Kepadatan dan tekanan
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| density/ˈdensɪti/ | densitas |
| pressure/ˈpreʃə/ | tekanan |
| upthrust/ˈʌpθrʌst/ | gaya apung |
| atmospheric pressure/ˌætməsˈferɪk ˈpreʃə/ | tekanan atmosfer |
| submerged/səbˈmɜːdʒd/ | tercelup |
| Archimedes' principle/ˌɑːkɪˈmiːdiːz ˈprɪnsɪpl/ | Prinsip Archimedes |
| displaced/dɪˈspleɪst/ | dipindahkan |
Mengapa kapal baja terapung
- Paku baja yang padat tenggelam, namun kapal baja raksasa tetap terapung.
- Bentuk kapal mendorong banyak air — dan air memberikan reaksi balik.
- Untuk menjelaskannya kita perlu kerapatan, tekanan dan gaya apung.
Kerapatan
- Kerapatan adalah massa per satuan volume: $\rho = \dfrac{m}{V}$, unit $\dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$.
- Perlu diketahui: air $1000$, udara $\approx 1.2$, baja $\approx 7800\ \dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$.
Barometer aneroid presisi mengukur tekanan atmosfer
Tekanan dengan kedalaman
p = ρg·h
Tekanan berbanding lurus dengan kedalaman — gradiennya adalah ρg.
Sebuah balok memiliki massa $5.0\ \text{kg}$ dan volume $0.0020\ \text{m}^3$. Berapakah kepadatannya?
$\rho = \dfrac{m}{V} = \dfrac{5.0}{0.0020} = 2500\ \dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$.
Tekanan
- Tekanan adalah gaya per satuan luas, tegak lurus terhadap permukaan: $p = \dfrac{F}{A}$.
- Unit: $\text{Pa} = \dfrac{\text{N}}{\text{m}^2}$.
Gugus es terapung dengan sebagian besar volumenya tersembunyi: es sedikit kurang rapat daripada air
Tekanan adalah gaya per satuan ____ (bekerja tegak lurus terhadap permukaan).
$p = \dfrac{F}{A}$, diukur dalam $\text{Pa} = \dfrac{\text{N}}{\text{m}^2}$.
Tekanan dalam cairan
- Tambahan tekanan pada kedalaman tertentu adalah $\Delta p = \rho g \Delta h$.
- Hal ini hanya bergantung pada kerapatan dan kedalaman — bukan bentuk wadahnya.
- Untuk total tekanan, tambahkan tekanan atmosfer ($\approx 1.0 \times 10^{5}\ \text{Pa}$).
Kolom cairan dengan luas $A$: beratnya menentukan tambahan tekanan pada kedalaman di bawahnya
Tekanan tambahan pada kedalaman dalam cairan bergantung pada:
$\Delta p = \rho g \Delta h$ — hanya kepadatan dan kedalaman yang berpengaruh; bentuk wadahnya tidak.
Cocokkan setiap istilah dengan definisi yang ditandai oleh penguji.
Definisi tekanan membawa frasa "tegak lurus". Melewatkannya adalah poin yang hilang meskipun rumusnya sama.
Asal-usul gaya apung
- Tekanan lebih besar di bagian bawah benda tenggelam dibandingkan di bagian atas.
- Perbedaan tersebut merupakan resultan gaya ke atas — yaitu gaya apung.
Prinsip Archimedes
- Gaya apung $= \rho_{\text{fluid}}\, g\, V$, di mana $V$ adalah volume fluida yang dipindahkan.
- Dengan kata lain: gaya apung sama dengan berat fluida yang didorong keluar.
- Benda akan terapung ketika gaya apung ini sama dengan beratnya.
Prinsip Archimedes: gaya apung sama dengan berat fluida yang ____.
Gaya apung $= \rho g V$, di mana $V$ adalah volume yang dipindahkan — berat fluida yang didesak ke samping.
Sebuah balok dengan volume $0.0020\ \text{m}^3$ terendam sepenuhnya di bawah air ($\rho = 1000\ \dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 9.81\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). Berapakah gaya apungnya?
Gaya apung $= \rho g V = 1000 \times 9.81 \times 0.0020 \approx 19.6\ \text{N}$.
Menimbang dalam fluida
- Balok tenggelam pada newton-meter menunjukkan nilai kurang dari berat aslinya: pembacaan $= W - \text{upthrust}$.
- Itulah sebabnya benda berat terasa lebih ringan di bawah air.
Benda terapung memindahkan berat sendiri dari fluida.
Ya — ia tenggelam hingga gaya apung (berat fluida yang dipindahkan) sama dengan beratnya sendiri, lalu terapung.
Contoh soal: terapung dan tenggelam
- Sebuah balok dengan volume $2.0\times10^{-3}\ \text{m}^3$ dan massa $1.6\ \text{kg}$ tenggelam sepenuhnya dalam air ($\rho = 1000\ \text{kg/m}^3$). Hitunglah gaya apung dan resultan gaya yang bekerja padanya.
- Gaya apung adalah berat fluida yang dipindahkan: $U = \rho_{\text{fluid}} V g = 1000 \times 2.0\times10^{-3} \times 9.81 = 19.6\ \text{N}$.
- Berat balok sendiri adalah $mg = 1.6 \times 9.81 = 15.7\ \text{N}$.
- Resultan: $19.6 - 15.7 = 3.9\ \text{N}$ ke atas, sehingga balok naik dan akan terapung.
- Perhatikan kerapatan apa yang digunakan oleh masing-masing suku. Gaya apung menggunakan kerapatan fluida dan volume yang dipindahkan; berat menggunakan massa balok. Memasukkan berat balok ke dalam rumus gaya apung adalah kesalahan standar.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Gaya apung adalah berat fluida yang dipindahkan, $\rho_{\text{fluid}} V g$. Ini bukan berat objek.
- Benda yang terapung memindahkan beratnya sendiri fluida; benda yang tenggelam sepenuhnya memindahkan volumenya sendiri. Baca kasus mana yang dijelaskan oleh soal.
- Tekanan adalah gaya per satuan luas dengan gaya tegak lurus terhadap permukaan. Bagian tegak lurusnya ditandai.
- Tekanan hidrostatik $p = \rho g h$ bergantung pada kedalaman, bukan pada bentuk atau lebar wadah, dan $h$ diukur dari permukaan ke bawah.
- Kerapatan adalah massa per satuan volume. Periksa unitnya: volume dalam $\text{cm}^3$ dengan massa dalam kg menghasilkan jawaban yang salah sebesar $10^6$.
Sebuah balok dengan volume 2.0e-3 m^3 terendam sepenuhnya dalam air dengan kepadatan 1000 kg/m^3. Berapakah gaya apung padanya, dalam N? (g = 9.81 m/s^2)
U = rho_fluid V g = 1000 x 2.0e-3 x 9.81 = 19.6 N. Massa balok itu sendiri tidak masuk ke dalam gaya apung; ia hanya menentukan apakah balok naik atau tenggelam.
Tekanan hidrostatik pada suatu titik dalam cairan bergantung pada mana dari ini? Pilih semua yang berlaku.
p = rho g h tidak memuat luas atau bentuk. Tabung sempit dan tangki lebar memberikan tekanan yang sama pada kedalaman yang sama, yang mengejutkan orang setiap tahun.
Susunlah metode untuk memutuskan apakah benda terendam akan naik secara berurutan.
Setiap suku menggunakan sifat benda berbeda: kepadatan fluida untuk gaya apung, massa benda untuk berat.
Anda telah memahaminya
- density $\rho = \dfrac{m}{V}$; pressure $p = \dfrac{F}{A}$
- pressure in a liquid: $\Delta p = \rho g \Delta h$ — ditentukan oleh densitas dan kedalaman saja
- buoyancy $= \rho g V$ = berat fluida yang dipindahkan (Archimedes)