P = tekanan hidrostatik (tekanan/unit area)

ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

g = percepatan gravitasi bumi (g = 9.8 m/s2)

h = kedalaman fluida dari permukaan (m)

Tekanan hidrostatik adalah tekanan zat cair yang diukur berdasarkan berat kolom air yang

diukur dalam atmosfer (atm). Hal ini disebabkan karena adanya gaya gravitasi yang

menyebabkan zat cair dalam suatu wadah tersebut selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair

dalam wadah, maka makin berat zat cair itu sehingga makin besar tekanan yang dihasilkan zat

cair pada dasar wadah.

Pada percobaan ini tekanan di dasar tabung lebih besar dibanding dengan di atas tabung

untuk menopang berat cairan di tabung. Massa cairan di tabung ini dapat dituliskan menjadi :

dan beratnya adalah

dengan, A = luas penampang tabung (m2)

Apabila Po adalah tekanan pada bagian atas tabung dan P adalah tekanan yang terdapat pada

dasar tabung, maka gaya ke atas yang disebabkan oleh beda tekanan adalah PA – PoA. Maka

didapatkan suatu persamaan sebagai berikut :

dengan,

P = tekanan pada bagian atas (Pa)

Po = tekanan pada dasar tabung (Pa)

III. PERALATAN

a. Piranti sensor tekanan

b. Silinder pejal ( d = 12.1 mm )

c. Termometer

d. Bejana (d = 16 mm)

e. Piranti penggerak silinder

f. Camcorder

g. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.

Gambar 1. Sebuah tabung berisi cairan

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah

halaman ini.

a. Mengaktifkan web cam.

b. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan

c. Menurunkan bandul sejauh 1 cm.

d. Mengaktifkan motor dengan mengeklik radio button di sebelahnya.

e. Mengukur tekanan air dengan mengklik icon ukur!

f. Mengulangi langkah 1 hingga 3 dengan menurunkan bandul sejauh 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dan

9 cm.

V. TUGAS DAN EVALUASI

a. Pada penurunan bandul yang ke berapa hingga ke berapa yang mengakibatkan bandul

tercelup di cairan ?

b. Ketika bandul diturunkan dan telah tercelup cairan, hitunglah perubahan kenaikan air dari

satu langkah penurunan bandul ke langkah penurunkan bandul berikutnya.

c. Buatlah grafik yang menunjukan hubungan penurunan bandul dengan tekanan yang

terukur di dasar tabung !

d. Hitunglah nilai kerapatan zat cair (ρ) yang digunakan, dengan menggunakan persamaan

(2).

P0 adalah tekanan yang terukur pada saat bandul tidak tercelup.

e. Buatlah analisis dari hasil percobaan ini.

VI. PENGOLAHAN DATA DAN EVALUASI

Berdasarkan teori yang menyatakan bahwa tekanan hidrostatik bergantung pada massa jenis

suatu zat / fluida, ketinggian dan percepatan gravitasi menentukan apakah bandul tersebut

tercelup atau belum tercelup tergantung pada seberapa besar dari penurunan bandul yang di

variasikan. Pada penurunan bandul 1-3 cm, tidak menyebabkan perubahan tekanan yang terlalu

besar, akan tetapi saat bandul diturunkan mulai dari 4 cm, perbedaan tekanan terlihat mencolok

dan begitu besar. Hal ini menandakan bahwa bandul sudah mulai tercelup. Kemudian setelah

bandul diturunkan mulai dari 5–9 cm, tekanan yang ditimbulkan semakin besar. Hal ini

disebabkan oleh pengaruh ketinggian dari bandul yang semakin besar dan berat fluida yang

dipindahkan pun semakin besar yang mempengaruhi besar dari tekanan. Langkah pertama yang

harus dilakukan adalah menghitung rata-rata dari masing-masing tekanan pada masing-masing

penurunan bandul. Berikut adalah perhitungannya,

Penurunan

(cm)

Tekanan

(KPa)

Rata-rata

(P)

1.0 10368.2

10492.23 1.0 10573.3

1.0 10535.2

2.0 10591.2

10545.77 2.0 10561.6

2.0 10484.5

3.0 10560.6

10551.07 3.0 10539.4

3.0 10553.2

4.0 10654.7

10704.37 4.0 10700.1

4.0 10758.3

5.0 10876.7

10800.57 5.0 10767.8

5.0 10757.2

6.0 11207.6

11058.2 6.0 11042.7

6.0 10924.3

7.0 11007.8

11018.7 7.0 11016.2

7.0 11032.1

8.0 11143.1 11158.27

8.0 11183.3

8.0 11148.4

9.0 11249.9

11290.03 9.0 11300.6

9.0 11319.6

Berdasarkan persamaan (2), dimana P = P0 + ρ g h, maka

∆P = ρ g h

y = mx + b

Y X Y2 X2 XY

10492.23 0.01 110086890.4 0.0001 104.9223

10545.77 0.02 111213264.9 0.0004 210.9154

10551.07 0.03 111325078.1 0.0009 316.5321

10704.37 0.04 114583537.1 0.0016 428.1748

10800.57 0.05 116652312.3 0.0025 540.0285

11058.2 0.06 122283787.2 0.0036 663.492

11018.7 0.07 121411749.7 0.0049 771.309

11158.27 0.08 124506989.4 0.0064 892.6616

11290.03 0.09 127464777.4 0.0081 1016.1027

97619.21 0.45 1059528387 0.0285 4944.1384

Dengan,

Sehingga, m = 10529.65

Berdasarkan

∆P = ρ g h

y = mx + b

maka, nilai

ρ = 10529.65 / 9.8

ρ = 1074.45 kg/m3

Untuk tekanan mula-mula, di ukur pada keadaan silinder belum tercelup. Keadaan

silinder belum tercelup (0 cm) sampai pada penurunan 4 cm, oleh karena itu, rata-rata tekanan

mula-mula P0 adalah

= (10492.23 + 10545.77 + 10551.07 + 10704.37) / 4

= 10573.36 kPa

Berikut adalah grafik rata-rata tekanan, P (kPa) terhadap penurunan bandul (cm)

Penurunan

(cm) Rata-rata (P)

10492.23 1

10545.77 2

10551.07 3

10704.37 4

10800.57 5

11058.2 6

11018.7 7

11158.27 8

11290.03 9

VII. ANALISIS DATA

1. Analisis Percobaan

Percobaan kali ini MR03, yaitu Tekanan Hidrostatik, dilakukan dengan tujuan untuk

menghitung besar dari massa jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan. Pada saat

percobaan, terlebih dahulu praktikan diharuskan untuk mengaktifkan web cam. Hal ini

dilakukan agar praktikan dapat melihat alat praktikum secara langsung, karena praktikum ini

memerlukan gambaran visual pada saat praktikum dilaksanakan. Dalam video akan terlihat

gambar dari peralatan yang digunakan, dan kita dapat memastikan bahwa alat bekerja dengan

baik dengan jalan melihat adanya pergerakan pada silinder pada saat dilakukan penurunan

silinder. Penurunan silinder dilakukan setiap 1 cm. Hal ini dilakukan untuk mengetahui besar

dari tekanan yang dihasilkan tiap penurunan 1 cm silinder. Dalam satu kali penurunan, akan

didapatkan 3 buah data pengamatan. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan variasi data,

10000

10200

10400

10600

10800

11000

11200

11400

1 2 3 4 5 6 7 8 9

rata

-rat

a te

kan

an (

kPa)

penurunan bandul (cm)

Grafik Perubahan Tekanan terhadap Penurunan Bandul

Tekanan, P (kPa) terhadap penurunan (cm)

sehingga tingkat keakuratan dari hasil pengukuran semakin baik. Langkah awal yang dilakukan

yaitu melakukan percobaan perhitungan tekanan dengan tidak memberikan penurunan pada

silinder (h = 0). Hal ini dilakukan untuk mendapatkan perkiraan tekanan awal (Po). Pada saat

silinder diberikan penurunan sebesar 1 cm, 2 cm, 3 cm, dan 4 cm dalam visualisasi video

menunjukkan bahwa silinder belum tercelup ke dalam zat cair. Hal ini mengindikasikan bahwa

data tekanan pada saat h = 1 cm sampai h = 4 cm merupakan tekanan awal (atau disebut

sebagai tekanan lingkungan ). Pada saat silinder diberikan penurunan sebesar 5 cm hingga 9

cm, terlihat dalam visualisasi video bahwa silinder sudah tercelup ke dalam bejana berisi

cairan.

2. Analisis Hasil

Langkah pertama yang harus dilakukan yaitu menghitung nilai rata-rata tekanan yang kita

dapatkan berdasarkan data pengamatan untuk tiap 1 cm penurunan silinder. Rumus yang

digunakan dalam perhitungan rata-rata diatas yaitu sebagai berikut. Pada praktikum kali ini,

tiap 1 cm penurunan silinder didapatkan 3 buah data tekanan. Sehinggga perhitungan akan

menjadi sebagai berikut.

Perhitungan selanjutnya yaitu mencari nilai dari tekanan awal Po (tekanan udara normal atau

tekanan lingkungan). Tekanan ini diindikasikan pada saat percobaan dilakukan, yaitu tekanan

ketika silinder belum tercelup ke dalam bejana yang berisi cairan. Dari pengamatan yang

dilakukan praktikan, diketahui bahwa silinder belum tercelup ke dalam bejana ketika silinder

diberikan penurunan hingga sebesar 4 cm. Dari pernyataan tersebut, dapat disimpulkan bahwa

tekanan awal akan dihitung berdasarkan besar dari tekanan pada saat penurunan 1 cm, sampai 4

cm, yaitu dengan jalan merata-ratakan ketiga data tersebut. Menurut perhitungan yang telah

dilakukan yaitu

Po= 10573.36 kPa

Langkah selanjutnya adalah menentukan massa jenis cairan yang digunakan yaitu

dengan persamaan

P = Po + ρgh

Dengan bantuan metode kuadrat terkecil, nilai ρ (massa jenis) dapat ditentukan dan

menghasilkan besar massa jenisnya

ρ = 1074.45kg/m3

dan dengan persamaan yang sama, bisa ditentukan pula kenaikan cairan pada dinding

tabung.

3. Analisis Grafik

Pada praktikum tekanan hidrostatik ini, didapatkan satu buah grafik, yaitu grafik

hubungan antara Tekanan ( P ) terhadap besar penurunan silinder. Berdasarkan grafik tersebut

menunjukkan bahwa besar tekanan hidrostatik sebanding dengan besar penurunan bandul atau

kedalaman suatu zat dalam fluida. Grafik hubungan antara tekanan dengan penurunan bandul

10000

10200

10400

10600

10800

11000

11200

11400

1 2 3 4 5 6 7 8 9

rata

-rat

a te

kan

an (

kPa)

penurunan bandul (cm)

Grafik Perubahan Tekanan terhadap Penurunan Bandul

Tekanan, P (kPa) terhadap penurunan (cm)

Dari grafik diatas terlihat bahwa grafik tersebut menunjukkan hubungan yang linear.

Yang artinya semakin besar penurunan yang diberikan kepada silinder, maka akan semakin besar

juga besar tekanan ( P ) yang dihasilkan. Namun, ada suatu hal yang menarik dari grafik diatas,

yaitu terlihat pada besar penurunan 1 cm sampai 4 cm. Pada ketiga penurunan ini tidak

menunjukkan suatu hubungan linear, malahan lebih cenderung kepada suatu hal konstan (tidak

terdapat besar kenaikan tekanan yang mencolok). Dari hal ini, kita dapat menyimpulkan bahwa

besar tekanan yang ditunjukkan pada ketiga kondisi tersebut merupakan tekanan udara

normal/tekanan lingkungan, yang kita anggap sebagai tekanan awal ( Po ). kemudian setelah

penurunan silinder sebesar 5 cm hingga 9 cm, grafik menunjukkan hubungan yang linear, yang

berarti silinder sudah mulai tercelup ke dalam bejana berisi zat cair.

VIII. KESIMPULAN

a. Massa jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan ini yaitu 1074.45 kg/m3.

b. Sebelum bandul tercelup ke dalam bejana berisi zat cair, tekanan yang terbaca

merupakan tekanan udara luar, yang merupakan tekanan awal ( Po).

c. Berdasarkan grafik, diketahui bahwa Tekanan (P) berbanding lurus dengan besar

penurunan bandul (hubungan yang linear).

d. Besarnya tekanan hidrostatik tidak bergantung pada bentuk dari bejana yang

digunakan.

e. Hidrostatik dipengaruhi oleh tekanan awal (P0), massa jenis zat cair, percepatan

gravitasi (g), dan ketinggian dari fluida (h).

REFERENSI

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall, NJ,

2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.