Hukum Pascal: Bunyi, Rumus, Penerapan, Contoh Soal

Amati bagaimana perilaku fluida yang berada di ruang tertutup ketika diberikan gaya dari luar. Ketika sebuah bejana berlubang diisi air di dalamnya maka air perlahan-lahan akan keluar dari lubang tersebut. Saat diberi gaya dari luar, maka air akan semakin deras keluar. Ini menunjukkan aplikasi hukum Pascal.

Sejarah Hukum Pascal

Hukum Pascal dirumuskan oleh seorang ahli fisika Prancis bernama Blaise Pascal. Blaise Pascal merupakan penemu pompa hidrolik dan kalkulator digital pertama. Blaise Pascal dilahirkan di Clermont Ferrand, Prancis di tanggal 19 Juni 1623.

Blaise Pascal memiliki seorang ayah yang bekerja sebagai seorang akuntan dan ahli perpajakan. Meskipun Pascal sudah kehilangan ibu sejak berusia 4 tahun, namun Pascal sangat semangat dalam belajar dan melakukan penelitian.

Pada usia 18 tahun Blaise Pascal berhasil menciptakan alat bernama kalkulator digital. Namun kesehatannya perlahan menurun hingga menyebabkan Pascal tidak lagi produktif. Meski begitu Blaise Pascal tetap memperagakan berbagai eksperimen kecil-kecilan, salah satunya adalah hukum Toricelli.

Hukum Pascal ia temukan ketika Blaise Pascal sering bermain-main dengan air ketika sakit kanker menggerogotinya. Blaise Pascal menggunakan kantung yang diisi air kemudian melubangi kantong tersebut di beberapa titik.

Selanjutnya Blaise Pascal mengamati air yang keluar dari kantung tersebut. Blaise Pascal melihat bahwa air yang keluar dari lubang itu mempunyai pancaran yang sama kuat. Akhirnya Blaise Pascal merumuskan teori hukum tekanan pada zat cair yang diberi nama hukum Pascal.

Bunyi Hukum Pascal

Hukum Pascal berbicara mengenai sifat fluida statis pada suatu bejana tertutup. Berikut bunyi hukum Pascal:

“Tekanan yang diberikan ke suatu fluida di dalam bejana yang tertutup akan diteruskan ke berbagai titik di dalam fluida serta ke dinding bejana.”

Aplikasi dari hukum Pascal di atas bisa digambarkan dengan sebuah botol plastik yang di beberapa sisi botol plastik minuman tersebut kemudian diberi lubang. Selanjutnya ke dalam air yang ada di botol plastik tersebut diberi air hingga penuh.

Langkah berikutnya adalah memberi tekanan pada air dari bagian atas botol. Amati bagaimana air yang keluar dari dalam botol tersebut ketika sudah diberi tekanan dari bagian atas botol. Lihat jarak keluarnya air maksimal dari lubang botol.

Ketika air diberi tekanan dari atas, maka jarak keluarnya air pun bertambah namun jarak tersebut akan berbeda untuk lubang di kedalaman yang berbeda pula. Sebaliknya, ketika lubang berada di titik kedalaman yang sama maka jarak keluarnya air pun akan sama karena tekanan yang diperoleh air sama.

Keadaan tekanan yang diterima oleh dinding bejana ini dikenal sebagai hukum Pascal.

Penerapan Hukum Pascal

1. Dongkrak Hidrolik

Hukum Pascal banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari salah satunya pada dongkrak hidrolik. Dongkrak hidrolik terdiri dari sebuah pompa yang memompakan cairan menuju ke silinder besar. Apabila pengungkit ditekan ke bawah sehingga katup bagian atas pipa akan memperoleh dorongan besar.  

2. Rem Hidrolik

Rem bekerja sebagai penahan gerak cakram yang berhubungan dengan ban kendaraan. Cara kerja rem hidrolik adalah dengan menjepit cakram ke dalam atau mendesak ke sisi luar. Gaya gesek yang ditimbulkan antara cakram dan penjepit inilah yang kemudian menyebabkan kendaraan terhenti.

3. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Mesin hidrolik pengangkat mobil biasa ada di bengkel-bengkel mobil yang digunakan untuk mengangkat mobil ketika akan dilakukan pembersihan di bagian bawahnya. Prinsip kerja mesin hidrolik sama dengan dongkrak hidrolik.

Di dalam mesin hidrolik pengangkat mobil menggunakan udara bertekanan tinggi sebagai ganti piston kecil. Udara bertekanan tinggi kemudian dialirkan ke reservoir. Tekanan kemudian diteruskan zat cair menuju piston besar sehingga dihasilkan gaya angkat yang besar.

Rumus Pascal

Rumus Pascal diturunkan berdasarkan bunyi dari hukum Pascal di atas yakni tekanan yang diberikan ke bejana tertutup akan diteruskan ke berbagai titik di dalam fluida serta ke dinding bejana, dimana pada kedalaman yang sama akan mendapatkan tekanan dengan besar yang sama.

Pada gambar di atas terlihat bahwa jika pada permukaan A1 diberi gaya sebesar F1 maka tekanan yang ada di A1 tersebut kemudian akan diteruskan sehingga cairan di dalam tempat akan memperoleh tambahan tekanan sebesar:

P = F1/A1

Pada ujung permukaan A2 juga akan memperoleh penambahan tekanan yang sama besarnya sehingga gaya ke atas yang diperoleh pada permukaan A2 bisa dirumuskan dengan persamaan berikut:

F2 = P x A2

Dalam hukum Pascal berlaku bahwa tekanan yang diberikan ke zat cair yang ada di dalam ruang tertutup akan diteruskan oleh zat cair ke segala arah serta sama rata sehingga hukum yang berlaku:

P1 = P2

F1/A1 = F2/A2

F2 =(F1/A1) x A2

Jika permukaan A2 lebih luas dibandingkan permukaan A1 maka gaya dorong yang diterima oleh permukaan A2 lebih besar dibandingkan gaya yang diberikan di A1.

Sehingga dengan prinsip ini memungkinkan gaya yang lebih kecil di A1 akan memberikan gaya yang lebih besar yang memungkinkan untuk mengangkat beban yang sangat berat di permukaan A2. Prinsip inilah yang mendasari dibuatnya dongkrak hidrolik.

Contoh Soal Hukum Pascal

• Contoh 1

Suatu kendaraan roda empat akan diangkat dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Apabila pipa yang besar mempunyai jari-jari sebesar 50 cm dan pipa yang kecil mempunyai jari-jari sebesar 5 cm. Tentukan gaya yang harus diberi ke pipa kecil agar dongkrak hidrolik bisa angkat kendaraan sebesar 25.000 N.

• Contoh 2

Bejana berhubungan berfungsi untuk mengangkat sebuah beban. Sebuah beban yang memiliki massa sebesar 1500 kg diletakkan di atas penampang berukuran besar 5000 cm². Tentukan besar gaya yang harus diberikan pada bejana yang lebih kecil dengan ukuran 5 cm² sehingga beban berat terangkat.

Hukum Pascal berbicara mengenai tekanan yang timbul di dalam fluida statis. Ada banyak pemanfaatan prinsip fisika ini di dalam kehidupan seperti dongkrak hidrolik, rem hidrolik dan sebagainya.