WATER PRESSURE
I. Objective:
To observe how water pressure changes because of the depth.
II. Theory:
Pressure (symbol: P) is the force per unit area applied in a direction perpendicular to the surface of an object. Gauge pressure is the pressure relative to the local atmospheric or ambient pressure. Pressure is an effect which occurs when a force is applied on a surface. Pressure is the amount of force acting on a unit area. The symbol of pressure is P.
Formula:
Mathematically:
where: p is the pressure,
F is the normal force,
A is the area.
Pressure is transmitted to solid boundaries or across arbitrary sections of fluid normal to these boundaries or sections at every point. It is a fundamental parameter in thermodynamics and it is conjugate to volume.
The SI unit for pressure is the pascal (Pa), equal to one newton per square meter (N/m2 or kg/m·s2). This special name for the unit was added in 1971; before that, pressure in SI was expressed simply as N/m2. Non-SI measures such as pound per square inch (psi) and bar are used in parts of the world. The cgs unit of pressure is the barye (ba), equal to 1 dyn·cm-2. Pressure is sometimes expressed in grams-force/cm2, or as kg/cm2 and the like without properly identifying the force units. But using the names kilogram, gram, kilogram-force, or gram-force (or their symbols) as units of force is expressly forbidden in SI. The technical atmosphere (symbol: at) is 1 kgf/cm2. In US Customary units, it is 14.696 psi.
Fluid is a substance that begins to flow when the conditions of equilibrium are violated. This is precisely the thing that a solid cannot do. The absence of shear stresses in fluids in equilibrium is the characteristic property of liquid and gases. For theoretical purposes it is convenient, therefore to define a fluid of a substance having the property, when it is in equilibrium, that the stress across any of its interior or exterior surfaces is normal to that surface.
This definition is the starting point of the subject of hydrostatics, the study of the behavior of fluids at rest. From this definition and the general rules of mechanical equilibrium, the following basic rules are readily derived:
1. The pressure in a fluid at rest in the neighborhood of any given plot is the same in all direction.
2. The pressure at any two plots, A and B at the sa,e level in a sample of homogeneous at rest must be the same, provided than A and B canbe connected by a continuous path that does not pass out the fluid at any point.
3. The pressure in a fluid of mass density D in equilibrium near the earth’s surface increase with depth at a rate proportional to D.
Fluid pressure is the pressure at some point within a fluid, such as water or air. Fluid pressure occurs in one of two situations:
1. an open condition, such as the ocean, a swimming pool, or the atmosphere;
2. a closed condition, such as a water line or a gas line.
Pressure in open conditions usually can be approximated as the pressure in "static" or non-moving conditions (even in the ocean where there are waves and currents), because the motions create only negligible changes in the pressure. Such conditions conform with principles of fluid statics. The pressure at any given point of a non-moving (static) fluid is called the hydrostatic pressure.
Closed bodies of fluid are either "static," when the fluid is not moving, or "dynamic," when the fluid can move as in either a pipe or by compressing an air gap in a closed container. The pressure in closed conditions conforms with the principles of fluid dynamics.
III. Tools and materials:
1. 2 Plastic glass
2. 1 Plastic bottle
3. Rubber band
4. Ruler
5. Nail
6. Paper tape
7. Thin plastic or a sheet of rubber
IV. Method:
Part A:
1. Fill plastic glass with water (not full), than close the mouth of glass with use thin plastic or rubber sheet and bond it with rubber band
2. Make a hole by use nail at the glass which not contains water. See the changes of rubber sheet.
3. Repeat step 2 but the hole lowest than first hole.
4. Make a conclusion from the observation.
Part B:
1. Make three holes at plastic bottle by use a nail. Those holes must have same size and distance between the three holes.
2. Close each hole by use paper tape.
3. After that, fill the bottle with water until the water over highest hole.
4. Open the three holes and measure the distance of water flow for each hole in the bottle (X).
5. Measure the high of each hole in the bottle (Y).
6. Make a graphic that show the relation between X and Y.
7. Conclude the result of observation and measurement.
V. Data:
Part A:
Balloon’s Condition | |
Step 1 | Step 2 |
Balloon expand to the top after the hole opened | Balloon expand to the top after the hole opened |
Part B:
Observation 1 | Observation 2 | Observation 3 |
4 cm | 9 cm | 12 cm |
8 cm | 14 cm | 17 cm |
10 cm | 20 cm | 21 cm |
VI. Analysis:
Zat yang berada di alam dibedakan dalam tiga keadaan, yaitu padat, cair, dan gas. Bentuk cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir. Oleh karena itu zat cair dan gas disebut zat alir atau fluida. Salah satu ciri fluida adalah jarak antar molekulnya tidak tetap.
Dalam mekanika fluida, unsur yang paling utama disebut adalah tekanan. Tekanan adalah gaya yang dialami suatu titik pada permukaan fluida per satuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara sistematis, tekanan P didefinisikan melalui hubungan :
Dimana F adalah gaya yang dialami oleh elemen luas A dari permukaan fluida.
Praktikum ini bertujuan untuk mengobservasi bagaimana tekanan air berubah karena kedalaman. Percobaan pertama dilakukan dengan cara melubangi gelas plastik yang terisi air dan ditutup oleh lembaran balon pada dua ketinggian yang berbeda.
Gambar:
Hasil dari praktikum ini adalah setelah gelas dilubangi permukaan balon menjadi mengembang ke atas. Hal tersebut kemungkinan disebabkan karena tekanan dalam gelas plastik berkurang. Sebelum lubang dibuka, tekanan di dalam gelas plastik lebih besar daripada tekanan udara luar, sebab gelas ditutup dengan lembaran balon, sehingga udara luar tidak dapat mempengaruhi tekanan di dalam gelas plastik. Apabila lubang dibuka, udara dapat masuk. Akibatnya tekanan di dalam gelas berkurang dan permukaan balon mengembang ke atas. Pada praktikum yang telah dilakukan, praktikan tidak dapat membandingkan perbedaan keadaan yang terjadi antara tahap 1 dan tahap 2. Sebab, perbedaan yang terlihat kurang signifikan, yaitu kedua permukaan sama-sama mengembang ke atas pada waktu yang cukup singkat. Jadi tidak dapat ditarik kesimpulan yang tepat.
Percobaan kedua adalah mengukur jarak jatuh aliran air yang jatuh dari botol yang telah dilubangi di tiga bagian, yaitu 4 cm, 8 cm, dan 12 cm dari dasar botol. Pada percobaan ini, praktikan melakukan tiga kali pengukuran. Ketiga pengukuran tersebut dilakukan pada waktu yang berbeda, sehingga hasilnya berbeda-beda. Data 1 diukur setelah cukup lama setelah lubang dibuka, data 2 beberapa saat setelah lubang dibuka, sedangkan data 3 diukur langsung setelah lubang dibuka.
Dari data yang telah didapatkan, praktikan membuat grafik hubungan antara jarak aliran air (X) dengan ketinggian tiap lubang pada botol. (Y). Grafik dari percobaan ini adalah sebagai berikut :
Dari ketiga data tersebut dapat disimpulkan bahwa jarak jatuh aliran air yang paling jauh adalah dari lubang yang paling bawah (4 cm), kemudian lubang ke dua (8 cm) dan jarak terpendek adalah pada lubang ke tiga (12 cm). Pada grafik hal tersebut ditunjukkan dengan gambar kurva yang melengkung ke bawah dari kiri ke kanan.
Air mengalir dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat bertekanan rendah. Lubang-lubang kecil pada botol tekanannya sama dengan tekanan udara luar, sedangkan tekanan di dalam botol lebih besar daripada tekanan udara luar. Jadi, air air dapat keluar melalui lubang kecil tersebut. Air mengalir paling jauh pada lubang yang paling bawah (kedalaman paling besar). Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin dalam suatu titik pada zat cair, maka tekanannya akan semakin besar. Tekanan itulah yang mendorong air untuk keluar melalui lubang. Lubang yang berada di titik paling jauh dari permukaan akan memiliki tekanan yang besar, sedangkan lubang yang berada di dekat permukaan zat cair tekanannya lebih kecil.
Berdasarkan literatur, data yang paling tepat adalah data yang diukur pada saat air pertama memancar. Percobaan ini merupakan penerapan Teorema Torricelli yang membahas hubungan antara kecepatan semburan fluida dengan ketingggian fluida (h) pada tabung bocor dan hubungan antara jarak semburan fluida (x) dengan ketinggian fluida (h). Namun, teorema ini hanya berlaku jika ujung atas wadah terbuka terhadap atmosfer dan luas lubang lebih kecil daripada luas penampang wadah.
VII. Conclusion:
Dalam mekanika fluida, unsur yang paling utama disebut adalah tekanan. Tekanan adalah gaya yang dialami suatu titik pada permukaan fluida per satuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Pada praktikum tahap pertama, setelah gelas dilubangi permukaan balon menjadi mengembang ke atas. Hal tersebut kemungkinan disebabkan karena tekanan dalam gelas plastik berkurang, sehingga udara dapat masuk dan mendorong permukaan balon ke atas.
Pada percobaan tahap kedua, air mengalir paling jauh pada lubang yang paling bawah (kedalaman paling besar). Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin dalam suatu titik pada zat cair, maka tekanan yang dialami zat cair pada titik tersebut akan semakin besar. Tekanan itulah yang mendorong air untuk keluar melalui lubang. Lubang yang berada di titik paling jauh dari permukaan akan memiliki tekanan yang besar, sedangkan lubang yang berada di dekat permukaan zat cair tekanannya lebih kecil.
VIII. References
Kemble, Edwin C. 1966.Phisical Science, Its Structure and Development. The M.I.T Press : England.
Wilujeng, Insih. 2009. Petunjuk Praktikum IPA 1. Yogyakarta : UNY
Laporan
Praktikum IPA 1
WATER PRESSURE
Dosen Pembimbing : Purwanti Widi H, M.Pd
No comments:
Post a Comment