BAB I
PENERAPAN HUKUM HIDROSTATIS
Pemasangan Infus Pada Pasien Rumah Sakit
Sebelum dipasangi infus, tubuh pasien harus diukur terlebih dahulu tekanan darahnya. Setelah diukur baru kemudian dipasangi infus. Posisi infus diatur sedemikian rupa agar tekanan aliran dari cairan infus lebih besar dari tekanan darah. Kalau tekanan cairan infus lebih kecil dari tekanan darah keadaannya akan terbalik yakni darah akan masuk ke dalam kantong infus.
Dalam ilmu fisika ada dikenal dengan tekanan hidrostatis yaitu tekanan yang dialami oleh cairan yang statis atau diam. Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air akibat dari percepatan gravitasi yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan (zat cair) terrgantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut. Rumus fisikanya:
P =ρgh
Dimana:
P = Tekanan yang dialami oleh cairan
ρ = massa jenis cairan
h = ketinggian cairan/kedalaman cairan
Jadi makin tinggi tempat kantong infus dengan pergelangan lengan makan tekanan cairan infus makin besar juga, begitu juga sebaliknya.
Oleh karena itu pemasangan cairan infus diposisikan lebih tinggi dari pergelangan tangan pasien agar cairan infusnya mau masuk ke dalam tubuh pasien. Coba anda bayangkan kalau cairan infus di pasang lebih rendah dari tubuh pasien?
Pastinya akan terbalik. Bukan cairan infus yang masuk ke tubuh pasien akan tetapi cairan darah yang akan masuk ke dalam kantong infus. Kejadian ini akan mirip seperti orang donor darah. Di mana kantong darah di letakan di bawah atau lebih rendah dari tubuh si pendonor.
Pengukuran Tekanan Darah
Pengukuran tekanan darah : merujuk kepada tekanan yang dialami darah pada pembuluh arteri darah ketika darah di pompa oleh jantung ke seluruh anggota tubuh manusia. Tekanan darah dibuat dengan mengambil dua ukuran dan biasanya diukur seperti berikut - 120 /80 mmHg. Nomor atas (120) menunjukkan tekanan ke atas pembuluh arteri akibat denyutan jantung, dan disebut tekanan sistole. Nomor bawah (80) menunjukkan tekanan saat jantung beristirahat di antara pemompaan, dan disebut tekanan diastole. Saat yang paling baik untuk mengukur tekanan darah adalah saat Anda istirahat dan dalam keadaan duduk atau berbaring. Tekanan darah dalam kehidupan seseorang bervariasi secara alami. Bayi dan anak-anak secara normal memiliki tekanan darah yang jauh lebih rendah daripada dewasa. Tekanan darah juga dipengaruhi oleh aktivitas fisik, dimana akan lebih tinggi pada saat melakukan aktivitas dan lebih rendah ketika beristirahat. Tekanan darah dalam satu hari juga berbeda; paling tinggi di waktu pagi hari dan paling rendah pada saat tidur malam hari. Bila tekanan darah diketahui lebih tinggi dari biasanya secara berkelanjutan, orang itu dikatakan mengalami masalah darah tinggi. Penderita darah tinggi mesti sekurang-kurangnya mempunyai tiga bacaan tekanan darah yang melebihi 140/90 mmHg saat istirahat.
BAB II
PENERAPAN HUKUM PASCAL
Hukum pascal adalah hukum yang berbicara tentang tekanan fluida pada ruang tertutup. Jika sebuah kantong plastik yang berisi air dilubangi dengan jarum di beberapa tempat, airnya akan memancar keluar. Pancaran tersebut akan semakin kuat jika bagian atas plastik ditekan (diperas). Hal ini menunjukkan bahwa tekanan tersebut diteruskan ke segala arah dalam air. Terbukti, pancaran air yang terjadi semakin kuat.
Pernyataan di atas pertama kali dikemukakanoleh Blaise Pascal. Setelah melakukan percobaan dengan alat penyemprotan (penyemprot Pascal), dia menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah sama besar. Selanjutnya, pernyataan tersebut dikenalsebagai hukum pascal. Beberapa penerapan hukum Pascal dalam teknologi kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut:
Dongkrak Hidrolik
Prinsip kerja :
Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing-masing ditutup dan diisi air. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat. Definisi dongkrak hidrolik adalah jenis pesawat dengan prinsip hukum pascal yang berguna untuk memperingan kerja. Dongkrak ini merupakan system bejana berhubungan (2 tabung) yang berbeda luas penampangnya. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.
Tensimeter atau Sfigmomanometer
Prinsip kerja:
Cairan yang tekanannya akan diukur harus memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding cairan manometrik, oleh karena itu pada alat pengukur tekanan darah dipilih air raksa sebagai cairan manometrik karena air raksa memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan berat jenis darah.
Berikut skema pengukuran tekanan menggunakan manometer. Tekanan dalam fluida statis adalah sama pada setiap tingkat horisontal (ketinggian) yang sama sehingga: Untuk lengan tangan kiri manometer .Untuk lengan tangan kanan manometer. Karena disini kita mengukur tekanan tolok (gauge pressure), kita dapat menghilangkan P Atmosfer .Sehingga dari persamaan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa tekanan pada A sama dengan tekanan cairan manometrik pada ketinggian h2 dikurangi tekanan cairan yang diukur pada ketinggian h1.
Dalam kasus alat pengukur tekanan darah yang menggunakan air raksa, berarti tekanan darah dapat diukur dengan menghitung berat jenis air raksa dikali gravitasi dan ketinggian air raksa kemudian dikurangi berat jenis darah dikalikan gravitasi dan ketinggian darah.
Rem Hidrolik
Prinsip kerja:
Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupaminyak rem. Pada ujung-ujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu pistonpedal dan piston cakram. Pipa dan piston inilah yang memegang peranan pentingdimana konsep dan sterukturnya telah didesain sedemikian rupa sehingga sesuaidengan hukum pascal, dengan tujuan menghasilkan daya cengkram yang besardari penginjakan pedal rem yang tidak terlalu dalam.
Penyesuaian terhadap hukum pascal yang dimaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada pedal rem lebih kecil daripada pipa yang terhubung dengen piston cakram. Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segalaarah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram. Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segala arah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.
Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedal maka gaya yang tadinya digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskan ke piston cakram yang terhubung dengan kanvas rem dengan jauh lebih besar sehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar pula. Cakram yang bersinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gaya gesek, dan gaya gesek adalah gaya yang bernilai negative maka dari itu cakram yang ikut berputar bersama roda semakin lama perputarannya akan semakin pelan, dan inilah yang disebut dengan proses pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yang lebih lebar juga ikut membantu proses pengereman. Hal itulah yang menyebabkan system kerja rem cakram hidrolik lebih efektif daripada rem konvensional (rem tromol).
Pompa Hidrolik
Prinsip kerja:
Pompa hidrolik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik.
Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan aktuator. Pompa hidrolik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidrolik menjadi energi mekanik yaitu motor hidrolik dan aktuator. Motor hidrolik mentransfer energi hidrolik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain.
Alat Press Hidrolik
Prinsip kerja:
Press hidrolik tergantung pada prinsip Pascal : yang tekanan seluruh sistem tertutup adalah konstan. Salah satu bagian dari sistem adalah piston bertindak sebagai pompa, dengan kekuatan mekanik sederhana yang bekerja pada luas penampang kecil, bagian lain adalah piston dengan luas yang lebih besar yang menghasilkan kekuatan mekanis Sejalan besar. Hanya berdiameter kecil pipa (yang lebih mudah menolak tekanan) diperlukan jika pompa dipisahkan dari silinder tekan.
Hukum Pascal: Tekanan pada fluida terbatas ditransmisikan berkurang dan bertindak dengan kekuatan yang sama pada bidang yang sama dan pada 90 derajat ke dinding kontainer.
Sebuah cairan, seperti minyak , dipindahkan ketika piston baik didorong ke dalam. Piston kecil, untuk jarak tertentu gerakan, memindahkan jumlah yang lebih kecil dari volume yang dari piston besar, yang sebanding dengan rasio area kepala piston. Oleh karena itu, piston kecil harus dipindahkan jarak besar untuk mendapatkan piston besar untuk bergerak secara signifikan. Jarak piston besar akan bergerak adalah jarak yang piston kecil akan dipindahkan dibagi dengan rasio bidang kepala piston. Ini adalah bagaimana energi, dalam bentuk kerja dalam hal ini, adalah kekal dan Hukum Konservasi Energi puas. Pekerjaan kali kekuatan jarak, dan karena kekuatan meningkat pada piston lebih besar, jarak kekuatan diterapkan atas harus berkurang.
Cairan bertekanan digunakan, jika tidak dihasilkan secara lokal oleh tangan atau pompa mekanis bertenaga, dapat diperoleh dengan membuka katup yang terhubung ke akumulator hidrolik atau pompa terus berjalan tekanan yang diatur oleh katup buang. Bila diinginkan untuk menghasilkan kekuatan yang lebih dari tekanan yang tersedia akan memungkinkan, atau menggunakan lebih kecil, lebih tinggi tekanan silinder untuk menghemat ukuran dan berat, sebuah intensifier hidrolik dapat digunakan untuk meningkatkan tekanan yang bekerja pada silinder tekan.
Ketika tekanan pada silinder tekan dilepaskan (cairan kembali ke reservoir), gaya dibuat dalam pers dikurangi menjadi nilai yang rendah (yang tergantung pada gesekan segel silinder itu. Piston utama tidak menarik kembali ke aslinya posisi kecuali sebuah mekanisme tambahan digunakan.
BAB III
PENERAPAN HUKUM ARCHIMIDES
Archimedes pernah mengeluarkan sebuah pernyataan yang sangat terkenal bahwa “Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.” Pernyataan ini selanjutnya lebih dikenal sebagai hukum Archimedes. Beliau merupakan salah satu ilmuwan besar pada zamannya. Archimedes dari Syracusa (sekitar 287 SM – 212 SM) belajar di kota Alexandria, Mesir. Pada waktu itu yang menjadi raja di Sirakusa adalah Hieron II. Archimedes sendiri adalah seorang matematikawan, astronom, filsuf, fisikawan, dan insinyur berbangsa Yunani. Ia dibunuh oleh seorang prajurit Romawi pada penjarahan kota Syracusa, meskipun ada perintah dari jendral Romawi, Marcellus bahwa ia tak boleh dilukai.
Sudah banyak aplikasi teknologi yang memanfaatkan rumusan dari hukum ini diantaranya akan diuraikan sebagai berikut:
Balon Udara
Prinsip kerja:
Gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Fa = ?. Vb. g Dengan ? adalah massa jenis udara. Balon menggunakan prinsip yang sama dengan kapal laut. Hanya saja, karena kita menginginkan balon naik ke udara dan melayang pada ketinggian tertentu, maka yang dilakukan adalah mengisi balon sehingga berat udara yang dipindahkan lebih berat dari berat balon. Hingga kemudian mencapai titik ketinggian yang diinginkan. Untuk mencapai hal tersebut, prinsip kimia mengajarkan kita tentang mengisi balon dengan gas yang massa molekulnya lebih kecil dari massa rata-rata di udara atau dengan gas panas. Tidak semua gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika adapertimbangan harga dan keselamatan. Beberapa di antaranya adalah gas Hidrogen(H2) dan Helium (He).
Kapal Laut
Di awal pembahasan Hukum Archimedes telah sedikit disinggung mengapa kapal laut dapat mengapung di air. Badan kapal laut mempunyai rongga udara. Karena rongga udara ini, volume air laut yang dipindahkan oleh kapal tersebut cukup besar sehingga sesuai prinsip Archimedes, kapal laut mendapatkan gaya apung yang cukup besar untuk menahan bobot kapal sehingga kapal dapat mengapung di permukaan air. Kapal sangat penting untuk transportasi. Indonesia merupakan salah satu negara kepulauan yang besar. Oleh karena itu, kapal laut memegang peranan penting akan kelancaran transportasi di negara kita.
Kapal Selam
Jika kapal laut hanya dapat mengapung di permukaan air, maka kapal selam, selain dapat mengapung, dapat juga melayang dan tenggelam di dalam air laut. Karena kemampuannya tersebut, kapal selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan penelitian. Bentuk badan kapal selam dirancang agar dapat mengapung, melayang, dan tenggelam dalam air. Selain itu, dirancang untuk dapat menahan tekanan air di kedalaman laut. Badan kapal selam mempunyai rongga udara yang berfungsi sebagai tempat masuk dan keluarnya air atau udara. Rongga ini terletak di lambung kapal. Rongga tersebut dilengkapi dengan katup pada bagian atas dan bawahnya. Ketika mengapung, rongga terisi dengan udara sehingga volume air yang dipindahkan sama dengan berat kapal. Sesuai dengan prinsip Archimedes, kapal selam akan mengapung. Ketika rongga katup atas dan katup bawah pada rongga kapal selam dibuka, maka udara dalam rongga keluar atau air masuk mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal mulai tenggelam. Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman yang diinginkan. Dalam keadaan ini, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika katup udara pada rongga dibuka kembali maka volume air dalam rongga akan bertambah sehingga kapal selam akan tenggelam Jika kapal selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam akan mengalami gaya apung yang dapat menyamai berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam akan naik ke permukaan dan mengapung.
Prinsip kerja:
Kapal selam di desain memiliki tanki balast (trim), Tanki balast berfungsi menyimpan udara dan air, letaknya berbeda beda tergantung biro desain yang merancangnya. Ketika kapal selam siap untukmenyelam, katup-katup besaryang dikenal sebagai “kingstons”, yang terletak di dasar tangkibalas, dibuka untukmembiarkannya masuk ke laut.Udara di dalam tangki keluarmelalui katup-katup pada bagian atas, yang dikenal sebagai “lubang-lubang angin”. Kapal selamitu masuk ke dalam air
Ketika kapal selam siap untuk muncul ke permukaan, lubang-lubang angin ditutup dan tekanan udara didorong masuk ke dalam tangki-tangki. Hal ini meniup air kembali melalui kingstons, dankapal selam itu pun naik.
Galangan Kapal
Prinsip kerja
Hampir sama dengan kapal laut. Pertama-tama galangan kapal diisi dengan air laut, kemudian ditempatkan tepat dibawah kapal laut, lalu air nya disedot dan galangan kapal naik ke atas dan muncul ke purmukaan air. Akhirnya air disekeliling kapal hilang dan kapal siap di perbaiki. Setelah kapal diperbaiki galangan kapal diisi kembali oleh air laut dan mulai tenggelam. Dan kapal siap kembali ke laut.
Jembatan Ponton
Peristiwa mengapung suatu benda karena memiliki rongga udara dimanfaatkan untuk membuat jembatan yang terbuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Volume air yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum itu sendiri dan benda-benda yang melintas di atasnya. Setiap drum penyusun jembatan ini harus tertutup agar air tidak dapat masuk ke dalamnya.
Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Drum-drum itu biasanya terbuatdari besi dan di dalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.
Hidrometer
Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Biasanya alat ini digunakan oleh usaha setrum accu. Untuk mengetahui bahwa air accu itu sudah tidak bisa digunakan maka harus diukur dengan hidrometer. Cara menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan nilai massa jenis dari zat cair tersebut.
Prinsip kerja
Hidrometer merupakan sebuah alat ukur besaran turunan yang menjadi salah astu aplikasi dari Hukum Archimedes yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Sebuah benda dalam fluida (zat cair atau gas) mengalami gaya dari semua arah yang dikerjakan oleh fluida di sekitarnya. Hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas seberat zat cair yang dipindahkan oleh benda itu. Prinsip kerja Hidrometer menggunakan Hukum Archimedes. Nilai massa jenis suatu zat cair dapat diketahui dengan membaca skala pada Hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair.
Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Nilai massa jenis suatu zat cai dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair. Hidrometer terbuat dari tabung kaca. Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbale. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hydrometer lebih besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. Tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam massa jenis zat cair) menghasilkan perbahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam zat cair. Ini berarti perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas.
BAB IV
PENERAPAN HUKUM KAPILARITAS
Kompor Minyak Tanah
Minyak tanah naik bergerak melalui sumbunya yang terbuat dari kain yang berpori-pori kecil. Begitu juga dari kegiatan tadi, ketika air berada pada pipa kapiler ternyata air naik pada bagian pipa yang terkecil.
Peristiwa ini dinamakan kapilaritas. Yaitu peristiwa naiknya zat cair pada pembuluh atau celah kecil atau pori-pori kecil. Air pada pembuluh atau celah kecil akan lebih tinggi dari yang lainnya itu, akibat adhesi (partikel air dan partikel gelas) lebih besar dari kohesinya (partikel air).
Lain lagi dengan raksa. Raksa pada pembuluh atau celah kecil akan lebih rendah dari yang lebih besar lainnya, akibat kohesi antar partikel raksa lebih besar daripada adhesi partikel raksa dan partikel gelas.
Contoh peristiwa kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari
a) naiknya minyak tanah pada sumbu kompor sehingga kompor dapat menyala,
b) naiknya minyak tanah pada sumber lampu tempel sehingga lampu itu menyala,
c) naiknya air pada musim hujan sehingga dinding rumah basah,
d) naiknya air tanah melalui akar dengan pembuluh-pembuluh tumbuhan,
e) air menggenang dapat diserap dengan kain pel, spons, atau kertas isap, dan
f) cairan tinta yang tumpah dapat diserap oleh kapur tulis atau kertas isap.
