BAB Tekanan Zat dan Penerapaannya dalam Kehidupan Sehari-hari: Rangkuman Materi IPA Kelas VIII Semester 2

A.        Tekanan Zat

1.       Tekanan pada Zat Padat

Konsep tekanan sama dengan penyebaran gaya pada  luas  suatu  permukaan.  Sehingga,  apabila  gaya  yang  diberikan pada suatu benda (F) semakin besar, maka tekanan yang dihasilkanakan semakin besar. Sebaliknya, semakin luas permukaan suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara matematis, besaran tekanan dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

P=F/A

dengan:

p  = Tekanan (N/m²  yang disebut juga satuan pascal (Pa))

F = Gaya (newton)

A  = Luas bidang (m²)

2.       Tekanan Zat Cair

a.       Tekanan Hidrostatis

Kedalaman zat cair dan massa jenis zat cair memengaruhi tekanan yang dihasilkan  oleh  zat  cair  atau  disebut  dengan  tekanan hidrostatis. Semakin  dalam  zat  cair,  semakin  besar  tekanan  yang  dihasilkan. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan.  Pada  bagian  sebelumnya  kamu  sudah  memahami  bahwa tekanan merupakan besarnya gaya per satuan luas permukaan tempat gaya itu bekerja, secara matematis dirumuskan sebagai:

P=F/A

Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (w) yang berada di atas benda, sehingga:

P=w/A

karena berat (w) = m × g

      m = ρ × V

             V = h × A maka

dapat ditulis bahwa dengan:

P=(ρ×g×h×A)/A  atau  P= ρ×g×h

P   = Tekanan (N/m²)

m = Massa benda (kg)

ρ   = Massa jenis zat cair (kg/m³)

g   = Percepatan gravitasi (m/s²)

h   = Tinggi zat cair (m)

V = Volume (m³)

b.      Hukum Archimedes

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa  ini bukan berarti ada  massa  benda yang hilang. Berat benda berkurang saat dimasukkan ke dalam air, disebabkan oleh adanya gaya apung (F_a) yang mendorong benda ke atas  atau berlawanan dengan arah berat benda. Secara matematis, dapat dituliskan:

F_a = w_bu − w_ba

sehingga,

w_ba = w_bu− F_a

dengan:

F_a   = Gaya apung (N)

w_ba = Berat benda di air (N)

w_bu = Berat benda di udara (N)

Fenomena ini dipelajari oleh Archimedes yang hasilnya kemudian dinyatakan sebagai hukum Archimedes sebagai berikut:

“Jika benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut”.

Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air daripada di udara karena di dalam air benda mendapat gaya ke atas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah:

w_cp = m_cp × g  dan  m_cp  = ρ_cp  × V_cp

sehingga berat air yang didesak oleh benda adalah:

w_cp  = ρ_c × g × V_cp

Berarti, menurut hukum Archimedes, besar gaya ke atas adalah:

F_a= ρ_c  × g × V_cp

dengan:

F_a   = Gaya apung (N)

ρ_c    = Massa jenis zat cair (kg/m³)

g    = Percepatan gravitasi (m/s²)

V_cp= Volume zat cair yang dipindahkan (m³)

Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (Fa). Jika gaya apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan terapung. Sebaliknya, jika gaya apung maksimum lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam. Jika gaya apung maksimum sama dengan berat benda, maka benda akan melayang. Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada di bawah permukaan zat cair.

c.       Hukum Pascal

Tekanan  yang  diberikan  pada  zat  cair  dalam  ruang  tertutup  akan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama. Hal ini merupakan bunyi dari hukum Pascal yang dikemukakan oleh Blaise Pascal  (1623- 1662). Pascal  juga  banyak  melahirkan karya-karya dalam bidang fisika hidrodinamika dan hidrostatika, salah satunya  adalah  hukum  Pascal yang merupakan penerapan hukum Pascal pada pompa hidrolik.

F1                                                                                                                                        F2

 

                                                                Gambar di atas merupakan Model Dongkrak Hidrolik

Jika pada penampang dengan luas A₁  diberi gaya dorong F₁, maka akan dihasilkan tekanan p dapat dirumuskan :

p =F₁/A₁

Menurut  hukum  Pascal  tekanan  p  tersebut  diteruskan  ke  segala arah  dengan  sama  besar,  termasuk  ke  luas  penampang  A₂.  Pada penampang A₂  muncul gaya angkat F₂  dengan tekanan:

p =F₂/A₂

Secara matematis diperoleh persamaan pada dongkrak hidrolik sebagai berikut.

F₁/A₁ =F₂/A₂   atau F₂=A₂/A₁  F₁

Dengan:

p    = Tekanan (N/m²)

F₁ dan F₂   = Gaya yang diberikan (newton)

A₁  dan A₂ = Luas penampang (m² )

3.       Tekanan Gas

Perhatikan gambar di samping! Ketika    air    dalam erlenmeyer yang ditutup dengan balon karet dipanaskan akan membuat balon karet     mengembang.    Hal    ini terjadi karena  partikel gas dalam erlenmeyer menerima kalor dari pemanasan.   Akibatnya   gerakan partikel   gas   dalam   erlenmeyer semakin    cepat    dan    terjadilah pemuaian   sehingga  tekanannya menjadi     besar.     Tekanan     di dalam erlenmeyer ini diteruskan sama besar menuju balon karet, sehingga     tekanan     di     dalam balon karet lebih besar daripada tekanan  gas  di  luar  balon  karet yang       mengakibatkan       balon karet  mengembang.   Ketika erlenmeyer yang berisi air panas yang telah ditutup rapat dengan balon karet dimasukkan ke dalam air dingin, balon karet tertekan ke dalam erlenmeyer. Hal ini disebabkan  karena  kalor  pada partikel gas dalam erlenmeyer dirambatkan menuju air dingin. Pergerakan partikel gas semakin lambat dan terjadilah penyusutan. Penyusutan ini menyebabkan tekanan gas dalam erlenmeyer semakin rendah dari tekanan gas di luar. Akibatnya balon karet masuk ke dalam erlenmeyer karena tekanan gas dari luar.

B.        Aplikasi Konsep Tekanan Zat pada Makhluk Hidup

1.       Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan

a.       Pengangkutan Air pada Tumbuhan

Gambar di atas merupakan Jalur Pengangkutan Air Ketika Masuk Ke Dalam Akar

Pertama-tama, air diserap oleh rambut-rambut akar. Kemudian, air masuk ke sel epidermis melalui proses secara osmosis. Selanjutnya, air akan melalui korteks. Dari korteks, air kemudian melalui endodermis dan perisikel. Selanjutnya, air masuk ke jaringan xilem yang berada di akar. Setelah tiba di xilem akar, air akan bergerak ke xilem batang dan ke xilem daun.

Gambar di atas merupakan mekanisme Pengangkutan Air dari Akar Menuju Daun

Air dapat diangkut naik dari akar ke bagian tumbuhan lain yang lebih tinggi dan diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan karena adanya daya kapilaritas batang. Daya kapilaritas batang dipengaruhi oleh adanya gaya  kohesi  dan adhesi. Kohesi merupakan kecenderungan suatu molekul untuk dapat berikatan dengan molekul lain yang sejenis. Adhesi adalah kecenderungan suatu molekul untuk dapat berikatan dengan molekul lain yang tidak sejenis. Melalui gaya adhesi, molekul air membentuk ikatan yang lemah dengan dinding pembuluh. Melalui gaya kohesi akan terjadi ikatan antara satu molekul air dengan molekul air lainnya. Hal ini akan menyebabkan terjadinya tarik-menarik antara molekul air yang satu dengan molekul air lainnya di sepanjang pembuluh xilem.

Naiknya air ke daun disebabkan oleh penggunaan air di bagian daun atau yang disebut dengan daya isap daun. Pada daun, air juga mengalami penguapan. Penguapan air oleh daun disebut transpirasi. Penggunaan air oleh bagian daun akan menyebabkan terjadinya tarikan terhadap air yang berada pada bagian xilem sehingga air yang ada pada akar dapat naik ke daun.

b.      Pengangkutan Nutrisi pada Tumbuhan

Agar kebutuhan nutrisi di setiap bagian tumbuhan terpenuhi, maka dibutuhkan suatu proses pengangkutan nutrisi hasil fotosintesis berupa gula dan asam amino ke seluruh tubuh tumbuhan. Pengangkutan hasil fotosintesis dari daun ke seluruh tubuh tumbuhan terjadi melalui pembuluh floem. Pengangkutan  zat-zat  hasil  fotosintesis  dimulai  dari  sumbernya, yaitu daun (daerah yang memiliki konsentrasi gula tinggi) ke bagian tanaman  lain  yang  dituju  (daerah  yang  memiliki  konsentrasi  gula rendah)  dengan  dibantu  oleh  sirkulasi  air  yang  mengalir  melalui pembuluh xilem dan floem.

Gambar di atas merupakan skema Pengangkutan Nutrisi Hasil Fotosintesis pada Tumbuhan

2.       Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia

Pada saat jantung memompa darah, darah akan mendapatkan dorongan sehingga mengalir melalui pembuluh darah. Saat mengalir dalam pembuluh darah, darah memberikan dorongan pada dinding pembuluh darah yang disebut dengan tekanan darah. Agar tekanan darah tetap terjaga, maka pembuluh darah harus terisi penuh oleh darah. Bila terjadi kehilangan darah akibat kecelakaan atau penyakit, tekanan darah dapat hilang, sehingga darah tidak dapat mengalir menuju sel- sel di seluruh tubuh. Akibatnya, sel-sel tubuh akan mati karena tidak mendapatkan pasokan oksigen dan nutrisi.

Tekanan  darah  yang  normal  berkisar  antara  120/80 mmHg. Angka pertama menunjukkan tekanan saat bilik berkontraksi dan darah terdorong keluar dari bilik jantung melalui pembuluh arteri disebut angka sistol. Angka kedua, yaitu yang lebih rendah adalah hasil pengukuran tekanan saat bilik relaksasi dan darah masuk menuju bilik jantung, tepat sebelum bilik-bilik ini berkontraksi lagi, disebut angka diastol.

Gambar di atas merupakan Cara Pengukuran Tekanan Darah

3.       Tekanan Gas pada Proses Pernapasan Manusia               

Di dalam paru-paru tepatnya di alveolus terjadi pertukaran antara oksigen (O₂) dan karbon dioksida (CO₂). Setiap menit paru-paru dapat menyerap sekitar 250 mL O₂ dan mengeluarkan sebanyak 200 mL CO₂. Proses  pertukaran  antara  O₂ dengan  CO₂  terjadi  secara  difusi,  yaitu proses perpindahan zat terlarut dari daerah yang memiliki konsentrasi dan tekanan parsial tinggi ke daerah yang memiliki konsentrasi dan tekanan parsial rendah.

Tekanan parsial adalah tekanan yang diberikan oleh gas tertentu dalam campuran gas tersebut. Pada bagian ini yang dimaksud dengan tekanan  parsial  adalah  tekanan  O₂ dan  CO₂   yang  terlarut  di  dalam darah.  Tekanan  parsial  O₂    diberi  simbol  PO₂,  sedangkan  tekanan parsial CO₂  diberi simbol PCO₂. Pada sistem peredaran darah, tekanan parsial  antara  O₂   dan  CO₂   bervariasi  pada  setiap  organ.  Darah  yang masuk ke paru-paru melalui arteri pulmonalis memiliki PO₂ yang lebih rendah  dan  PCO₂   yang  lebih  tinggi  daripada  udara  di  dalam  alveoli (alveoli merupakan jamak dari alveolus).

Pada  saat  darah  memasuki  kapiler  alveoli,  CO₂   yang  terkandung dalam darah berdifusi menuju alveoli dan O₂ yang terkandung dalam udara di alveoli berdifusi ke dalam darah. Akibatnya PO₂ dalam darah menjadi  naik  (banyak  mengandung  oksigen)  dan  PCO₂   dalam  darah menjadi turun (sedikit mengandung karbondioksida). Darah tersebut selanjutnya menuju ke jantung, kemudian dipompa ke seluruh bagian tubuh. Pada saat darah tiba di jaringan tubuh, O₂ dalam darah tersebut mengalami  difusi  menuju  jaringan  tubuh.  Kandungan  CO₂    dalam jaringan  tubuh  lebih  besar  dari  pada  kandungan  CO₂  dalam  darah, sehingga CO₂ dalam jaringan tubuh mengalami difusi ke dalam darah. Setelah melepaskan O₂  dan membawa CO₂  dari jaringan tubuh, darah kembali menuju jantung dan dipompa lagi ke paru-paru.

PO2  < 40 mmHg

PCO2  > 45 mmHg

 

Gambar di atas adalah Difusi Gas pada Proses Pernapasan dan Sirkulasi

Sumber: Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.-- . Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017.

xviii, 270 hlm. : ilus. ; 25 cm.

 Untuk SMP/MTs Kelas VIII Semester 2 ISBN 978-602-282-314-8 (jilid lengkap) ISBN 978-602-282-318-6 (Jilid 2)