Hukum Pascal

Banyak yang mengatakan bahwa belajar fisika itu susah dan malah membuat pusing, hehe. Namun, tidak sedikit orang yang justru menyukai pelajaran fisika. Mungkin kamu adalah salah satu yang gemar mempelajari pelajaran fisika. Mempelajari fisika tidak akan lengkap rasanya jika belum memahami tentang hukum pascal.

Pada tahun 1623-1662 seorang ilmuwan Perancis bernama Blaise Pascal melakukan sebuah percobaan yang menghasilkan hukum pascal. Percobaan yang ia lakukan adalah memeras ujung kantong plastik yang memiliki beberapa lubang dan di dalamnya berisi air. Blaise Pascal mengamati pancaran air pada setiap lubang, hasilnya pancaran air di setiap lubang memiliki kekuatan yang sama.

Pengertian Hukum Pascal

Hukum pascal adalah hukum yang terdapat pada ilmu fisika, hukum ini memiliki kaitan dengan zat cair atau fluida serta gaya yang ada pada zat cair tersebut. Hukum ini merupakan penerapan dari konsep tekanan zat cair. Biasanya hukum ini diterapkan pada fluida, terutama fluida cair. Adanya hukum ini dapat membantu dan memudahkan berbagai kegiatan yang dilakukan manusia.

Dalam percobaan tersebut, Blaise Pascal menyatakan bahwa pada permukaan atas suatu wadah yang terbuka, akan mengeluarkan air lebih deras. Sedangkan, pada permukaan atas suatu wadah yang tertutup akan mengeluarkan air tidak terlalu deras. Hal tersebut disebabkan tekanan air pada wadah terbuka lebih besar dibandingkan dengan wadah yang tertutup.

Prinsip Hukum Pascal

Prinsip kerja hukum pascal dapat kamu terapkan pada beberapa alat yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Penerapan hukum ini bertujuan agar pekerjaan manusia menjadi lebih mudah. Berikut adalah alat yang memanfaatkan prinsip dari hukum ini:

1. Dongkrak Hidrolik

Dongkrak hidrolik merupakan alat yang digunakan untuk mengangkat mobil saat akan melakukan sesuatu hal terhadap mobil tersebut. Pada alat ini terdapat dua silinder saling berhubungan dan memiliki diameter yang berbeda. Mobil yang akan diangkut biasanya diletakkan pada silinder yang berdiameter besar.

Prinsip hukum pascal pada alat ini adalah jika gaya diberikan pada silinder kecil, maka tekanan akan disebarkan dan diteruskan pada silinder besar. Pada kedua silinder tersebut diisi dengan cairan dan ditutup sehingga menjadi sebuah sistem tertutup. Misalnya gaya F1 diberikan pada silinder kecil, maka tekanan pada cairan dalam silinder kecil ialah F1/A1.

Gaya ke atas yang berfungsi untuk menaikkan mobil adalah F2 pada silinder besar. Didapatkan F2 sebagai berikut:

F2 = (F1: A1) x A2

Ukuran A2 jauh lebih besar dibandingkan dengan A1. Oleh karena itu, manfaat dari hukum ini adalah untuk menghasilkan gaya (F2) yang jauh lebih besar dengan hanya memberikan gaya (F1) yang lebih kecil.

2. Rem Cakram Hidrolik

Penerapan hukum pascal pada alat ini menggunakan fluida cair, yaitu minyak. Terdapat piston atau pipa penghubung yang memberi tekanan pada minyak saat pedal rem kendaraan yang diinjak. Terdapat juga piston luaran berjumlah dua yang berfungsi untuk menerima tekanan yang diteruskan, sehingga dapat mengatur rem.

Piston memiliki luas penampang, ketika piston pertama (A1) mendapat tekanan, maka permukaan piston kedua (A2) akan naik. Terdapat keterkaitan antara volume minyak yang ditekan dan volume minyak yang telah naik. Piston kedua atau rem akan menjepit logam pada roda dan menimbulkan gesekan, sehingga roda dapat berhenti berputar.

Persamaan yang didapatkan dari prinsip rem cakram hidrolik ini adalah:

V1 = V2
A1.h1 = A2.h2
V adalah volume minyak dan h merupakan tinggi fluida pada piston.

3. Alat Press Hidrolik

Alat ini memanfaatkan prinsip hukum pascal, yakni pada sistem tertutup terdapat tekanan yang konstan. Pada alat ini terdapat piston yang berfungsi sebagai pompa. Piston pertama memiliki luas penampang yang lebih kecil dan diberi sebuah gaya kecil. Pada piston yang memiliki luas penampang yang lebih besar akan dihasilkan gaya yang besar pula.

Rumus Hukum Pascal

Pada hukum pascal dijelaskan tentang sifat zat cair yang berada dalam suatu bejana, atau bisa juga pipa U. Pengisap 1 yang diberi gaya F₁, maka tekanannya diteruskan ke penghisap 2 dan sama besar. Sehingga rumusnya dalam sebuah sistem tertutup adalah:

Pkeluar = Pmasuk
Atau P₁ = P₂

Perlu kamu ketahui bahwa tekanan didapatkan dari gaya, dibagi besar luas penampang bejana atau dapat dituliskan sebagai P = F/A. Sehingga didapatkan persamaan sebagai berikut:

F₁/A₁ = F₂/A₂

Terdapat juga kondisi suatu bejana yang penghisapnya berbentuk lingkaran. Sehingga yang diketahui adalah jari-jari atau diameter, maka persamaannya adalah sebagai berikut:

F₁ / D₁² = F₂ / D₂²
Atau F₁ / R₁² = F₂ / D₂²

Berikut adalah keterangan dari rumus dan persamaan tersebut:

P1 = tekanan penghisap 1 (N/m²)
P2 = tekanan penghisap 2 (N/m²)
F1 = gaya penampang 1 (N)
F2 = gaya penampang 2 (N)
A1 = luas penampang 1 (m²)
A2 = luas penampang 2 (m²)
D1 = diameter penampang 1 (m)
D2 = diameter penampang 2 (m)
R1 = jari-jari penampang 1 (m)
R2 = jari-jari penampang 2 (m)

Bunyi Hukum Pascal

Kita contohkan, misalnya terdapat pipa berbentuk U dengan dua lubang yang memiliki luas penampang berbeda. Pipa tersebut diisi air dan kedua permukaannya ditutup. Pada lubang yang memiliki luas penampang kecil akan membutuhkan gaya dorong yang kecil.

Sedangkan pada lubang yang luas penampangnya besar akan menghasilkan gaya yang besar pula.

Hal tersebut dapat disimpulkan bahwa, pada penampang kecil memiliki besar tekanan yang sama dengan penampang besar. Sehingga bunyi hukum pascal ialah “Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.

Contoh Soal Hukum Pascal

1. Sebuah dongkrak hidrolik yang berfungsi untuk mengangkat mobil memiliki perbandingan luas penampang kecil dan besar 1:3. Mobil yang akan diangkat dengan alat ini memiliki berat 3000N, maka hitunglah gaya yang digunakan untuk mengangkat mobil tersebut!
Penyelesaian:

Diketahui:
A1 = 1
A2 = 3
F2 = 3000N

Ditanya: F1=….?

Jawab:
F1/A1 = F2/A2
F1/1 = 3000/3
F1 = 1000
Maka gaya yang digunakan untuk mengangkat mobil sebesar 3000N adalah 1000N.

2. Jari-jari penampang kecil pada sebuah dongkrak hidrolik adalah sebesar 4 cm, sedangkan jari-jari penampang besarnya adalah 40 cm. Mobil yang akan diangkat dengan alat ini memiliki massa sebesar 3500 kg, berapakah gaya yang harus diberikan kepada penampang kecil agar mobil dapat terangkat?
Penyelesaian:

Diketahui:
R1 = 4 cm = 0,04 m
R2 = 40 cm = 0,4 m
F2 = w = m.g = (3500) (9,8) = 34.300 N

Ditanya: F1=…….?

Jawab:
F₁/R₁² = F₂/R₂²
F1/ (0,04)² = 34.300/ (0,4)²
F1 = 214,375/ 0,0016
F1 = 133,98
Maka gaya yang digunakan untuk mengangkat mobil bermassa 3500 kg adalah sebesar 133,98 newton.