TERMODINAMIKA FISIKA ^.^: TEKANAN ZAT CAIR

Air adalah zat cair, maka itu air dapat mengalir. Air mengalir dari tempat dengan energi potensial tinggi ke tempat dengan energi potensial rendah. Hal ini terjadi karena ada tekanan zat cair.

Hukum bejana berhubungan terjadi jika ke dalam bejana berhubungan diisikan satu jenis zat cair dalam keadaan seimbang, maka permukaan zat cair dalam bejana akan terletak pada bidang horisontal. Konsep bejana berhubungan yaitu apabila zat cair yang sejenis (satu jenis zat cair) dituangkan ke dalam suatu bejana, maka permukaan zat cair tersebut dalam bejana selalu mendatar dan sama tinggi. Prinsip ini diterapkan pada selang plastik sebagai alat sederhana yang memanfaatkan prinsip bejana berhubungan. Alat ini sering digunakan tukang bangunan untuk menentukan apakah tinggi dua titik yang berjauhan pada suatu tempat sama.

Apabila dua macam zat cair yang tidak sejenis dan tidak bercampur dituangkan ke dalam suatu bejana, maka permukaan zat cair yang tak sejenis tersebut tidak sama tinggi. Zat cair yang massa jenisnya lebih kecil, permukaannya lebih tinggi daripada zat cair yang massa jenisnya lebih besar. Oleh itu air, dapat mengalir.

Pada makalah ini akan dibahas sebagai berikut: Mengapa air dapat mengalir? Dapatkah air mengalir dari tempat rendah ke tempat yang tinggi? Bagaimana prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah? Apa contoh alat penggunaan hukum bejana berhubungan?

a. Mengapa air dapat mengalir?

Mengapa zat cair selalu dapat mengalir? Marilah kita tinjau lebih lanjut. Benda-benda apapun juga terdiri dari molekul-molekul, antara molekul-molekul yang terkandung didalam suatu benda terdapat celah-celah atau jarak. Tetapi bermacam-macam benda mempunyai jarak atau celah-celah antara molekul-molekul yang berlainan jenis pula. Pada zat padat seperti logam, kayu, karet atau batu jarak antara molekul-molekul sangat kecil satu sama lain tarik menarik dengan kuat nya, maka dari itu zat padat mempunyai bentuk dan volume yang tertentu. Hal ini berbeda dengan zat cair, jarak antara molekul-molekul zat cair agak besar, persatuan atau perpaduan antar molekul-molekul nya tidak begitu rapat dan sangat mudah terlepas dari ikatannya karena itu air dapat mengalir.

b. Dapatkah air mengalir dari tempat rendah ke tempat yang tinggi?

Pada prinsipnya air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah, hal itu adalah sifat air. Hal ini bisa juga dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Kalau tidak ada gravitasi air hanya mengambang saja. Selain itu, karena air mempunyai massa jenis lebih berat dari udara, jadi air selalu di bawah udara.

Air mengalir ke atas (lebih tinggi) bisa terjadi jika tekanan di bawah lebih tinggi dari di atas, misalnya pada sumur artesis. Hal ini terjadi karena adanya tekanan (power head) dari bawah menuju ke atas, maka terjadi selisih ketinggian air, di mana air di bagian yang ada power headnya lebih rendah dari yangg lain, sehingga air akan bergerak utk mencapai keseimbangan tinggi air (bejana berhubungan).

c. Bagaimana prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah?

Prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah melalui hukum pascal. Hukum pascal ialah jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya.

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan sama besar. Air menyembur dari setiap lubang kantong plastik dengan jarak yang sama. Semakin kuat kantong plastik ditekan, semakin cepat semburan airnya begitu sebaliknya. Dengan demikian kita dapat menyimpulkan bahwa tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

Jika penampang A1 diberi gaya F1 ke bawah, zat cair dalam penampang A1 mengalami tekanan P sebesar F1/A1. Kemudian tekanan akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke penampang A2. Seandainya gaya yang diberikan pada penampang A2 adalah F2 maka akan diperoleh persamaan seperti berikut :

F2 = P. A2 dimana P = F1/A1

Dengan demikian, sesuai dengan hukum Pascal diperoleh :

Beberapa alat yang bekerja berdasarkan hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik, rem hidrolik dan alat pengangkat mobil.

Teknologi yang membantu sistem kerja aliran air PAM ke rumah-rumah diberi nama microhydrolic. Prinsip kerjanya, air kotor yang disedot dari sungai mengalir akan diteruskan ke bak penampungan pertama yang terdiri atas 10 bak. Di bak-bak ini akan dilangsungkan pemisahan air yang bisa digunakan dan air yang tidak bisa digunakan. Lalu dilakukan predesinfektan. Kemudian air dimasukkan ke bakflocculator untuk diolah kembali. Setelah ada peningkatan kualitas, air kembali dialirkan ke bak sedimentasi. Di bak sedimentasi akan terjadi pemisahan antara air dan endapan-endapan tak terpakai yang selanjutnya akan dibuang. Sedangkan air bersih dialirkan ke rumah-rumah. Untuk dapat mengalirkan air ke rumah-rumah diperlukan tekanan yang cukup memadai.

d. Apa contoh alat penggunaan hukum bejana berhubungan?

Zat cair menekan ke segala arah. Zat cair akan memberi tekanan ke semua arah yang ada dengan besar yang sama, hal ini terjadi karena menganut hukum bejana berhubungan. Contohnya: apabila ember yang berisi air kita beri lubang di banyak tempat maka terlihat bahwa air mengucur dari semua lubang yang ada.

Contoh kerja alat penggunaan hukum bejana berhubungan dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Pada gambar dapat dilihat bahwa lubang bejana yang paling bawah menyemburkan air paling jauh. Hal ini menunjukkan bahwa pada bagian yang paling dalam tekanannya paling besar.

Selain itu, kita juga menemukan bahwa air dan minyak menghasilkan zat cair yang berbeda jauhnya. Dengan demikian, massa jenis zat cair berpengaruh juga terhadap besar kecilnya tekanan. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut: