Pada dasarnya, terdapat tiga fenomena terkait tekanan dalam ilmu fisika, yakni tekanan benda padat, tekanan benda cair, dan tekanan benda gas. Tekanan sendiri merupakan besaran gaya yang bekerja pada satuan bidang luas.
Konsep ini seringkali kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memukul paku pada tembok. Pada materi berikut ini, kita akan membahas lebih lanjut mengenai tekanan yang terjadi pada benda padat. Mari simak pembahasannya di bawah ini.
Daftar ISI
Apa Itu Tekanan Benda Padat?
Sebelum kita menggali lebih dalam tentang fenomena tekanan benda padat, akan lebih baik jika kita memiliki pemahaman tentang pengertian tekanan dalam bidang ilmu fisika.
Menurut Russel Kuhtz (2015), tekanan adalah satuan fisika yang berguna dalam menyatakan gaya setiap satuan luas. Sedangkan menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), tekanan adalah suatu keadaan yang menekan atau mendesak.
Pada dasarnya, tekanan sendiri adalah hubungan antara gaya dan tekanan yang bekerja pada suatu bidang, sehingga menghasilkan keadaan menekan. Faktanya, semakin besar gaya yang berlaku, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan.
Sebaliknya, hubungan tekanan dengan permukaan bidangnya adalah berbanding terbalik. Artinya, semakin besar hasil tekanan dari gaya tersebut, maka semakin kecil luas permukaan bidangnya.
Sedangkan tekanan benda padat adalah tekanan yang terjadi pada luas bidang tekan yang merupakan zat padat. Luas bidang tekan tersebut berbeda dengan luas permukaan bidang, karena luas bidang tekan hanya mengacu pada permukaan yang mengalami tekanan saja.
Satuan pada Tekanan
Dalam fisika, satuan berguna untuk mempermudah dalam proses pengukuran maupun perhitungan. Berdasarkan Satuan Internasional (SI), Newton per meter kuadrat atau N/m² merupakan satuan yang mendefinisikan nilai suatu tekanan. Sedangkan simbol p atau pressure adalah besaran tekanan.
Tekanan juga memiliki satuan ukur yang lain, yakni Pascal atau Pa. Satuan ini merupakan nama belakang dari tokoh fisikawan tersohor Prancis, Blaise Pascal.
Rumus Tekanan Benda Padat
Persamaan atau rumus yang dapat Anda gunakan untuk mencari besar tekanan pada benda padat adalah sebagai berikut:
p = F/A
Keterangan:
- p = tekanan (N/m2 atau Pa)
- F = Gaya tekan (N)
- A = Luas permukaan (m²)
Kemudian, rumus untuk tekanan dengan massa benda adalah sebagai berikut:
p = m.g/A
Keterangan:
- m = Massa benda (kg)
- g = percepatan gravitasi (m/s²)
- A = Luas permukaan (m²)
Penerapan Tekanan Benda Padat dalam Kehidupan Sehari – hari
Terdapat beberapa penerapan tekanan benda padat yang dapat Anda temui dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya adalah:
1. Ujung Runcing pada Jarum
Tanpa Anda sadari, bentuk runcing pada ujung jarum terkait dengan konsep tekanan. Tujuan utama dari hal ini adalah untuk mempersempit luas bidang tekannya. Sehingga, jarum lebih mudah menembus permukaan bidang.
Hal ini membuktikan bahwasanya besar kecilnya tekanan yang bekerja tergantung pada luas bidang tekannya. Semakin kecil luas bidang tekannya, maka akan semakin besar gaya yang bekerja.
2. Mata Kapak yang Runcing
Bentuk tekanan pada benda padat lainnya juga dapat Anda temukan pada mata kapak yang berbentuk lancip atau runcing. Seperti halnya jarum, kapak sengaja dibuat dengan lebih tipis pada bagian mata pisaunya untuk mempermudah proses kerjanya.
Oleh sebab itu, ketika kapak yang sering dipakai mulai tumpul, maka Anda perlu melakukan proses pengasahan agar mata pisaunya kembali lancip dan runcing.
3. Sepatu Salju
Pernah melihat atau bahkan menggunakan sepatu salju? Apabila pernah, coba perhatikan bagian bawah pada sepatu. Salju atau hamparan es yang membeku memiliki permukaan yang licin, sehingga alas sepatu salju dibuat lebih lebar.
Hal ini bertujuan untuk memperkecil gaya tekan yang bekerja antar kaki dengan permukaan salju yang licin. Sehingga, penggunanya tidak mudah terperosok karena gaya tekan yang bekerja juga kecil.
4. Bentuk Lebar pada Bagian Bawah Pilar Bangunan
Pilar bangunan biasanya dibuat dengan indah. Namun, jika Anda perhatikan kembali, sebagian besar pilar pada bangunan akan melebar pada bagian bawahnya.
Tujuannya adalah untuk memperkokoh bangunan dengan cara memperbesar tekanan pada bagian penyokongnya. Sehingga, bangunan tidak mudah roboh dan bertahan lebih lama.
5. Sirip Ikan
Coba perhatikan saat ikan sedang berenang. Ketika berenang, sirip ikan akan bergerak dengan gaya dorong ke depan. Ukuran sirip yang lebar membantu ikan memberikan tekanan lebih besar pada air. Sehingga, ikan dapat bergerak dengan mudah ketika berenang.
Contoh Soal Terkait Tekanan Benda Padat dan Pembahasannya
Supaya Anda bisa lebih memahami penggunaan rumus tekanan benda padat di atas, berikut ini kami beri beberapa contoh soal yang menghitung tekanan pada unsur padat:
1. Soal 1
Sebuah box berbentuk kubus memiliki panjang sisi 20 cm terletak di atas lantai. Jika berat box tersebut 18 N, maka berapa besar tekanan box terhadap lantai?
Diketahui:
s = 20 cm
F (gaya berat) = 18 N
Jawab:
A (luas alas) = s² = 400 cm² = 0,04 m²
Tekanan benda padat pada box terhadap lantai adalah sebagai berikut:
p = F/A
p = 18 N/0,04 m² = 450 N/m²
2. Soal 2
Sebuah kotak dengan massa 30 kg memiliki alas dengan luas sebesar 2 m2. Di atas kotak tersebut, terdapat sebuah drum yang beratnya 100 N dan jari-jarinya 0,5 m2. Jika kotak tersebut berada di atas lantai, maka berapa tekanan antara kotak terhadap lantai dan tekanan drum terhadap kotak?
Diketahui:
m kotak = 30 kg
F drum = 100 N
A kotak = 2 m²
A drum = 0,5 m²
Jawab:
Besar gaya tekan pada kotak adalah sebagai berikut :
F kotak = m.g = 30.10 = 300 N
Tekanan antara kotak dan lantai :
P¹ = F / A = F kotak + F drum / A kotak
P¹ = (300 + 100) / 2 = 200 N/m²
Jadi, tekanan benda padat kotak terhadap lantai adalah 200 N/m².
Sedangkan tekanan drum terhadap kotak adalah sebagai berikut:
P² = F drum / A drum
P² = 100 / 0,5 = 200 N/m²
Jadi, antara kotak terhadap lantai dan drum terhadap kotak memiliki tekanan yang sama, yakni 200 N/m².
3. Soal 3
Ibu meletakkan kardus berbentuk persegi di atas meja. Tekanan yang dihasilkan antara kardus dan meja adalah 100 N/m2. Apabila gaya tekannya terhadap meja sebesar 25 N, maka berapa panjang sisi kardus tersebut?
Diketahui:
P = 100 N/m²
F = 25 N
Jawab:
Cari tahu terlebih dahulu luas alas kardus tersebut dengan cara sebagai berikut :
P = F / A
100 = 25 / A
A = 25 / 100
A = 0,25 m²
Panjang sisi kardus tersebut adalah:
A = s²
0,25 = s²
s = ⎷0,25
s = 0,5 m
Jadi, panjang sisi kardus berbentuk persegi tersebut adalah 0,5 m.
4. Soal 4
Seorang tukang meletakkan kotak bermassa 10 kg di atas papan yang kedua ujungnya dikaitkan pada dua tumpuan. Jika kotak tersebut memiliki panjang sisi 0,5 m, berapakah tekanan kotak terhadap papan?
Diketahui:
m = 20 kg
s = 0,5 m
Jawab:
Terlebih dahulu cari tahu besarnya nilai F dan A melalui persamaan berikut :
F = m.g
F = 10 x 10 = 100 N
A = s² = 0,5 × 0,5 = 0,25 m²
Maka besar tekanannya adalah sebagai berikut :
P = F / A
P = 100 / 0,25 = 400 N/m²
Jadi, besar tekanan benda padat kotak terhadap papan adalah 400 N/m²
5. Soal 5
Sebuah benda memiliki luas alas 50 cm², saat itu sebuah gaya bekerja pada benda tersebut sebesar 10 N, maka berapakah tekanannya?
Diketahui:
A = 50 cm² = 50 x 10-⁴ m² = 0,005 m²
F = 10 N
Jawab:
P = F/A =10 N/0,005 m² = 2000 N/m²
Konsep Tekanan Benda Padat Itu Mudah, Bukan?
Nah, itulah pembahasan mengenai fenomena tekanan benda padat dalam ilmu studi fisika. Faktanya, tanpa kita sadari, ada banyak peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang menerapkan konsep ini, seperti tekanan kaki terhadap lantai saat berjalan.
Konsep tekanan benda padat juga cukup mudah untuk kita pahami. Prinsipnya, semakin besar gaya tekannya makan semakin besar pula tekannya. Sedangkan untuk memperkecilnya adalah dengan memperluas bidang tekannya.
