Tekanan adalah salah satu konsep terpenting dalam fisika. Meskipun Anda pasti akan memiliki gagasan tentang tekanan apa dari hal-hal seperti pembacaan tekanan atmosfer yang diberikan dalam laporan cuaca atau tekanan air di sistem pemanas rumah Anda, saat Anda mempelajari fisika, detailnya benar-benar masalah. Mempelajari definisi tekanan yang tepat membantu Anda memahami konsep kunci yang terkait dengan gas, termodinamika, daya apung, dan banyak lagi.
Definisi Tekanan
Tekanan secara sederhana didefinisikan sebagaijumlah gaya per satuan luas. Poin kunci ketika Anda mencoba memahami tekanan adalah memikirkan apa yang terjadi pada tingkat atom dalam cairan atau gas pada tekanan tinggi. Molekul penyusunnya terus bergerak, dan ini berarti mereka menabrak dinding wadah sepanjang waktu. Semakin banyak mereka bergerak (karena suhu yang lebih tinggi), semakin mereka menabrak dinding wadah dan semakin tinggi tekanannya.
Definisi, kemudian, hanya mengubah gambaran umum ini menjadi definisi fisik yang jelas. Setiap kali sebuah molekul menabrak sisi wadah, ia memberikan gaya padanya, dan jumlah gaya ini untuk sebagian kecil bagian dalam adalah tekanan total. Cara paling mudah untuk melakukannya adalah dengan memilih area yang merupakan satu "satuan" kuadrat dalam sistem pengukuran yang Anda pilih, yang berarti "per satuan luas" dalam definisi.
Secara matematis, Anda dapat mendefinisikan tekanan sebagai:
P = \frac{F}{A}
DimanaPadalah tekanan,Fadalah gaya pada permukaan danSEBUAHadalah daerah.
Unit Tekanan
Satuan SI untuk tekanan adalahPascal (Pa), di mana 1 Pa = 1 N/m2, yaitu satu Newton per meter persegi. Newton adalah satuan gaya, jadi mudah untuk melihat bahwa Pascal memenuhi persyaratan untuk satuan tekanan. Namun, Pascal adalah unit yang cukup kecil untuk hal-hal seperti tekanan atmosfer, jadi ada cukup banyak alternatif yang juga digunakan. Salah satu cara paling sederhana untuk melakukannya adalah dengan menggunakan kPa (yaitu kilopascal, atau ribuan pascal), tetapi ada juga opsi lain.
Satuan alternatif yang paling terkenal adalahpound per inci persegi (psi), yang digunakan di AS untuk hal-hal seperti tekanan air. Untuk tekanan atmosfer, unit yang dinamai dengan tepat "atmosfer" (atm) sering digunakan, karena 1 atm sesuai dengan tekanan atmosfer di permukaan laut. Torr adalah satuan alternatif yang digunakan untuk tekanan atmosfer, yang didefinisikan sebagai 1/760 an atmosfer, atau 133,3 Pa Dalam meteorologi, milibar sering digunakan, di mana 1 bar = 100.000 Pa dan 1 milibar = 100 Pa
Akhirnya, ada beberapa satuan tekanan yang bahkan lebih tidak biasa, termasuk milimeter air raksa (mmHg), yang didefinisikan berdasarkan tekanan yang diberikan oleh kolom merkuri setinggi 1 mm dan sering digunakan untuk darah tekanan.
Ini awalnya adalah maksud dari torr, jadi seharusnya tidak terlalu mengejutkan bahwa keduanya adalah dasarnya sama: 1 mmHg = 133,322 Pa Akhirnya, dalam beberapa kasus tekanan diukur sebagai nilai dalam dyne per persegi sentimeter. Di sini, dyne adalah satuan gaya dengan 1 dyne = 0,00001 Newton, jadi 1 dyne per sentimeter persegi sama dengan 0,1 Pa.
Tekanan atmosfir
Tekanan atmosfer di permukaan laut sama dengan 1 atmosfer, atau sekitar 101.325 Pa. Ini adalah abesarnilai – ini lebih dari gaya gravitasi pada 10.000 kg materi, yang menekan Andasepanjang waktu. Tekanan pada dasarnya hanya ini, tetapi masalahnya sebenarnya adalah udara: Tekanan secara harfiah disebabkan oleh berat udara yang mendorong ke bawah di atas permukaan bumi.
Ini mungkin tampak aneh karena Anda tidak pernahmemperhatikantekanan atmosfer, meskipun sangat besar, tetapi Anda telah berevolusi di lingkungan ini, sehingga Anda tidak menyadarinya. Ada ukuran tekanan yang memperhitungkan ini juga, yang disebutpengukur tekanan. Ini adalah perbedaan tekanan antara tekanan absolut (yaitu tekanan total) dan tekanan atmosfer.
Misalnya, jika Anda memiliki ban yang benar-benar kempes di mobil Anda, ketika Anda menghubungkan pengukur itu akan membaca nol. Namun, adaudaradi dalam ban yang berada pada tekanan atmosfer; hanya saja informasi ini tidak benar-benar relevan ketika Anda tertarik pada apakah sesuatu seperti ban mobil diberi tekanan yang tepat. Masih ada tekanan absolut, tetapi dalam kasus ini (dan banyak lainnya) tekanan pengukur benar-benar yang perlu Anda ketahui.
Tekanan air
Tekanan air adalah salah satu bentuk tekanan yang paling dikenal dalam kehidupan sehari-hari, tetapi dalam situasi hidrostatik (di mana air tidak mengalir), tekanan bekerja secara berbeda dengan cara yang dilakukan dalam pemanas air Anda sistem. Namun, ini adalah situasi yang menarik untuk dilihat ketika Anda pertama kali belajar tentang tekanan karena tekanan dalam situasi seperti ini tergantung pada kedalaman.
Tekanan (P) pada setiap kedalaman (d) diberikan oleh persamaan:
P = gd
Dimanaρ(“rho”) adalah densitas cairan dangadalah percepatan gravitasi (di Bumi,g= 9,81 m/s2). Massa jenis air pada 20 °C adalahρ= 998 kg/m3, tetapi umumnya perhitungannya sangat disederhanakan jika Anda mengasumsikan suhu 4 °C, di manaρ= 1000 kg/m3 atau 1 g/cm3. Jadi jika Anda menghitung tekanan air pada kedalaman 25 m, persamaannya menunjukkan:
\begin{aligned} P &= gd \\ &= 1000 \text{ kg/m}^3 × 9,81 \text{ m/s}^2 × 25 \text{ m} \\ &=245250 \text{ Pa } = 245.3 \text{ kPa} \\ \end{selaras}
Bagaimana Barometer Bekerja
Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan atmosfer (kadang disebut tekanan barometrik) yang bekerja dengan menggunakan kolom air raksa. Sebuah tabung berisi merkuri – terbuka di salah satu ujungnya – dibalik dan ditempatkan di reservoir yang juga berisi merkuri. Saat dipasang, reservoir terbuka ke atmosfer, tetapi merkuri di dalam tabung hanya bersentuhan dengan reservoir, dan proses membalik tabung menciptakan ruang hampa di bagian atas.
Barometer mengukur tekanan karena gaya akibat tekanan atmosfer (pada dasarnya berat udara) menekan merkuri di reservoir dan dengan demikian mendorong merkuri di dalam tabung naik.
Jika kolom air raksa menciptakan gaya yang sama besar yang diarahkan ke bawah (persamaan tekanan air dari bagian sebelumnya menjelaskan asal mula ini gaya), tidak akan ada perubahan, tetapi jika tekanan udara lebih tinggi, tingkat merkuri dalam tabung harus meningkat dengan jumlah yang sesuai untuk menyeimbangkan pasukan. Setelah mengkalibrasi timbangan, sistem sederhana ini dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara.
Contoh lainnya
Ada contoh lain dari tekanan yang akan Anda kenal dari kehidupan sehari-hari juga, termasuk tekanan darah. Ini adalah (pengukur) tekanan yang dibuat oleh jantung Anda memompa darah ke seluruh tubuh Anda, dan ini diukur dalam mmHg (milimeter of merkuri), dan Anda memiliki dua bacaan: sistolik untuk tekanan saat jantung Anda mendorong keluar dan diastolik untuk tekanan antara ketukan. Tentu saja, tekanan selama denyutan adalah jumlah yang lebih tinggi dari keduanya, dan antara 90/60 mmHg dan 120/80 mmHg dianggap ideal.
Tekanan udara juga merupakan konsep penting dalam meteorologi, yang memetakan posisi dan pergerakan sistem tekanan tinggi dan tekanan rendah untuk memprediksi perubahan cuaca. Melalui hubungan antara tekanan atmosfer dan suhu, dan apa yang terjadi ketika sistem tekanan rendah memenuhi sistem tekanan tinggi, ahli meteorologi memprediksi suhu dan hal-hal seperti angin di berbagai daerah.