Daftar isi
Hukum Pascal adalah salah satu hukum tentang mekanika fluida yang dikemukakan oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis bernama Blaise Pascal sekitar tahun 1647-1648.
Pascal menyatakan bahwa perubahan tekanan yang terjadi pada fluida, yang berada di dalam ruang tertutup, akan disalurkan ke segala arah.
Sejarah Penemuan Hukum Pascal
Sejarah penemuan Hukum Pascal tidak dapat dilepaskan dari beberapa penemuan yang telah dilakukan oleh para ilmuwan sebelumnya.
Menilik lahirnya Hukum Pascal sekitar tahun 1647-1648an, saat itu, para ilmuwan di Eropa tengah getol-getolnya mengkaji tentang tekanan pada gas.
Gas merupakan fluida yang dapat mengalir sebagaimana halnya air, minyak, susu, uap, bensin, solar, dan asap.
Dipelopori oleh Evangelista Torricelli yang menemukan barometer dengan menggunakan tabung merkuri, kajian terus diikuti oleh ilmuwan lainnya seperti Blaise pascal, Otto von Guericke, Daniel Bernoulli, dan Robert Boyle.
Eksperimen yang dilakukan oleh Torricelli jugalah yang mendorong Blaise Pascal melakukan eksperimen tentang fluida statis yakni salah satu jenis fluida yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut.
- Tidak kompresibel, dalam arti tidak akan mengalami perubahan ketika mendapat tekanan
- Tidak mengalami gesekan ketika bergerak
- Aliran fluida bersifat stasioner atau konstan.
Ketika fluida statis tidak mengalir dapat dikatakan bahwa fluida tersebut berada dalam keadaan seimbang statis.
Pada keadaan seimbang statis, gaya yang diberikan di beberapa tempat atau bagian dari fluida adalah sama dengan nol kecuali jika fluida mulai mengalir.
Untuk menyelidiki hal ini, Pascal kemudian melakukan uji eksperimen dengan menggunakan seperangkat alat dan bahan eksperimen berupa tabung berlubang dengan diameter yang sama.
Tabung yang kemudian dikenal dengan tabung Pascal ini memiliki bagian-bagian berupa piston dan tangkai piston.
Piston berfungsi sebagai pengisap sedangkan tangkai piston berfungsi sebagai pendorong.
Langkah pertama yang dilakukan Pascal adalah mengisi penuh tabung tersebut dengan zat cair. Kemudian, pada piston diberi gaya tekan melalui tangkai piston.
Setelah melakukan pengamatan beberapa kali, hasil eksperimen menunjukkan bahwa tekanan yang diberikan kepada piston diteruskan secara merata ke dalam zat cair di dalam tabung.
Pascal juga mendapati bahwa perubahan tekanan yang diterapkan dalam fluida di ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah melalui fluida, termasuk ke dinding tabung.
Dengan kata lain, jika terjadi perubahan tekanan udara luar pada permukaan zat cair maka tekanan di setiap titik di dalam zat cair akan mendapat tambahan tekanan dalam jumlah yang sama.
Peristiwa ini membuat Pascal menarik kesimpulan sebagai berikut.
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Blaise Pascal
Kesimpulan inilah yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal.
Pengertian Hukum Pascal
Dengan demikian, yang dimaksud dengan Hukum Pascal adalah salah satu hukum mengenai tekanan fluida statis zat cair dalam ruang tertutup yang dirumuskan oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis bernama Blaise Pascal (1623-1662).
Bunyi Hukum Pascal
Adapun bunyi Hukum Pascal adalah sebagai berikut.
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Rumus Hukum Pascal
Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Tekanan adalah gaya tekan yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang. Atau secara matematis dinyatakan sebagai berikut.
Keterangan :
P = tekanan (N/m²) atau Pascal (Pa)
F = gaya (N)
A = luas bidang tekan (m²)
Pada ruang tertutup, terdapat dua bidang tekan yakni bidang pengisap dan penghisap.
Yang dimaksud bidang tekan adalah bidang atau permukaan yang dikenai gaya tekan.
Ketika pengisap pertama diberi gaya tekan sebesar F₁ maka zat cair akan menekan atau memberikan tekanan ke atas sebesar pA₁.
Tekanan inilah yang diteruskan secara merata ke segala arah dan ke setiap sudut ruang tertutup, termasuk ke penghisap kedua yang besarnya pA₂ .
Dikarenakan tekanannya sama ke segala arah, maka rumus Hukum Pascal adalah sebagai berikut.
dengan :
F₁ = gaya yang dikerjakan pada pengisap 1 (N)
F₂ = gaya yang dikerjakan pada penghisap 2 (N)
A₁ = luas pengisap 1 (m²)
A₂ = luas penghisap 2 (m²) .
Manfaat Hukum Pascal
Para insinyur menggunakan Hukum Pascal ketika merancang sistem hidrolik yang menggunakan kekuatan cairan untuk melakukan usaha.
Karena itu, manfaat Hukum Pascal secara umum adalah kita dapat mengangkat benda yang memiliki beban yang besar hanya dengan menggunakan gaya yang kecil.
Misalnya:
- Untuk membersihkan mobil di bengkel, mobil diangkat dengan menggunakan pompa hidrolik sehingga mobil dapat dibersihkan secara menyeluruh
- Untuk mengganti ban mobil, biasanya menggunakan dongkrak hidrolik untuk mengangkat mobil sehingga proses penggantian ban mobil dapat dilakukan
- Untuk membantu sistem pengereman pada kendaraan bermotor agar lebih aman digunakan rem hidrolik
- Untuk menggerakkan air ke seluruh jaringan pipa air digunakan sistem distribusi air yang bekerja berdasarkan Hukum Pascal
- Untuk memompa ban, baik ban sepeda, motor, atau mobil biasanya menggunakan pompa hidrolik ban
- Untuk menjelaskan tekanan darah pada pembuluh darah yang bekerja sesuai dengan Hukum Pascal.
Contoh Penerapan Hukum Pascal
Contoh penerapan hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temui dalam berbagai macam perangkat hidrolik.
Perangkat-perangkat hidrolik yang dimaksud di antaranya adalah bejana berhubungan, dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, mesin penggerak hidrolik, dan rem hidrolik pada mobil.
Adapun prinsip kerja berbagai perangkat hidrolik tersebut adalah sebagai berikut.
Jika pada permukaan A₁ ditekan dengan gaya F₁ maka zat cair dalam perangkat hidrolik akan mengalami tekanan yang besarnya sebagai berikut.
Menurut Hukum Pascal, tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruangan tertutup akan diteruskan ke segala arah sama besar.
Karena itu, pada ujung permukaan A₂ akan mendapat tambahan tekanan yang sama. Akibatnya, gaya F₂ yang dihasilkan ke atas permukaan A₂ adalah sebesar :
Karena P₁ = P₂, maka :
dengan :
F₁ = gaya yang dikerjakan pada pengisap 1 (N)
F₂ = gaya yang dikerjakan pada penghisap 2 (N)
A₁ = luas pengisap 1 (m²)
A₂ = luas penghisap 2 (m²)
Jika permukaan A₂ lebih luas daripada permukaan A₁, maka gaya dorong pada permukaan A₂ lebih besar daripada gaya yang diberikan di A₁.
Jadi kita dapat mengangkat beban yang beratnya jauh lebih besar yang ditempatkan di permukaan A₂ hanya dengan gaya yang kecil di A₁.
Hal ini dikarenakan adanya gaya jauh lebih besar dan cukup untuk mengangkatnya.
Untuk perangkat hidrolik dengan penampang berbentuk silinder, maka luas permukaan A₁ adalah sebagai berikut.
Adapun luas permukaan A₂ adalah sebagai berikut.
Dari dua persamaan di atas, maka tekanan A₁ dan A₂ adalah sebagai berikut.
Keterangan:
F₁ = gaya pada piston pertama
F₂ = gaya pada psiton kedua
A₁ = luas penampang piston pertama
A₂ = luas penampang piston kedua
d₁ = diameter piston pertama
d₂ = diameter piston kedua.
Contoh Soal dan Pembahasannya
1. Sebuah pompa hidrolik memiliki pipa kecil berjari-jari 4 cm, sedangkan pipa besar berjari-jari 20 cm. Agar beban yang beratnya 4000 N naik setinggi 4 cm, tentukanlah :
a. Gaya yang dikerjakan pada pipa kecil
b. Jarak yang ditempuh pengisap pipa kecil
Penyelesaian:
Diketahui :
r₁ = 4 cm
r₂ = 20 cm
F₂ = 4000 N
h₂ = 4 cm
Ditanya :
a. F₁ = …
b. h₁ = …
Jawab:
Jadi dibutuhkan gaya sebesar 160 N untuk menempuh jarak sejauh 100 cm pada pipa kecil.
2. Bejana berhubungan memiliki luas penampang 15 cm² dan 450 cm². Jika pada penampang kecil ditekan dengan gaya 10 N, maka berapakah massa beban yang dapat diangkat pada penampang besar?
Penyelesaian:
Diketahui :
A₁ = 15 cm²
A₂ = 450 cm²
F₁ = 10 N
g = 10m/s
Ditanya : m =
Jawab :
3. Sebuah dongkrak hidrolik masing-masingpenampangnya berdiameter 3 cm dan 120 cm. Berapakah gaya minimal yang harusdikerjakan pada penampang kecil untuk mengangkat mobil yang beratnya 8000 N?
Penyelesaian :
Diketahui :
d₁ = 3 cm = 0,03 m
d₂ = 120 cm = 1,2 m
F₂ = 8000 N
Ditanya : F₁ = …
Jawab :
