Kita sering mendengar kata tekanan. Jika kita mendorong suatu benda dapat dikatakan bahwa kita memberikan tekanan pada benda tersebut. Demikian juga, jika kita menginjak suatu benda maka kita memberikan tekanan pada benda yang kita injak. Kali ini kita akan membahas tentang pengertian tekanan dan cara menghitung besarnya tekanan pada zat padat disertai dengan beberapa contoh perhitungan.
Pengertian Tekanan (Pressure)
Definisi tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda tiap satuan luas benda tersebut. Tekanan biasanya diberi simbol P (singkatan dari “pressure” dalam Bahasa Inggris). Tekanan memiliki satuan dasar newton per meter persegi (N/m2) atau Pascal (Pa). 1 N/m2= 1 Pa. Satuan tekanan lainnya adalan atmosfir (atm), psi, dan mmHg.
Rumus Menghitung Tekanan pada Zat Padat
Berdasarkan defnisi di atas maka tekanan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.
Tekanan = Gaya / Luas
Jika tekanan (pressure) diberi simbol P, Gaya (force) diberi simbol F, dan luas (area) diberi simbol A, maka rumus tekanan pada zat padat adalah:
Misalkan sebuah benda diberi gaya sebesar 25 newton pada area seluas 2 m2 maka tekanan yang dialami benda tersebut dapat dihitung menggunakan rumus di atas.
P = 25 N / 2 m2 = 12,5 N/m2
Jadi gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah 12,5 N/m2
Rumus Menghitung Gaya yang Bekerja pada Sebuah Benda
Gaya yang berkerja pada suatu benda didefinisikan sebagai massa dikalikan percepatan. Jika massa (mass) benda diberi simbol m, dan percepatan (acceleration) diberi simbol a, maka rumus gaya adalah:
F = m.a
Misalkan sebuah benda dengan massa 4 kg dengan percepatan 7,5 m/s2, maka gaya yang bekerja adalah:
F = 4 kg x 7,5 m/s2 = 30 kg.m/s2 = 30 N
Jadi gaya yang bekerja adalah 30 N
Benda yang diletakkan di atas suatu permukaan memiliki gaya berat, dalam hal ini, percepatannya adalah percepatan gravitasi bumi yang diberi simbol g. Sehingga gaya berat sering ditulis sebagai:
F = m.g
Misalkan sebuah benda 1,5 kg diletakkan di atas lantai dan percepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s2 maka gaya yang diberikan oleh benda tersebut pada lantai adalah:
F = 1,5 kg x 10 m/s2 = 15 kg.m/s2 = 15 N
Jadi gaya yang bekerja adalah 15 N
Contoh Perhitungan Tekanan pada Benda Padat
Berikut beberapa contoh perhitungan tekanan pada benda padat dalam bentuk soal dan penyelesaian.
Contoh Soal 1
Soal: Berapa tekanan yang dialami benda yang dikenakan gaya 120 N pada bidang seluas 1,5 m2 ?
Jawab:
Gaya, F = 120 N
Luas, A = 1,5 m2
P = F/A
P = 120/1,5 = 80 N/m2
Jadi tekanan yang dialami benda tersebut adalah 80 N/m2 atau 80 Pa
Contoh Soal 2
Soal: Gaya sebesar 4,4 N bekerja pada permukaan suatu benda seluas 1.000 cm2. Hitunglah tekanan yang diberikan pada benda tersebut.
Jawab:
Gaya, F = 4,4 N
Luas, A = 1.000 cm2 = 1.000/10.000 m2 = 0,1 m2
P = F/A
P = 4,4/0,1 = 44 N/m2
Jadi tekanan yang diberikan benda tersebut adalah 44 N/m2 atau 44 Pa
Contoh Soal 3
Soal: Hitunglah tekanan dari sebuah benda 2,5 kg dengan percepatan 8 m/s2 yang bekerja pada permukaan seluas 0,2 m2 !
Jawab:
Massa, m = 2,5 kg
Percepatan, a = 8 m/s2
Luas, A = 0,2 m2
Langkah 1: hitung gaya (F)
F = m.a
F = 2,5 x 8 = 20 N
Langkah 2: hitung tekanan (P)
P = F/A
P = 20/0,2 = 100 N/m2
Jadi tekanan yang diberikan benda tersebut adalah 100 N/m2 atau 100 Pa
Contoh Soal 4
Soal: Sepotong balok kayu berbentuk kubus yang panjang sisinya 20 cm diletakkan di lantai. Jika massa balok kayu 6 kg dan kecepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s2, hitunglah tekanan yang dialami lantai tersebut !
Jawab:
Massa, m = 6 kg
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s2
Luas permukan kubus, A = 20 cm x 20 cm = 400 cm2 = 0,04 m2
Langkah 1: hitung gaya (F)
F = m.g
F = 6 x10 = 60 N
Langkah 2: hitung tekanan (P)
P = F/A
P = 60/0,04 = 1.500 N/m2
Jadi tekanan yang diberikan benda tersebut adalah 1.500 N/m2 atau 1.500 Pa
Contoh Soal 5
Soal: Diketahui sebuah balok kayu berbentuk kubus yang memiliki panjang sisi 10 cm diletakkan di lantai. Jika tekanan yang diberikan benda pada lantai 1,2 kilopascal dan kecepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s2, berapa massa balok kayu tersebut ?
Jawab:
Luas permukan kubus, A = 10 cm x 10 cm = 100 cm2= 0,01 m2
Tekanan, P =1,2 kPa = 1.200 pascal = 1.200 N/m2
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s2
Langkah 1: hitung gaya (F)
P = F/A
1.200 = F/0,01
F = 1.200 x 0,01 = 12 N
Langkah 2: hitung luas (A)
F = m.g
12 = m x 10
m = 12/10 = 1,2 kg
Jadi massa balok kayu tersebut adalah 1,2 kg.
Contoh Soal 6
Soal: Satu ember air diletakkan di lantai dan memberikan tekanan sebesar 3 kPa pada lantai. Berapa luas permukaan bawah ember jika berat ember beserta air 12 kg dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 ?
Jawab:
Tekanan, P = 3 kPa = 3.000 pascal = 3.000 N/m2
Massa, m = 12 kg
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s2
Langkah 1: hitung gaya (F)
F = m.g
F = 12 x10 = 120 N
Langkah 2: hitung luas (A)
P = F/A
3.000 = 120/A
A = 120/3.000 = 0,04 m2 = 0,04 x 10.000 cm2 = 400 cm2
Jadi luas permukaan bawah ember tersebut adalah 400 cm2