Tekanan Udara

Fenomena Tekanan Udara dalam Kehidupan:

Pernahkah Anda merasakan telinga tertekan, berdengung, atau bahkan nyeri saat mendaki gunung atau berada di dalam pesawat terbang? Saat kita berpindah ke ketinggian yang lebih tinggi, tekanan udara di sekitar kita menurun drastis. Perbedaan tekanan antara udara di luar dan di dalam rongga telinga tengah yang tidak seimbang inilah yang memicu ketidaknyamanan tersebut.

Secara fisika, tekanan udara adalah gaya per satuan luas yang diberikan oleh berat udara di atmosfer terhadap permukaan Bumi. Udara memiliki massa, dan karena pengaruh gravitasi, molekul-molekul udara (seperti nitrogen, oksigen, dan gas lainnya) bergerak secara acak dan bertumbukan dengan permukaan benda, menghasilkan tekanan yang kita rasakan.

1. Satuan Tekanan Udara

Tekanan udara dapat diukur dan dinyatakan dalam beberapa satuan standar internasional maupun konvensional:

① Pascal (Pa)

Satuan tekanan dalam Sistem Internasional (SI).
1 Pa = 1 N/m²

② Atmosfer (atm)

Menyatakan tekanan udara rata-rata di permukaan laut.
1 atm = 101.325 Pa

③ Bar

Satuan tekanan yang sering digunakan pada alat ukur tekanan industri.
1 bar = 100.000 Pa

④ mmHg (milimeter air raksa)

Satuan tekanan yang berasal dari pengukuran menggunakan barometer raksa.
1 atm = 760 mmHg

2. Hubungan Tekanan Udara dan Ketinggian

Semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, semakin rendah tekanan udaranya. Hal ini terjadi karena jumlah molekul udara berkurang seiring bertambahnya ketinggian, sehingga gaya tumbukan (tekanan) yang dihasilkan menjadi lebih kecil.

Aturan Praktis Perhitungan:

"Setiap kenaikan 100 meter, tekanan udara turun sekitar 1 cmHg (atau 10 mmHg)."

Contoh Soal Ketinggian

Soal 1

Jika tekanan udara di pantai adalah 76 cmHg, berapa tekanan udara di puncak gunung dengan ketinggian 3.000 m?

Petunjuk: Hitung penurunan tekanan: (3.000 m / 100 m) × 1 cmHg = 30 cmHg. Lalu kurangkan dari tekanan di pantai.

Soal 2

Tentukan tekanan udara pada suatu tempat yang ketinggiannya 2.100 m di atas permukaan laut!

Petunjuk: Asumsikan tekanan di permukaan laut = 76 cmHg. Penurunan = (2.100 / 100) × 1 cmHg = 21 cmHg.

3. Pengukuran Tekanan Gas dalam Ruang Tertutup

Tekanan gas dalam ruang tertutup diukur untuk mengetahui besarnya gaya yang diberikan oleh molekul gas terhadap dinding wadah. Pengukuran ini penting dalam industri, laboratorium, dan kehidupan sehari-hari (misalnya pada tabung gas dan ban kendaraan). Alat yang digunakan disebut manometer.

1. Manometer Raksa Terbuka

Menggunakan pipa berbentuk U yang berisi raksa. Salah satu ujung dihubungkan ke gas yang akan diukur, sedangkan ujung lainnya terbuka sehingga mendapat tekanan atmosfer.

Interpretasi Ketinggian Raksa:

• Permukaan raksa sama tinggi → Tekanan gas = Tekanan atmosfer.
• Raksa sisi gas lebih tinggi → Tekanan gas lebih kecil dari tekanan atmosfer.
• Raksa sisi gas lebih rendah → Tekanan gas lebih besar dari tekanan atmosfer.

Rumus:

Catatan: Penggunaan manometer terbuka harus disertai barometer untuk mengetahui nilai tekanan atmosfer (P_atm) saat itu.

Contoh Soal Manometer Terbuka:

Sebuah tabung gas dihubungkan ke manometer terbuka berisi raksa (ρ = 13.600 kg/m³). Permukaan raksa di sisi terbuka lebih tinggi 8 cm daripada sisi yang terhubung ke tabung. Jika tekanan atmosfer 76 cmHg, hitung tekanan gas dalam tabung!

Petunjuk: Karena raksa sisi terbuka lebih tinggi, berarti P_gas < P_atm. Gunakan: P_gas = P_atm - h.

Sebuah tabung gas bertekanan 90 kPa dihubungkan ke manometer terbuka berisi air (ρ = 1.000 kg/m³). Jika tekanan atmosfer 100 kPa, berapa selisih tinggi air pada manometer?

Petunjuk: Selisih tekanan (ΔP) = 10 kPa. Gunakan rumus ΔP = ρ × g × h untuk mencari h.

2. Manometer Raksa Tertutup

Menggunakan pipa U berisi raksa dengan salah satu ujung tertutup rapat sehingga berisi ruang hampa (vakum, tekanan = 0). Ujung lainnya dihubungkan ke gas yang akan diukur tekanannya.

Karakteristik Utama:

• Jika tekanan gas = 0, tinggi raksa pada kedua kaki sama.
• Jika terdapat tekanan gas, raksa pada sisi tertutup akan terdorong naik.
• Perbedaan tinggi kolom raksa (h) secara langsung menunjukkan besar tekanan gas tersebut (P_gas = h).

Keunggulan: Pada manometer tertutup biasanya terdapat skala pengukuran langsung, sehingga tekanan gas dapat langsung dibaca tanpa memerlukan data tekanan atmosfer dari luar.

Ringkasan

Kesimpulan:

Tekanan udara adalah gaya per satuan luas akibat berat atmosfer, dengan satuan standar Pascal (Pa) atau atm. Tekanan udara berbanding terbalik dengan ketinggian: setiap naik 100 meter, tekanan turun sekitar 1 cmHg. Untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup, digunakan alat bernama manometer. Manometer terbuka membandingkan tekanan gas dengan tekanan atmosfer (P_gas = P_atm ± ρgh), sedangkan manometer tertutup mengukur tekanan gas secara langsung terhadap ruang hampa (P_gas = h).

SOAL LATIHAN

Pilihlah satu jawaban berikut ini yang paling tepat!

Link : Lembar Jawab

Alasan yang tepat berkaitan percobaan gelas yang berisi air penuh dan ditutup kertas lalu dibalik, namun air tidak tumpah adalah .... kertas menahan air melalui adhesi. tekanan atmosfer luar lebih besar dari tekanan air di dalam gelas. air memiliki tegangan permukaan yang kuat. gravitasi menghilang saat gelas dibalik.

Pada fenomena gelas dibalik (seperti pada soal nomor satu), jika dilakukan di puncak gunung, apa yang terjadi? Air tetap tidak tumpah. Air tumpah lebih cepat. Kertas tidak diperlukan lagi. Tekanan dalam gelas meningkat.

Pada percobaan balon yang terhubung ke wadah berisi es akan menyusut, hal ini disebabkan karena... udara dalam balon membeku. tekanan gas dalam wadah meningkat. tekanan gas dalam wadah menurun akibat penurunan suhu. balon kehilangan elastisitasnya.

Saat mendaki gunung, Adnan merasakan telinga seperti tertekan. Hal ini disebabkan karena .... suhu udara yang sangat dingin perbedaan tekanan udara dalam dan luar telinga kelembapan udara yang tinggi angin kencang di puncak gunun

Ilmuwan yang pertama kali membuktikan bahwa udara memiliki tekanan melalui percobaan dengan air raksa yaitu .... Blaise Pascal Isaac Newton Evangelista Torricelli Galileo Galilei

Faktor utama yang menyebabkan tekanan udara menurun dengan bertambahnya ketinggian adalah .... penurunan suhu udara penurunan jumlah partikel udara peningkatan kelembapan udara pengaruh rotasi bumi

Di permukaan laut, tekanan udara rata-rata adalah sekitar .... 700 mmHg 760 mmHg 800 mmHg 960 mmHg

Di suatu kota yang berada di ketinggian 1.500 meter di atas permukaan laut, tekanan udara sekitarnya diperkirakan sebesar .... 610 mmHg 510 mmHg 460 mmHg 310 mmHg

Jika tekanan udara di suatu tempat adalah 660 mmHg, maka perkiraan ketinggian tempat tersebut adalah .... 500 m 1.000 m 1.500 m 2.000 m

Apa yang diukur oleh manometer terbuka? Suhu udara Kelembapan udara Tekanan gas relatif terhadap tekanan atmosfer Tekanan mutlak suatu gas

Jika pada suatu pengukuran tekanan gas dalam tabung menggunakan manometer terbuka, menunjukkan permukaan cairan lebih tinggi di sisi terbuka, berarti .... tekanan gas dalam tabung sama dengan tekanan atmosfer Tekanan gas dalam tabung lebih besar daripada tekanan atmosfer Tekanan gas dalam tabung lebih kecil daripada tekanan atmosfer Tidak ada gas dalam tabung

Jika tekanan atmosfer adalah 76 cmHg dan selisih ketinggian raksa dalam manometer terbuka adalah 10 cm (gas lebih rendah), maka tekanan gas adalah .... 66 cmHg 76 cmHg 86 cmHg 96 cmHg

Dalam manometer terbuka, jika tekanan gas sebesar 85 cmHg dan tekanan atmosfer 76 cmHg, maka selisih ketinggian kolom cairan adalah .... 9 cm 10 cm 11 cm 12 cm

Jika selisih ketinggian raksa dalam manometer terbuka adalah 15 cm (sisi pipa terbuka lebih rendah) dan tekanan gas adalah 60 cmHg, maka tekanan atmosfernya adalah .... 45 cmHg 60 cmHg 75 cmHg 90 cmHg

Dalam manometer terbuka, jika tekanan gas adalah 70 cmHg dan tekanan atmosfer 76 cmHg, maka posisi cairan akan .... sama tinggi di kedua sisi lebih tinggi di sisi gas lebih tinggi di sisi terbuka tidak bisa terlihat