TEKANAN ATMOSFER: NILAI NORMAL, CARA MENGUKURNYA, CONTOH - FISIK - 2025

The tekanan atmosfer disebabkan oleh berat dari gas menyusun atmosfer di atas bumi. Diperkirakan massa atmosfer adalah sekitar 5 x 10 ¹⁸ kg dan semua makhluk hidup tunduk pada tekanan yang diberikan massa ini.

Yang pertama mengukurnya adalah ilmuwan Italia Evangelista Torricelli (1608-1647). Dia melakukan percobaan sederhana namun sangat cerdik pada tahun 1644: dia benar-benar mengisi tabung kaca yang ujungnya ditutup dengan merkuri, membaliknya, dan menuangkannya ke dalam wadah yang juga berisi merkuri.

Gambar 1. Barometer aneroid untuk mengukur tekanan atmosfir, tidak seperti barometer merkuri, barometer ini tidak mengandung cairan. Sumber: Wikimedia Commons.

Torricelli mengamati bahwa tabung tersebut tidak kosong seluruhnya, tetapi diisi dengan merkuri hingga ketinggian 76 cm. Terkejut, dia melakukan banyak tes dengan berbagai bentuk tabung, selalu mendapatkan hasil yang sama.

Dengan cara ini, Torricelli menyadari bahwa tekanan atmosfer meningkat dan menahan kolom merkuri di dalam tabung pada ketinggian 760 mm. Dengan cara ini nilai rata-rata tekanan atmosfir ditentukan.

Karena tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, maka satuan tekanan atmosfir dalam Sistem Internasional adalah newton / meter atau pascal, yang disingkat Pa. Jadi dalam sistem ini, tekanan atmosfir P _atm memiliki nilai sebesar :

Ini adalah nilai normal tekanan atmosfer pada 0 ºC dan di permukaan laut.

Tekanan atmosfer di permukaan laut dan variasi lainnya

Secara teori, nilai tekanan atmosfer maksimum hanya di permukaan laut. Meskipun ada begitu banyak variabilitas pada tingkat ini, para ahli perlu menetapkan beberapa sistem referensi untuk membantu mereka menentukan nilainya.

Berikut adalah faktor utama yang mempengaruhi nilai tekanan atmosfer di suatu tempat di Bumi:

-Altitude : untuk setiap ketinggian 10 meter, tekanan berkurang 1 mm Hg. Tetapi juga terjadi bahwa massa jenis gas yang membentuk atmosfer tidak konstan. Pada prinsipnya, dengan bertambahnya ketinggian, kepadatan udara berkurang.

Gambar 2. Altimeter, alat yang mengukur ketinggian di atas permukaan laut berdasarkan perubahan tekanan. Sumber: Pixabay.

- Temperatur : jelas semakin tinggi temperatur maka densitas berkurang dan berat udara berkurang, oleh karena itu, nilai tekanan menurun.

- Lintang : tekanan atmosfer lebih rendah pada garis lintang ekuator, karena Bumi bukanlah bola yang sempurna. Pantai di ekuator lebih jauh dari pusat bumi daripada kutub dan di sana kepadatan udaranya juga lebih rendah.

- Benua : semakin bergerak menuju bagian dalam benua, semakin tinggi tekanan atmosfernya, sedangkan di tempat pesisir, tekanannya semakin rendah.

Variasi tekanan atmosfer dengan ketinggian

Persamaan altimetrik yang menghubungkan tekanan atmosfer P suatu tempat dengan ketinggian z di atas permukaan laut, berbentuk sebagai berikut:

Di sini P _o adalah tekanan pada ketinggian awal atau acuan, yang biasanya diambil di permukaan laut, ρ _atau massa jenis udara di permukaan laut, dan g nilai percepatan gravitasi. Selanjutnya di bagian latihan yang diselesaikan adalah pengurangan langkah demi langkah.

Bagaimana tekanan atmosfer diukur?

Tekanan atmosfer diukur dengan barometer. Yang paling sederhana adalah seperti yang dibuat Torricelli, berdasarkan merkuri. Kemiringan tabung atau diameter tidak mengubah tinggi kolom merkuri, kecuali faktor iklim bertanggung jawab untuk melakukannya.

Misalnya, awan terbentuk di daerah bertekanan rendah. Jadi ketika pembacaan barometer turun, itu pertanda bahwa cuaca buruk akan datang.

Sebenarnya cairan lain juga bisa digunakan sebagai pengganti merkuri, misalnya barometer air bisa dibuat. Masalahnya, ukuran kolom 10,33 m sangat tidak praktis untuk diangkut.

Ada juga instrumen yang mengukur tekanan secara mekanis — melalui deformasi dalam tabung atau spiral-: barometer dan manometer aneroid. Mereka dapat mengukur perbedaan tekanan antara dua titik atau juga mengukur tekanan dengan mengambil tekanan atmosfer sebagai acuan.

Satuan tekanan

Nilai tekanan normal digunakan untuk menentukan satuan tekanan baru: atmosfer, disingkat atm. Tekanan atmosfer 1 atm; dengan cara ini tekanan lain dapat dinyatakan dalam bentuk tekanan atmosfer, yang merupakan nilai yang sangat umum bagi semua:

Tabel berikut menunjukkan satuan yang paling banyak digunakan dalam sains dan teknik untuk mengukur tekanan, dan padanan yang sesuai dalam pascal:

Satuan	Kesetaraan dalam pascal
N / m 2	satu
ATM	101.355
mm Hg	133.3
lb / dalam 2	6894.76
Pub	1x 10 5

Tekanan hidrostatis, absolut, dan pengukur

Pada permukaan bebas cairan dalam kesetimbangan statis dan terbuka ke atmosfer, tekanan atmosfer bekerja. Tetapi pada titik-titik interior cairan, tentu saja berat kolom fluida bekerja.

Berat kolom tergantung pada tinggi dan massa jenis zat cair, yang akan kita asumsikan konstan, seperti halnya suhunya. Dalam hal ini tekanan P adalah:

Ini adalah tekanan hidrostatis di titik mana pun di dalam fluida dengan massa jenis konstan dan berbanding lurus dengan kedalaman z fluida.

Mengenai tekanan absolut P _abs dalam fluida diam, ini didefinisikan sebagai jumlah tekanan atmosfer P _atm dan tekanan hidrostatik P:

Akhirnya, pengukur tekanan P _man dalam fluida diam adalah perbedaan antara tekanan absolut dan atmosfer dan dalam hal ini setara dengan mengukur tekanan hidrostatis:

Contoh

Kekuatan yang diberikan atmosfer pada tubuh

Besarnya gaya total yang diberikan oleh atmosfer pada tubuh manusia dapat diperkirakan. Misalkan benda memiliki luas permukaan sekitar 2 m ² , karena tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, kita dapat mencari dan menghitung gaya:

Untuk perhitungan ini kita akan menggunakan nilai normal tekanan atmosfir yang ditentukan di awal:

Hasil ini setara dengan kurang lebih 20 ton gaya, tetapi tidak menjadi masalah bagi makhluk hidup yang menghuni permukaan bumi, yang beradaptasi dengan ini, seperti ikan di laut.

Meski kekuatannya cukup besar. Kenapa kita tidak runtuh sebelumnya?

Nah, tekanan di dalam tubuh sama dengan tekanan di luar. Kami tidak runtuh karena gaya ke dalam diimbangi oleh gaya luar lainnya. Tetapi beberapa orang terpengaruh oleh ketinggian dan bisa mengeluarkan darah dari hidung saat mendaki gunung yang sangat tinggi. Pasalnya, keseimbangan antara tekanan darah dan tekanan atmosfer telah terganggu.

Cicipi minuman dengan sedotan atau sedotan

Tekanan atmosfer memungkinkan untuk minum soda dengan sedotan atau sedotan. Bangsa Sumeria dan budaya kuno lainnya telah menemukan bahwa mereka bisa minum bir menggunakan batang tanaman berlubang atau alang-alang sebagai sedotan.

Jauh kemudian, pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, berbagai model sedotan dipatenkan di Amerika Serikat, termasuk yang memiliki siku berbentuk akordeon, yang banyak digunakan saat ini.

Gambar 3. Tekanan atmosfer memungkinkan Anda menyesap dengan sedotan. Sumber: Pixabay.

Beginilah cara kerjanya: Saat cairan diserap melalui sedotan, tekanan di atas cairan di dalam sedotan berkurang, menyebabkan tekanan di bawah, yang lebih tinggi, mendorong cairan ke atas agar mudah diminum.

Oleh karena itu, setelah pencabutan atau operasi gigi, tidak disarankan untuk meminum cairan dengan cara ini, karena penurunan tekanan dapat menyebabkan luka terbuka dan mulai mengeluarkan darah.

Latihan

- Latihan 1

Turunkan persamaan altimetrik P (z):

-Po adalah tekanan pada level referensi (permukaan laut)

-z adalah tingginya

-ρ _o adalah massa jenis fluida di permukaan laut

-g adalah nilai percepatan gravitasi

Larutan

Pertama, misalkan dp adalah tekanan diferensial, yang menurut persamaan dasar hidrostatika dinyatakan sebagai:

Tanda minus memperhitungkan fakta bahwa tekanan berkurang dengan bertambahnya z. Udara juga dianggap sebagai gas ideal, sehingga tekanan dan massa jenis terkait dengan:

Kepadatan segera diganti untuk mendapatkan:

Sekarang, menulis tekanan dengan cara ini mengasumsikan bahwa atmosfer terbagi menjadi beberapa lapisan dengan ketinggian dz, seperti tumpukan kue dadar, masing-masing dengan tekanan dp. Dengan cara ini, diperoleh persamaan diferensial yang diselesaikan dengan memisahkan variabel p dan z:

Ini kemudian diintegrasikan di kedua sisi, yang setara dengan menambahkan kontribusi tekanan yang dibuat oleh setiap lapisan. Dalam integral di sebelah kiri itu dibuat dari tekanan P _atau tekanan awal hingga akhir P. Dengan cara yang sama, integral di kanan mengevaluasi dari z _o ke z:

Berikut ini adalah untuk menyelesaikan P menggunakan eksponensial:

Akhirnya, jika T dan g tetap konstan, ρ _o = (M / RT) P _o , maka M / RT = ρ _o / P _o, dan kita juga bisa membuat z _o = 0. Gabungkan semua ini:

- Latihan 2

Berapa nilai tekanan atmosfir di La Paz, Bolivia yang terletak pada 3640 m dpl? Ambil kepadatan udara rata-rata sebagai 1.225 kg / m ³ di permukaan laut.

Larutan

Cukup gantikan nilai numerik yang diberikan dalam persamaan altimetrik:

Kesimpulannya, sekitar 66% dari tekanan normal.

Referensi

1. Figueroa, D. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 5. Cairan dan Termodinamika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
3. Suasana Standar. Diperoleh dari: av8n.com
4. Universitas Sevilla. Variasi tekanan atmosfer. Diperoleh dari: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Persamaan hipsometri. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Tekanan atmosfir. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.