Cara Kerja Mesin Hidrolik

Pemindahan tekanan ke segala arah sama besar dalam suatu cairan merupakan prinsip yang mendasari alat-alat hidrolik. Jadi, mesin hidrolik yang dapat mengangkat benda-benda denga massa yang besar tersebut bekerja dengan memanfaatkan prinsip Pascal. Rem dan dongkrak mobil adalah contoh mesin hidrolik. Mesin hidrolik menghasilkan gaya yang besar dengan hanya memberikan gaya yang sangat kecil. Dengan kata lain, mesin hidolik melipat-gandakan gaya.

Perhatikan bagan mesin hidrolik di bawah ini untuk memahami cara kerjanya. Tabung kecil dan tabung besar dihubungkan oleh pipa. Luas penampang tabung kecil 5 cm2. Luas penampang tabung besar 50 cm2. Masing-masing tabung diisi dengan fluida cair, biasanya minyak. Pada masing-masing tabung terdapat piston yang tertahan di atas permukaan minyak.

Misalkan kamu memberikan gaya 500 N kepada piston kecil. Tekanan pada piston kecil itu adalah:

Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan tersebut dipindahkan melalui fluida tanpa berubah besarnya. Oleh karena itu, piston besar juga mendapat tekanan 100 N/cm2. Namun luas piston besar adalah 50 cm2. Sehingga, besar gaya total pada piston besar adalah:

F = p.A

F= 100 N/cm2 x 50 cm2

F = 5000 N.

Dengan mesin hidrolik ini kamu dapat menggunakan berat tubuhmu untuk mengangkat suatu benda yang beratnya sepuluh kali berat badanmu. Kamu mungkin heran bagaimana mobil dengan massa lebih dari 1000 kg yang melaju kencang dapat dihentikan dengan injakan ringan pada pedal rem. Gaya injakan itu sudah barang tentu jauh lebih kecil daripada gaya yang kamu perlukan seandainya kamu hendak menghentikan mobil itu dari luar. Sistem rem mobil itu juga merupakan mesin hidrolik.

Hukum Pascal

 Misalkan kamu meniup balon hingga menggelembung. Lalu kamu meremas satu ujung balon itu. Partikel-partikel udara di dalam balon tetap berada di dalamnya, namun menjadi lebih rapat. Apa yang terjadi dengan tekanan tambahan yang diberikan pada balon itu? Tekanan akan membesar pada setiap titik di dalam balon itu, termasuk ujung lain balon itu, sehingga ujung lain balon itu semakin menggelembung.

Blaise Pascal (1623-1662) fisikawan asal Perancis, menemukan bahwa tekanan di dalam fluida dipindahkan ke segala arah dengan besar yang sama. Sebagai contoh lain, saat kamu menekan bagian bawah kemasan pasta gigi pada gambar di bawah ini, pasta gigi itu keluar dari bagian atas kemasan tersebut.

Keluarnya pasta gigi karena ditekan kemasannya terjadi berdasar pada prinsip Pascal.

Bejana Berhubungan

 Kamu telah mengetahui bahwa salah satu sifat zat cair jika dalam keadaan diam, mempunyai permukaan yang datar. Perhatikan peristiwa yang sering terjadi di sekelilingmu, misalnya air minum dalam gelas, mempunyai permukaan datar. Meskipun kamu memiringkan gelas tersebut, permukaan air tetap datar. Bagaimana jika air dimasukkan ke dalam bejana berhubungan?

Jika zat cair yang sejenis (misalnya air) dimasukkan dalam bejana berhubungan yang memiliki empat tabung kaca yang berbeda bentuknya tampak bahwa permukaan air dalam keempat tabung tetap mendatar dan sama tinggi. Sekarang, bagaimana kalau dua jenis cairan dimasukkan ke dalam bejana berhubungan?

 

Jika dalam bejana berhubungan terdapat dua jenis cairan yang berbeda, tinggi permukaan kedua zat tersebut dalam bejana berhubungan tidak akan sama. Hal ini disebabkan oleh massa jenis kedua zat cair tersebut yaitu air dan minyak goreng tidak sama. Kamu pasti telah mengetahui bahwa massa jenis minyak goreng lebih kecil daripada massa jenis air.

 

Pada gambar terlihat bahwa tinggi permukaan air dan minyak goreng tidak sama. Titik P adalah titik khayal yang terletak di perbatasan antara minyak goreng dan air. Titik Q adalah titik khayal pada air di ujung bejana lain. Tinggi titik P dan Q sama jika diukur dari dasar bejana. Di titik P dan Q, tekanannya adalah sama. Dengan demikian, dapat dituliskan sebagai berikut.

p1 = p2

ρ1 × g × h1 = ρ2 × g × h2

Karena harga g sama, maka:

ρ1 × h1 = ρ2 × h2

Keterangan:

ρ 1 = massa jenis zat cair 1

ρ 2 = massa jenis zat cair 2

h1 = tinggi permukaan zat cair 1

h2 = tinggi permukaan zat cair 2

Persamaan di atas merupakan formulasi untuk menyelesaikan masalah dalam bejana berhubungan yang berisi dua jenis zat cair.

Contoh Soal Tentang Bejana Berhubungan 
Pada sebuah pipa U, terdapat air (massa jenis = 1.000 kg/m3). Kemudian dimasukkan zat cair lain hingga mengisi 10 cm bagian kiri pipa. Jika diketahui beda ketinggian permukaan zat cair adalah 1 cm, hitunglah massa jenis zat cair tersebut.

Penyelesaian

Diketahui:

h2= h1 – Δh

h2= 10 cm – 1 cm

h2= 9 cm = 9 × 10–2 m

ρ 2 = 1.000 kg/m3

Ditanyakan: ρ 1 = .... ?

Jawaban:

ρ1 · h1 = ρ2 · h2

ρ1 × 0,1 m = 1.000 kg/m3 × 9 × 10-2 m

ρ1 = 900 kg/m3

Jadi, massa jenis zat cair tersebut adalah 900 kg/m3.

Kapal Terapung dilautan

 Kapal pesiar MS Allure of the Seas yang dibuat oleh Royal Caribbean International Company pada tahun 2006, memiliki kapasitas penumpang sebanyak 1385 orang, dilengkapi 25 restoran, memiliki 2000 orang kru profesional. Tinggi kapal ini adalah 72 meter dan panjang 360 meter, merupakan kapal pesiar termewah dan terbesar pertama (aneh-unik.com)

Kapal pesiar yang bernama MS Allure of the Seas merupakan kapal pesiar terbesar di dunia
Sumber gambar: aneh-unik.com

Menurut blogunikhanya.blogspot.com,  Kapal pesiar MS Allure of the Seas diperkirakan memiliki massa sekitar 100.000 ton. Bagaimana kapal dengan massa sekitar 100.000 ton bisa mengapung di lautan?

Archimedes (seorang ahli matematika Yunani yang hidup dalam abad ketiga sebelum Masehi), menemukan penjelasan tentang gaya apung. Menurut prinsip Archimedes, gaya apung yang bekerja pada suatu benda di dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu.

Andaikan kamu meletakkan sebuah gabus berbentuk balok di atas permukaan air. Gabus itu akan memindahkan air pada saat gabus itu mulai bergerak terbenam ke dalam air; namun hanya sampai berat air yang dipindahkan itu sama dengan berat gabus tersebut. Massa jenis balok kayu lebih kecil dari massa jenis air sehingga balok tersebut menjadi mengapung. Lalu apakah sama halnya dengan besi yang di masukan ke dalam air? Apakah besi akan mengapung?

Misalkan kamu meletakkan balok baja seukuran balok kayu itu di atas permukaan air. Ketika balok baja itu diletakkan di atas permukaan air, balok itu mulai mendesak air saat masuk ke dalam air. Gaya apung mulai menekan balok itu ke atas. Namun, karena massa jenis balok baja lebih besar daripada massa jenis air, maka gaya berat balok baja lebih besar daripada massa jenis air. Gaya ke atas ini tidak akan dapat mengimbangi berat balok baja itu, sehingga balok itu tenggelam ke dasar air. Apabila demikian, mengapa kapal pesiar yang terbuat dari besi atau logam yang massa jenisnya lebih besar daripa air dapat terapung di lautan?

Untuk lebih mudah memahami kenapa kapal bisa mengapung di lautan, coba ambil sebuah plastisin. Bentuklah plastisin menjadi sebuah balok atau bola, lalu masukan ke dalam mangkok yang berisi air. Coba amati plastisin tersebut. Apa yang akan terjadi? Ternyata plastisin yang berbentuk balok atau bola tersebut tenggelam menuju dasar air. Sekarang coba ubah bentuk plastisin tersebut menjadi sebuah mangkok, kemudian masukan ke dalam air. Coba amati, apa yang terjadi? Ternyata plastisin yang berbentuk mangkok tersebut mengapung di permukaan air. Kejadian plastisin yang berbentuk mangkok yang mengapung di air, sama halnya pada peristiwa kenapa kapal bisa mengapung di lautan. Lho, bagaimana bisa mengapung?

Pada saat plastisin berbentuk mangkok besi dan beronggga, akibatnya massa jenis mangkok menjadi mengecil. Saat mangkok plastisin tersebut di letakkan di atas permukaan air, ia akan mendesak lebih banyak air daripada balok plastisin tersebut. Mangkuk plastisin itu mendesak cukup banyak air untuk mengimbangi berat mangkuk plastisin tersebut, dan mangkuk plastisin itu terapung. Sekarang coba anda asumsikan bahwa mangkok plastisin tersebut adalah sebuah kapal pesiar. Kapal tersebut bisa mangapung karena di dalam kapal ada rongga-rongga udara yang memperkecil massa jenis kapal, karena massa jenis kapal lebih kecil daripada massa jenis air laut maka kapal tersebut akan mengapung di lautan. Pernahkah kamu mendengar atau melihat gambar kapal selam yang melayang di dalam air?

Jika pada saat gaya berat benda setimbang dengan gaya apung seluruh benda yang berada di dalam fluida, maka benda tersebut melayang di dalam fluida. Untuk maksud tersebut kapten kapal selam akan memerintahkan untuk memasukkan atau mengeluarkan air laut sesuai kebutuhan. Jika air dimasukkan ke dalam kapal selam, maka kapal selam itu bergerak ke bawah, dan sebaliknya jika ingin naik ke permukaan, maka air dikeluarkan dari kapal selam tersebut. 

Hukum Archimedes

 Mengapung

Jika sebuah batang kayu dijatuhkan ke dalam air, apa yang terjadi? Mula-mula kayu tersebut akan masuk seluruhnya ke dalam air, selanjutnya kayu tersebut akan muncul ke permukaan air dan hanya sebagian kayu yang masuk ke dalam air. Dalam keadaan demikian, gaya ke atas pada kayu lebih besar dengan berat kayu (Fa > w).

Kapal laut mengapung di lautan

Melayang

Masukkan sebutir telur ke dalam wadah berisi air, apa yang terjadi? Telur tersebut akan tenggelam. Kemudian, larutkan garam dapur ke dalam air. Setelah air tenang, perlahan-lahan telur tersebut naik dan akhirnya melayang. Mengapa terjadi demikian? Ketika telur tenggelam, gaya apung tidak cukup kuat menahan telur untuk mengapung atau melayang. Setelah ditambahkan garam dapur, massa jenis air menjadi sama dengan massa jenis telur. Oleh karena itu, telur melayang. Gaya apung telur sama dengan beratnya (Fa = w).

Tenggelam

Kamu pasti dapat menyebutkan contoh benda-benda yang tenggelam dalam air. Misalnya, uang logam akan tenggelam jika dimasukkan ke dalam air. Pada logam, sebenarnya terdapat sebuah gaya apung, tetapi gaya ini tidak cukup kuat untuk menahan uang logam melayang atau mengapung. Jadi dalam keadaan tenggelam, gaya apung yang bekerja pada suatu benda lebih kecil daripada berat benda (Fa < w).

Fluida dapat Menghasilkan Tekanan

 Mungkin anda telah akrab dengan istilah-istilah tekanan air, tekanan udara, dan tekanan darah. Pada postingan sebelumnya kita sudah mengulas tentang apa itu tekanan. Pada kesempatan ini anda akan mempelajari tentang tekanan pada fluida yaitu bagaimana fluida dapat menghasilkan tekanan. 

Berbagai peralatan tidak akan bekerja dengan semestinya bila tekanan fluida di dalamnya tidak seperti yang seharusnya, seperti ditunjukkan pada di bawah ini, di mana ban motor tidak akan bisa digunakan jika tidak ada tekanan udara di dalam ban tersebut. Bagaimanakah fluida dapat menghasilkan tekanan?

Ban belakang sepeda motor yang kempes, 
karena tidak ada udara di dalamnya yang memberikan tekanan

Sumber Gambar: maskurblog.wordpress.com

Semua benda tersusun dari partikel-partikel yang sangat kecil. Gaya yang ada dalam fluida disebabkan oleh massa dan gerak partikel-partikel yang membentuk fluida tersebut. Di dalam zat padat, partikel-partikel tersebut tersusun sangat rapat. Oleh karena itu partikel-partikel zat padat tersebut tidak bebas bergerak. Namun, di dalam zat cair dan gas partikel-partikelnya tidak tersusun secara rapat. Jadi partikel-partikel itu lebih bebas bergerak. Partikel-partikel penyusun fluida tersebut secara terus-menerus bergerak ke segala arah.

Pada saat bergerak, partikel-partikel itu menumbuk partikel-partikel lain dan dinding wadah fluida dengan gaya yang besarnya bergantung pada massa dan percepatan partikel tersebut. “Dorongan” atau gaya oleh partikel- partikel tersebut yang bekerja pada suatu luas tertentu disebut tekanan. Tekanan fluida bekerja ke segala arah sama besar.

Udara yang menyelimuti Bumi kita atau atmosfer Bumi mempunyai tekanan. Tekanan atmosfer yang paling besar adalah di permukaan laut. Udara dalam atmosfer mengerahkan tekanan sebesar 10,13 N/cm2 di permukaan laut. Jika punggungmu memiliki luas 1000 c

Perbedaan Tekanan Fluida

Kamu barangkali tidak menaruh banyak perhatian terhadap apa yang sedang kamu lakukan pada saat kamu minum melalui sebuah sedotan. Namun apa yang sesungguhnya kamu lakukan pada saat minum dengan menggunakan sedotan, seperti gambar di bawah ini adalah menyedot sebagian besar udara di dalam sedotan.

 

Penyedotan itu menyebabkan tekanan udara di dalam sedotan menurun. Tekanan udara luar sekarang lebih besar daripada tekanan udara di dalam sedotan sehingga mendorong permukaan minumanmu ke bawah. Dorongan ini memberikan gaya kepada minuman dan naik melalui sedotan, dan kemudian masuk ke dalam mulutmu! Prinsip yang memungkinkan kamu minum melalui sedotan merupakan sifat penting yang dimiliki fluida. Fluida akan bergerak dari daerah bertekanan lebih tinggi menuju daerah bertekanan lebih rendah. Peristiwa ini juga dapat kamu lihat saat pembalap merayakan kemenangannya dengan minuman soda, seperti di bawah ini.

tempo.co