Rumus Tekanan Udara dan Contoh Soal
Tekanan udara adalah tenaga yang bekerja untuk menggerakan massa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Besarnya tekanan udara ditimbulkan oleh seluruh lapisan atsmosfer (1 atm). Tekanan udara 1 atmosfer terjadi di permukaan laut, yaitu pada ketinggian 0 (nol) meter. Tekanan udara 1 atm = 76 cm hg. Artinya, tekanan udara 1 atmosfer sama dengan tekanan yang ditimbulkan oleh raksa yang tingginya 76 cm.
Satuan-satuan tekanan udara antara lain: atmosfer (atm), pascal (Pa), cm Hg dan bar. Dengan kesetaraan sebagai berikut:
1 atm = 76 cm Hg
= ρ . g . h (tekanan hidrostatis raksa)
= 13.600 kg/m³ . 9,8 N/kg . 0,76 m
= 101.292,80 N/m² ; dibulatkan menjadi
= 100.000 N/m²
= 10⁵ N/m²
1 atm = 76 cmHg = 10⁵ Pa = 10⁵ N/m²
Besarnya tekanan udara pada suatu tempat tergantung pada ketinggiannya, tekanan udara di daerah pantai berbeda dengan tekanan udara yang ada di daerah pegunungan. Tekanan udara di daerah pegunungan lebih rendah daripada di daerah pantai. Semakin tinggi suatu tempat, maka tekanan udaranya semakin rendah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap kenaikan 10 m, tekanan udara berkurang 1 mm Hg atau setiap naik 100 m, tekanan udara turun 1 cm Hg. Jika di permukaan laut tekanan udar 76 cm Hg, maka:
- Tempat yang tingginya 100 m tekanan udara 75 cm Hg
- Tempat yang tingginya 200 m tekanan udara 74 cm Hg
- Tempat yang tingginya 300 m tekanan udara 73 cm Hg
I. Tekanan Udara Bebas
Alat-alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara bebas namanya barometer, contoh-contoh barometer:
- Barometer anaroid
- Barometer raksa
- Barometer fortin
II. Tekanan Udara Dalam Ruang Tertutup
Gas dalam ruang tertutup menimbulkan tekanan pada dindingnya ke segala arah, contohnya udara dalam bola, udara dalam ban, udara dalam balon, dan lain sebagainya. Tekanan udara dalam ruang tertutup, diukur dengan manometer. Terdapat dua macam jenis manometer, yaitu:
A. Manometer zat cair
Zat cair yang biasa digunakan dalam manometer adalah raksa sehingga biasa disebut dengan manometer raksa. Manometer jenis ini ada dua macam, yaitu manometer raksa terbuka dan manometer raksa tertutup.
Pada gambar di atas, tekanan udara dalam ruang lebih tinggi daripada tekanan udara luar. Jika tekanan udara luar 76 cm Hg dan tekanan udara dalam ruang P, maka P = (76 + h) cm Hg.
Pada gambar di atas, tekanan udara dalam ruang lebih rendah daripada tekanan udara luar. Jika tekanan udara luar 76 cm Hg dan tekanan udara dalam ruang P, maka P = (76 – 1h) cm Hg
B. Manometer logam
Manometer ini biasa digunakan untuk mengukur tekanan udara yang cukup tinggi dalam ruang tertutup. Misalnya, tekanan udara dalam ban mobil.
III. Tekanan Udara Dalam Ruang Tertutup Tergantung Volume Jika Suhunya Tetap
Sifat gas adalah selalu memenuhi ruangan. Jika volume ruang ditekan atau dipersempit, maka volume udara ikut berkurang. Sebaliknya, jika volume ruangan diperbesar, maka volume udara ikut memperbesar.
Pada kedudukan 1, jika piston ditekan, volume gas dalam ruang V1 menjadi lebih kecil, udara dalam ruang menjadi mampat sehingga tekanannya besar. Pada kedudukan 2 jika piston ditarik, volume gas dalam ruang V2 menjadi lebih besar, udara dalam ruang menjadi lebih renggang sehingga tekanan menjadi lebih rendah.
IV. Hukum Boyle
Gas dalam ruang tertutup yang berpiston, seperti gambar di atas:
- Pada keadaan 1, volume gas V1 dan tekanan gas P1.
- Pada keadaan 2, volume gas V2 dan tekanan gas P2.
Dirumuskan:
Keterangan:
- P1 = tekanan gas pada keadaan 1
- V2 = volume gas pada keadaan 1
- P2 = tekanan gas pada keadaan 2
- V2 = volume gas pada keadaan 2
Baca Juga: Semua Hal Tentang Tekanan Zat Cair
Contoh soal:
Sebuah tabung berpiston berisi gas volumenya 40 dm³, tekanannya 2.5 atm. Berapakah tekanan udara dalam tabung itu jika volumenya dijadikan 15 dm³?
Penyelesaian:
Diketahui:
V1 = 40 dm³
P1 = 2,5 atm
V2 = 15 dm³
Ditanyakan: P2 = ?
Jawab:
P1 V1 = P2 V2
P2 = P1 . V1 / V2
= 2,5 atm . 40 dm³ / 20 dm³
= 5 atm
Alat-alat yang berdasarkan hukum Boyle:
- Pompa udara baik pompa isap maupun pipa tekan
- Pompa udara
- Pipet tetes
- Alat suntik
