Penerapan Hukum Pascal

Bagaimana jika sebuah bejana U diisi dengan fluida homogen dan salah satu pipanya ditekan dengan gaya sebesar F? Proses Fisika yang terjadi pada bejana U seperti itu diselidiki oleh Blaise Pascal. Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Pascal yang dikemukakan oleh Pascal pada 1653.

Gambar 7.9 Tekanan F₁ di pipa satu sama besar dengan gaya angkat di pipa dua.

Hukum Pascal berbunyi tekanan yang diberikan pada suatu cairan pada bejana yang tertutup diteruskan ke setiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.

Secara analisis sederhana, Hukum Pascal dapat digambarkan seperti pada Gambar 7.9. Tekanan oleh gaya sebesar F₁ terhadap pipa 1 yang memiliki luas penampang pipa A₁, akan diteruskan oleh fluida menjadi gaya angkat sebesar F₂ pada pipa 2 yang memiliki luas penampang pipa A₂ dengan besar tekanan yang sama. Oleh karena itu, secara matematis Hukum Pascal ditulis sebagai berikut.

dengan: F₁ = gaya pada pengisap pipa 1,

A₁ = luas penampang pengisap pipa 1,

F₂ = gaya pada pengisap pipa 2, dan

A₂ = luas penampang pengisap pipa 2.

Contoh soal hukum pascal

1. Alat pengangkat mobil yang memiliki luas pengisap masing-masing sebesar 0,10 m² dan 4 × 10^–4 m² digunakan untuk mengangkat mobil seberat 2 × 104 N. Berapakah besar gaya yang harus diberikan pada pengisap yang kecil?

Jawab

Diketahui: A₁ = 4 × 10^–4 m², A₂ = 0,1 m₂, dan F₂ = 2 × 10⁴ N.

Dengan demikian, gaya yang harus diberikan pada pengisap yang kecil adalah 80 N.

2. Sebuah pompa hidrolik berbentuk silinder memiliki jari-jari 4 cm dan 20 cm. Jika pengisap kecil ditekan dengan gaya 200 N, berapakah gaya yang dihasilkan pada pengisap besar?

Jawab

Diketahui: r₂ = 20 cm, r₁ = 4 cm, dan F₁ = 200 N

3. Sebuah mobil hendak diangkat dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Bila pipa besar memiliki jari-jari 25 cm dan pipa kecil memilki jari-jari 2 cm. Berapa gaya yang harus diberikan pada pipa kecil bila berat mobil adalah 15.000 N?

Penyelesaian :

Diketahui :

R₁ = 2 cm, R₂= 25 cm, F₂ = 15.000 N

Jawab :

Hukum Pascal dimanfaatkan dalam peralatan teknik yang banyak membantu pekerjaan manusia, antara lain dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, mesin pres hidrolik, dan rem hidrolik. Berikut pembahasan mengenai cara kerja beberapa alat yang menggunakan prinsip Hukum Pascal.

a. Hukum Pascal pada Dongkrak Hidrolik

Dongkrak hidrolik merupakan salah satu aplikasi sederhana dari Hukum Pascal. Berikut ini prinsip kerja dongkrak hidrolik. Saat pengisap kecil diberi gaya tekan, gaya tersebut akan diteruskan oleh fluida (minyak) yang terdapat di dalam pompa. Akibatnya, minyak dalam dongkrak akan menghasilkan gaya angkat pada pengisap besar dan dapat mengangkat beban di atasnya.

Gambar 7.10 Skema dongkrak hidrolik

b. Hukum Pascal pada Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Mesin hidrolik pengangkat mobil ini memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak hidrolik. Perbedaannya terletak pada perbandingan luas penampang pengisap yang digunakan. Pada mesin pengangkat mobil, perbandingan antara luas penampang kedua pengisap sangat besar sehingga gaya angkat yang dihasilkan pada pipa berpenampang besar dan dapat digunakan untuk mengangkat mobil.

Gambar 7.11 Mesin hidrolik pengangkat Mobil

c. Hukum Pascal pada Rem Hidrolik

Rem hidrolik digunakan pada mobil. Ketika Anda menekan pedal rem, gaya yang Anda berikan pada pedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.

Gambar 7.12 Prinsip kerja rem hidrolik