Skip to main content

​
Apa sebenarnya tekanan itu

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

​
Contoh kenapa-ini-penting

Injak Lego dengan kaki telanjang. Sakitnya bukan main. Mengapa? Karena seluruh beratmu (misalnya 700 N) menekan area kecil yang runcing pada satu tonjolan (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 kakimu. Itulah mengapa rasanya jauh lebih sakit dibandingkan berdiri di lantai datar dengan berat tubuh yang sama. Gaya yang sama. Area kecil. Tekanan masif. Ini juga alasan kenapa:
  • Pisau bisa memotong (sisi tipis → area kecil → tekanan besar).
  • Sepatu salju berfungsi (area besar → tekanan rendah → tidak tenggelam).
  • Sepatu hak tinggi merusak lantai tetapi kaki gajah tidak (ya, benar).

​
Fluida: cairan dan gas digabung

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

​
Kamu hidup di dasar lautan udara

Udara di atasmu ditarik ke bawah oleh gravitasi, sama seperti segala sesuatu yang lain. Kolom udara yang menekanmu saat ini disebut tekanan atmosfer, dan besarnya sekitar 101,000 Pa (101 kPa). Itu artinya kira-kira 10 newton gaya pada setiap sentimeter persegi tubuhmu. Tanganmu menerima sekitar 100 N udara yang menekan di setiap sisi. Mengapa kamu tidak merasa hancur? Karena tekanan yang sama mendorongmu dari setiap arah — dan kamu memiliki fluida di dalam yang mendorong balik dengan tekanan yang sama. Semuanya seimbang. Saat sesuatu membuat keseimbangan ini terganggu (seperti menyedot sedotan, atau naik ke pesawat), kamu langsung merasakannya.

​
Cara kerja sedotan yang sesungguhnya

Ini momen penyadarannya. Kamu tidak menyedot cairan ke atas sedotan. Atmosferlah yang mendorongnya ke atas.
1

Kamu menurunkan tekanan di dalam sedotan

Dengan menyedot, kamu 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 menekan ke bawah pada sisa minuman. Cairan akan mengambil jalan termudah — naik ke sedotan yang bertekanan rendah.
3

Kamu meminumnya

Selamat, kamu baru saja menggunakan atmosfer sebagai alat.
Inilah sebabnya sedotan memiliki ketinggian maksimum. Jika sedotanmu lebih dari 10 meter, bahkan vakum sempurna di bagian atas tidak akan bisa mengangkat air setinggi itu — atmosfer tidak cukup kuat.

​
Tekanan dalam cairan

Selami sebuah kolam. Telingamu mulai sakit semakin dalam kamu menyelam. Mengapa? Karena semakin dalam, semakin banyak air di atasmu yang menekan ke bawah. Aturannya: P=ρghP = \rho g h
  • ρ\rho (rho) = massa jenis 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 sekokoh tank karena laut dalam menghancurkan benda-benda.
Tekanan hanya bergantung pada kedalaman, bukan pada bentuk wadah. Tabung air yang tinggi dan tipis serta kolam renang lebar dengan kedalaman yang sama memiliki tekanan yang sama di dasarnya. Hal ini membuat orang heran, tetapi ini benar — dan inilah cara kerja sistem hidraulik.

​
Mengapa kapal mengapung: prinsip Archimedes

Kapal baja seberat 100,000 ton mengapung. Kelereng baja seberat 1 gram tenggelam. Kok bisa?
Apa pun yang berada dalam fluida didorong ke atas oleh gaya yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya.
Dorongan ke atas ini disebut gaya apung (buoyansi).
  • Kelereng memindahkan sedikit air (beratnya: kecil). Gaya apungnya jauh lebih kecil dari berat kelereng → ia tenggelam.
  • Kapal, yang berongga dan besar, memindahkan banyak sekali air (beratnya: 100,000 ton). Gaya apung = berat kapal → ia mengapung.
Ini bukan soal materialnya. Ini soal seberapa banyak air yang kamu singkirkan.

​
Tes singkat

Mengapa es mengapung di air? Karena air beku kurang padat dibandingkan air cair. Massa yang sama menempati ruang yang lebih besar. Jadi sepotong es memindahkan air cair yang lebih berat dari beratnya sendiri. Gaya apung menang. (Hal ini juga sangat langka — kebanyakan benda lebih padat saat berbentuk padat. Air itu istimewa, dan kehidupan di Bumi bergantung pada keistimewaan ini.)

​
Prinsip Pascal: cara hidraulik menggandakan gaya

Tekanan yang diberikan pada fluida dalam wadah tertutup menyebar secara merata ke segala arah.
Inilah trik yang membuat seseorang bisa mengangkat mobil hanya dengan satu tangan. Dongkrak mobil memiliki dua piston yang dihubungkan oleh minyak:
  • Piston kecil: area kecil. Kamu mendorong dengan gaya kecil.
  • Piston besar: area besar. Tekanan yang sama × area besar = gaya besar.
Kamu menukar jarak dengan gaya. Kamu harus memompa piston kecil berkali-kali untuk menggerakkan piston besar sedikit. Tapi energinya kekal — kamu hanya menyebarkan usahamu. Inilah cara kerja:
  • Rem mobil (kaki mendorong piston kecil, kaliper rem menjepit roda dengan kuat)
  • Ekskavator mengangkat tanah berton-ton
  • Kursi dokter gigi naik dan turun
Insinyur mekanik sangat menyukai hidraulik. Mereka mengubah input kecil menjadi output besar.

Selanjutnya: Panas dan suhu

Apa sebenarnya arti “panas” pada tingkat molekuler.