Rumus Tekanan Hidrostatis Beserta Konsep dan Contoh Soalnya

Salah satu rumus dalam ilmu Fisika yang penting untuk dipelajari adalah rumus tekanan hidrostatis. Tekanan adalah suatu gaya yang bekerja pada suatu bidang per satuan luas bidang. Bidang yang tekena gaya disebut bidang tekan sementara gaya yang diberikan disebut gaya tekan.

Tekanan hidrostatis dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, hukum fisika ini juga memiliki banyak manfaat bagi manusia, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Untuk lebih jelasnya, simak materi mengenai tekanan hidrostatis dan konsepnya serta contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari pada artikel berikut ini. Selain itu, artikel ini juga akan membahas mengenai rumus tekanan hidrostatis dan contoh soalnya.

BACA JUGA: Hukum Hooke: Pengertian, Bunyi, Aplikasi, Rumus & Contohnya

1. Pengertian

Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang ditimbulkan oleh zat cair pada suatu kedalaman tertentu ke semua arah. Pengertian lainnya, tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh adanya gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu.

Besarnya tekanan hidrostatis bergantung pada massa jenis zat cair, ketinggian zat cair, dan percepatan gravitasi bumi. Sementara itu, satuan tekanan hidrostatis dalam satuan internasional (SI) adalah pascal (Pa). Nama ini didapatkan dari nama ilmuwan Prancis yakni Blaise Pascal. 

Sifat

Untuk lebih paham mengenai tekanan hidrostatis, Sedulur perlu memahami sifat yang berkaitan dengan tekanan ini. Berikut adalah beberapa sifat tekanan hidrostatis yang dapat Sedulur pelajari.

1. Tekanan hidrostatis yang menuju ke segala arah memiliki ukuran yang sama besar
2. Semakin dalam letak suatu benda atau titik dari permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatisnya akan semakin besar
3. Tekanan hidrostatis tidak tergantung pada bentuk wadah yang ditempatinya
4. Tekanan hidrostatis tergantung pada kedalaman, massa jenis zat cair, dan percepatan gravitasi

BACA JUGA: Rumus Gradien Beserta Contoh Soal dan Pembahasannya

2. Konsep

Untuk memahami tekanan hidrostatis, alangkah lebih baik Sedulur juga memahami konsep mengenai tekanan permukaan secara umum terlebih dahulu. Perhatikan pada rumus berikut:

P = F/A

Keterangan:

• P adalah tekanan (Pa atau N/M²)
• F adalah gaya tekan (N)
• A adalah luas permukaan (m²)

Konsep tekanan hidrostatik sesuai dengan Hukum Pokok Hidrostatik yang menyatakan bahwa: 

“Titik-titik yang terletak pada kedalaman yang sama akan memilki tekanan yang sama pula“

Dengan demikian, konsep pada tekanan hidrostatis yaitu semakin dalam letak suatu benda atau titik dari permukaan zat cair, maka tekanan hidrostatisnya akan semakin besar.

3. Rumus

Berikut adalah rumus tekanan hidrostatis dan keterangannya yang dapat sedulur pelajari dengan seksama. Sebelumnya Sedulur telah mengetahui rumus tekanan permukaan secara umum, yaitu:

P = F/A

Pada zat cair, gaya atau F disebabkan oleh berat zat cair atau W, sehingga:

P = W/A

W dapat dirumuskan sebagai W = m . g = ρ . V . g

Sementara itu, volume untuk fluida (V) adalah A . h

Sehingga W = m . g = ρ . A . h . g

dengan begitu, Ph = ρ . A . h . g/ A  

Jadi rumus tekanan hidrostatis adalah Ph = ρ . h . g

Rumus ini juga dapat digunakan sebagai rumus tekanan hidrostatis pada dasar bejana.

Ph = ρ . g . h

Keterangan:

• Ph : tekanan hidrostatis (N/m³ ) atau (Pa)
• ρ : massa jenis zat (kg/m³ )
• g : percepatan gravitasi (m/s²)
• h : tinggi (m)

Percepatan gravitasi di permukaan bumi adalah sebesar  9,8 m/s². Sementara massa jenis zat untuk air tawar adalah 1000kg/m³.

BACA JUGA: Regresi: Pengertian, Fungsi, Jenis, Manfaat dan Rumusnya

4. Manfaat

Adanya tekanan hidrostatis tentu memiliki manfaat bagi kehidupan manusia. Tekanan hidrostatis sangat penting dalam pembangunan berbagai struktur bangunan dalam penampungan air seperti bendungan yang nantinya akan difungsikan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

Selain itu, tekanan hidrostastis juga digunakan untuk  para dokter dalam mengukur tekanan pada kapiler darah, dan menghitungkan tekanan hidrostatis laut untuk membantu para mekanik saat membuat kapal selam sehingga kapal selam tersebut mampu menyelam hingga ke dasar laut tanpa mengalami kerusakan atau kebocoran akibat tekanan yang semakin besar. Selain itu, tekanan hidrostatis juga dapat dgunakan untuk membantu mengukur volume bangun ruang sembarang atau tidak beraturan.

Contoh penerapan dalam kehidupan 

Untuk lebih jelasnya, simak contoh penerapan tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari berikut ini.

1. Mengukur volume benda

Contoh penerapan pertama adalah untuk menghitung volume benda yang tidak beraturan atau memiliki geometri yang abstrak. Caranya adalah dengan merendam objek ke dalam wadah berisi cairan,kemudian mengukur jumlah air yang tumpah setelah wadah kemasukan objek. Banyaknya air yang tumpah inilah yang diukur sebagai volume benda abstrak tersebut.

2. Untuk kegiatan medis

Rumus tekanan hidrostatis juga dapat digunakan untuk mengukur besarnya tekanan zat cair (fluida), yang memiliki manfaat dalam dunia pengobatan. Salah satunya untuk mengukur tekanan darah dan menentukan karakteristik cairan tubuh yang lain. Dalam hal ini, rumus hidrostatis dipakai untuk menentukan tekanan yang disebabkan oleh kedalaman dan kecepatan zat cair yang ada pada tubuh.

Salah satu contoh nyatanya adalah tekanan yang diberikan pada dinding pembuluh darah oleh darah. Tekanan hidrostatik pada pembuluh kapiler dan arteri biasanya juga digunakan untuk mengukur 35 mm air raksa. Sementara itu, gaya statis fluida juga bertanggung jawab mendorong cairan keluar dari pembuluh kapiler untuk tujuan filtrasi.

3. Mengukur tekanan atmosfer

Contoh tekanan hidrostatis juga dapat digunakan dalam mengukur tekanan atmosfer. Hal ini karena tekanan atmosfer mengacu pada gaya yang diberikan oleh udara pada suatu permukaan yang sebagian besar diperkirakan berjalan karena adanya tekanan hidrostatik yang disebabkan oleh berat udara.

Variasi tekanan hidrostatik atau tekanan atmosfer juga menyebabkan adanya aliran udara. Aliran udara ini sebagian besar akan mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah atau biasa disebut angin. Hal ini pun nantinya akan bertanggung jawab pada adanya fenomena siklon ataupun tornado.

4. Membuat kapal selam

Telah diketahui sebelumnya bahwa tekanan hidrostatis bermanfaat dalam membuat kapal selam. Berikut adalah penjelasan lebih rincinya. Kapal selam merupakan salah satu jenis kapal yang dibuat mampu mengapung di permukaan air serta bergerak di bawah air. Gaya apung akan membantu kapal selam untuk mengambang, sedangkan gaya hidrostatis akan menangani operasi pada bagian bawah airnya. 

BACA JUGA: Hukum Ohm: Pengertian, Bunyi, Rumus dan Contoh Soalnya

Contoh soal 1

Setelah mengetahui rumus mengenai tekanan hidrostatis, sekarang saatnya belajar melalui contoh soal rumus tekanan hidrostatis dan pembahasan berikut ini.

Soal:

Diketahui ada seorang penyelam yang sedang melakukan tugas mengamati biota bawah laut. Ia berada di kedalaman 15 m di bawah permukaan air. Jika gaya gravitasi 10 m/s² dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Maka, tentukan tekanan hidrostatis yang dialami oleh penyelam tersebut!

Jawaban:

Diketahui: h = 15 m, ρ : 1.000 kg/m³  dan g : 10 m/s².

Ditanya: Tekanan hidrostatis yang dialami penyelam (Ph) ?

Dijawab:

Ph = ρ . g . h

= 1.000 kg/m³ . 10 m/s² . 15 m

= 15⁴  Pa

Jadi, tekanan hidrostatis yang dialami seorang penyelam adalah 150.000 Pa.

Contoh soal 2

Sebuah kolam renang memiliki kedalaman 6 m. Berapakah besar tekanan air yang ada pada dasar kolam jika massa jenis air 1 gram per sentimeter kubik dan percepatan gravitasi sebesar 9,8 meter per sekon kuadrat?

Jawab:

Diketahui: h = 6 m, ρ : 1 g/cm³  dan g : 9,8 m/s².

Ditanya: Tekanan air pada dasar kolam (Ph) ?

Dijawab:

Untuk menjawab soal ini, massa jenis air harus diubah ke satuan internasional menjadi kilogram per meter kubik.

ρ = 1 g/cm³ = 1.000 kg/m³

Kemudian masukkan pada rumus tekanan hidrostatis sebagai berikut.

P = ρ . g . h

= 1.000 kg/m³ . 9,8 m/s² . 6 m

= 58.800 Pa

Jadi, besar tekanan air yang ada pada dasar kolam 6 meter adalah 58.800 Pa.

BACA JUGA: Rumus Kecepatan Lengkap Beserta Jarak, Waktu & Contohnya

Contoh soal 3

Jika ada seorang penyelam yang sedang berenang pada kedalaman 100 m. Berapa tekanan hidrostatis yang dialami penyelam jika massa jenis air laut adalah 1.025 kg/m³ dan gravitasi bumi sebesar 10 m/s² ?

Jawab:

Diketahui: h = 100 m, ρ : 1.0250 kg/m³  dan g : 10 m/s².

Ditanya: Tekanan hidrostatis yang dialami penyelam (Ph) ?

Dijawab:

Ph = ρ . g . h

= 1.0250 kg/m³  . 10 m/s² . 100 m

= 1.025.000 Pa

= 1,025 x 10⁶ Pa

Dengan demikian, tekanan hidrostatis yang dialami oleh penyelam pada kedalaman laut 100 meter adalah sebesar 1,025 x 10⁶ Pa.

Contoh soal 4

Sebuah bejana berhubungan akan diisi dengan air dan minyak. Jika dalam bejana tersebut, massa jenis air mempunyai 1 g/cm³ dan massa minyak 0,8 g/cm³ serta apabila tinggi permukaan air dari atas minyak adalah setinggi 10 cm dengan mengabaikan gravitasi bumi, maka berapakah tinggi permukaan minyak dalam bejana tersebut?

Jawab:

Diketahui :
ρair = 1 g/cm³
ρminyak = 0,8 g/cm³
h_air = 10 cm

Ditanya: berapakah h_minyak ?

Dijawab:

P_air = P_minyak
ρ_{air .} g . h_air = ρ_{minyak .} g . h_minyak
1 g/cm³ . 10 cm = 0,8 g/cm³ . h_minyak
h_minyak = 10 cm/0,8 = 12,5 cm

Jadi, tinggi permukaan minyak dalam bejanan tersebut adalah 12,5 cm.

Itulah informasi mengenai rumus tekanan hidrostatis, konsep, dan contoh soal serta contoh keberadaannya dalam kehidupan sehari-hari. Selain menjadi materi wajib saat sekolah, Sedulur juga sebaiknya mengetahui contoh yang ada di lingkungan sekitar sehingga lebih memahami materi ini.