Tekanan & Tekanan Hidrostatis — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa menghitung tekanan hidrostatis $P = \rho g h$ dan membedakan tekanan mutlak dengan tekanan ukur pada kedalaman tertentu.

Saat kamu menyelam ke kolam yang dalam, telingamu mulai terasa berdengung dan dada terasa sesak. Itu bukan kebetulan — makin dalam kamu turun, makin kuat air menekan tubuhmu. Lubang di dinding tangki pun membuktikan hal yang sama: air memancar makin jauh dari lubang yang makin ke bawah. Kenapa? Karena tekanan dalam fluida bertambah seiring kedalaman. Geser slider kedalaman di bawah dan saksikan kurva tekanan yang naik itu.

Geser slider kedalaman, lalu amati tekanan yang naik linier dari permukaan ke dasar.

Tekanan: gaya per satuan luas

Sebelum bicara kedalaman, kunci konsepnya adalah tekanan sendiri. Saat gaya $F$ bejarak tegak lurus menekan sebuah luasan $A$ , tekanannya adalah hasil bagi keduanya. Makin besar gaya atau makin kecil luasannya, makin besar tekanannya — itulah mengapa pisau tajam (luas ujung kecil) lebih mudah memotong daripada pisau tumpul.

$P = \dfrac{F}{A}$

Arti tiap simbol: $P$ = tekanan (pascal, Pa), $F$ = gaya tegak lurus permukaan (newton), $A$ = luas permukaan (m²). Satu pascal = satu newton per meter persegi.

Tekanan adalah besaran skalar yang menyatakan besarnya gaya tegak lurus per satuan luas permukaan. Satuan SI-nya pascal (Pa), dengan $1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$ .

Tekanan hidrostatis: bertambah dengan kedalaman

Dalam fluida yang diam, tekanan tidak sama di mana-mana — ia bertambah linier terhadap kedalaman. Bayangkan sebuah kolom cairan setinggi $h$ menekan suatu titik: berat kolom itulah yang menambah tekanan di titik tersebut. Makin dalam titiknya, makin tinggi kolom cairan di atasnya, makin besar pula tekanannya.

$P_{\text{hidrostatis}} = \rho \cdot g \cdot h$

Arti tiap simbol: $\rho$ = massa jenis fluida (kg/m³), $g$ = percepatan gravitasi (m/s²), $h$ = kedalaman diukur dari permukaan fluida (m). Tekanan nol di permukaan ( $h=0$ ) dan terbesar di dasar bejana.

Bayangkan tumpukan buku di atas kepalamu. Buku paling atas terasa ringan; buku paling bawah menanggung berat seluruh tumpukan di atasnya, jadi terasa paling berat. Titik di dasar kolam adalah “buku paling bawah” — ia menahan berat seluruh kolom air di atasnya.

Tiga fakta penting langsung keluar dari rumus itu. Pertama, tekanan hanya bergantung pada kedalaman, bukan bentuk bejana — di tangki lebar maupun tabung sempit yang sama dalamnya, tekanan di dasarnya sama. Kedua, tekanan bergantung pada massa jenis fluida — di raksa ( $\rho = 13.600$ ) tekanannya 13,6 kali air pada kedalaman yang sama. Ketiga, gravitasi $g$ juga ikut menentukan, jadi di Bulan ( $g = 1,6$ ) tekanan air jauh lebih kecil daripada di Bumi.

Peran massa jenis fluida

Karena $P = \rho g h$ sebanding dengan $\rho$ , jenis cairan sangat menentukan seberapa cepat tekanan membesar. Pada grafik di bawah, geser slider massa jenis dan amati kemiringan garis berubah curam. Raksa membuat tekanan melonjak hampir vertikal dalam kedalaman kecil; minyak yang lebih ringan dari air membuat garis lebih landai.

Air memancar dari lubang tangki

Bukti paling jelas bahwa tekanan bertambah dengan kedalaman adalah lubang bocor di dinding tangki. Lubang yang dekat permukaan hanya mengeluarkan air melambai lambat; lubang yang jauh di bawah memancarkan air dengan keras dan jauh. Tekanan hidrostatis di lubang bawah jauh lebih besar, sehingga mendorong air keluar dengan laju lebih tinggi.

Tekanan mutlak dan tekanan ukur

Rumus $P = \rho g h$ hanya menghitung tekanan hidrostatis — tambahan tekanan akibat kolom cairan di atas titik. Tapi permukaan fluida sendiri sudah ditindih oleh atmosfer Bumi, yang memberi tekanan atmosfer $P_0 \approx 101.325$ Pa. Jadi tekanan sesungguhnya yang dirasakan titik pada kedalaman $h$ adalah jumlah keduanya.

$P_{\text{mutlak}} = P_0 + \rho \cdot g \cdot h$

Arti tiap simbol: $P_{\text{mutlak}}$ = tekanan total terhadap vakum (Pa), $P_0$ = tekanan atmosfer di permukaan (Pa), $\rho$ = massa jenis fluida, $g$ = gravitasi, $h$ = kedalaman. Tekanan ukur (yang dibaca alat) = $P_{\text{mutlak}} - P_0 = \rho g h$ .

Maka ada dua bilangan yang sering tertukar di soal. Tekanan ukur (gauge) dimulai dari nol di permukaan dan bertambah $\rho g h$ ke bawah — itulah yang diukur manometer yang kamu “zerokan” di muka air. Tekanan mutlak (absolut) menambahkan tekanan atmosfer $P_0$ , jadi di permukaan pun ia sudah bernilai $101.325$ Pa, bukan nol. Pada grafik di bawah, kedua garis sejajar — selisihnya konstan sebesar $P_0$ .

Topik tekanan hidrostatis termasuk unit fluida statis, cakupan kerangka TKA 045/H/AN/2025 elemen fluida. Tiga jenis soal paling sering: (1) menghitung $P = \rho g h$ pada kedalaman tertentu, (2) membandingkan tekanan di dua fluida berbeda pada kedalaman sama, dan (3) membedakan tekanan mutlak dengan tekanan ukur. Jebakan klasik: menyangka tekanan bergantung pada bentuk bejana atau volume air — padahal cuma kedalaman dan massa jenis yang dihitung.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah kolam renang berisi air tawar ( $\rho = 1.000$ kg/m³) sedalam $2$ m. Tentukan: (a) tekanan hidrostatis di dasar kolam, (b) tekanan mutlak di dasar kolam jika tekanan atmosfer $P_0 = 101.325$ Pa. ( $g = 9{,}8$ m/s².)

$P_{\text{hidrostatis}} = \rho \cdot g \cdot h = 1.000 \cdot 9{,}8 \cdot 2$ . Kedalaman $h = 2$ m diukur dari permukaan air.

$P_{\text{hidrostatis}} = 1.000 \cdot 9{,}8 \cdot 2 = 19.600$ Pa $\approx 19,6$ kPa. Inilah tambahan tekanan akibat kolom air 2 m di atas dasar.

$P_{\text{mutlak}} = P_0 + \rho g h = 101.325 + 19.600 = 120.925$ Pa $\approx 121$ kPa. Selisih tekanan mutlak dengan tekanan ukur tepat sama dengan $P_0 = 101.325$ Pa.

Jebakan: menyangka tekanan hidrostatis bergantung pada bentuk atau volume bejana. Yang benar: $P = \rho g h$ hanya menghitung kedalaman dan massa jenis — bejana sempit dan bejana lebar dengan kedalaman sama punya tekanan dasar yang sama (paradoks hidrostatis).

Jebakan: mencampur tekanan mutlak dengan tekanan ukur. Yang benar: tekanan ukur dimulai dari nol di permukaan (zerokan manometer), sedangkan tekanan mutlak menambahkan tekanan atmosfer $P_0$ . Di soal, perhatikan kata “mutlak”/“absolut” vs “ukur”/“gauge” — selisihnya selalu $P_0$ .

Jebakan: lupa menyamakan satuan sebelum menghitung. Yang benar: pakai $\rho$ dalam kg/m³, $g$ dalam m/s², dan $h$ dalam meter agar $P$ keluar dalam pascal. Bila kedalaman diberi dalam cm, ubah dulu ke meter — kesalahan paling sering di soal cerita.

Tekanan hidrostatis: $P = \rho g h$ — sebanding massa jenis, gravitasi, dan kedalaman.
Tekanan cuma bergantung kedalaman, bukan bentuk atau volume bejana.
Tekanan mutlak $= P_0 + \rho g h$ ; tekanan ukur $= \rho g h$ (selisihnya $P_0$ ).
Fluida lebih rapat (raksa) membuat tekanan jauh lebih besar pada kedalaman sama.
Lubang bocor di tangki makin jauh di bawah memancarkan air makin kencang.