PRINSIP PASCAL: SEJARAH, APLIKASI, CONTOH - FISIK - 2025

The prinsip Pascal , Pascal atau negara hukum bahwa perubahan tekanan dari cairan terbatas di setiap titik ditransmisikan berubah ke semua titik dalam cairan.

Prinsip ini ditemukan oleh ilmuwan Prancis Blaise Pascal (1623 - 1662). Karena pentingnya kontribusi yang dibuat oleh Pascal untuk sains, unit penekan dalam Sistem Internasional dinamai untuk menghormatinya.

Gambar 1. Sebuah backhoe menggunakan prinsip Pascal untuk mengangkat beban yang berat. Sumber: Sumber: publicdomainpictures.net

Karena tekanan didefinisikan sebagai perbandingan gaya tegak lurus terhadap permukaan dan luasnya, 1 Pascal (Pa) sama dengan 1 newton / m ² .

Sejarah

Untuk menguji prinsipnya, Pascal membuat bukti yang cukup kuat. Dia mengambil bola berlubang dan mengebor di beberapa tempat, memasang sumbat di semua lubang kecuali satu, di mana dia mengisinya dengan air. Dalam hal ini dia menempatkan jarum suntik yang dilengkapi dengan alat pengisap.

Dengan meningkatkan tekanan di plunger secara memadai, sumbat dilepaskan pada saat yang sama, karena tekanan ditransmisikan secara merata ke semua titik fluida dan ke segala arah, dengan demikian menunjukkan hukum Pascal.

Gambar 2. Jarum suntik Pascal. sumber: Wikimedia Commons.

Blaise Pascal memiliki umur pendek, ditandai dengan penyakit. Cakupan pikirannya yang luar biasa menuntunnya untuk menyelidiki berbagai aspek alam dan filsafat. Kontribusinya tidak sebatas mempelajari perilaku fluida, Pascal juga seorang pelopor dalam komputasi.

Dan pada usia 19 tahun, Pascal menciptakan kalkulator mekanis untuk digunakan ayahnya dalam pekerjaannya dalam sistem perpajakan Prancis: pascalin.

Juga, bersama dengan teman dan kolega matematikawan ternama Pierre de Fermat, mereka membentuk teori probabilitas, yang sangat diperlukan dalam Fisika dan Statistik. Pascal meninggal di Paris, pada usia 39.

Penjelasan prinsip Pascal

Percobaan berikut ini cukup sederhana: tabung-U diisi dengan air dan sumbat ditempatkan di setiap ujungnya yang dapat meluncur dengan mulus dan mudah, seperti piston. Tekanan dibuat terhadap piston kiri, sedikit tenggelam dan diamati bahwa yang di kanan naik, didorong oleh fluida (gambar 3).

Gambar 3. Penerapan prinsip Pascal. Sumber: buatan sendiri.

Hal ini terjadi karena tekanan disalurkan tanpa penurunan ke semua titik fluida, termasuk yang bersentuhan dengan piston di sebelah kanan.

Cairan seperti air atau minyak tidak dapat dimampatkan, tetapi pada saat yang sama molekul memiliki kebebasan bergerak yang cukup, yang memungkinkan tekanan didistribusikan ke piston kanan.

Berkat ini, piston kanan menerima gaya yang besarnya dan arahnya sama persis dengan yang diterapkan ke kiri, tetapi dalam arah yang berlawanan.

Tekanan dalam fluida statis tidak bergantung pada bentuk wadah. Akan segera ditunjukkan bahwa tekanan bervariasi secara linier dengan kedalaman, dan prinsip Pascal mengikuti dari ini.

Perubahan tekanan di titik mana pun menyebabkan tekanan di titik lain berubah dengan jumlah yang sama. Jika tidak, akan ada tekanan ekstra yang membuat cairan mengalir.

Hubungan antara tekanan dan kedalaman

Cairan diam memberikan gaya pada dinding wadah yang menampungnya dan juga pada permukaan benda apa pun yang terbenam di dalamnya. Dalam percobaan jarum suntik Pascal terlihat bahwa aliran air keluar tegak lurus dengan bola.

Fluida mendistribusikan gaya secara tegak lurus pada permukaan tempat ia bekerja, sehingga akan lebih mudah untuk memperkenalkan konsep tekanan rata-rata P _m sebagai gaya tegak lurus yang diberikan F _⊥ oleh luas A, yang satuan SI-nya adalah pascal:

Tekanan meningkat seiring dengan kedalaman. Ini dapat dilihat dengan mengisolasi sebagian kecil fluida dalam kesetimbangan statis dan menerapkan hukum kedua Newton:

Gambar 4. Diagram benda-bebas dari sebagian kecil fluida dalam kesetimbangan statis berbentuk kubus. Sumber: E-xuao

Gaya horizontal meniadakan berpasangan, tetapi dalam arah vertikal gaya-gaya tersebut dikelompokkan seperti ini:

Mengekspresikan massa dalam hal massa jenis ρ = massa / volume:

Volume bagian fluida adalah produk A xh:

Aplikasi

Prinsip Pascal telah digunakan untuk membangun banyak perangkat yang menggandakan gaya dan memfasilitasi tugas-tugas seperti mengangkat beban, menginjak logam, atau menekan benda. Diantaranya adalah:

-Tekan hidrolik

-Sistem rem mobil

- Sekop mekanis dan lengan mekanis

-Dongkrak hidrolik

-Cranes dan elevator

Selanjutnya, mari kita lihat bagaimana Prinsip Pascal mengubah kekuatan kecil menjadi kekuatan besar untuk melakukan semua pekerjaan ini. Pers hidrolik adalah contoh yang paling khas dan akan dianalisis di bawah ini.

Pers hidrolik

Untuk membangun pers hidrolik, perangkat yang sama seperti pada gambar 3 diambil, yaitu wadah berbentuk U, yang sudah kita ketahui bahwa gaya yang sama ditransmisikan dari satu piston ke piston lainnya. Perbedaannya terletak pada ukuran piston dan inilah yang membuat perangkat berfungsi.

Gambar berikut menunjukkan prinsip Pascal dalam tindakan. Tekanannya sama di semua titik di dalam fluida, baik di piston kecil maupun besar:

Gambar 5. Diagram pers hidrolik. Sumber: Wikimedia Commons.

p = F ₁ / S ₁ = F ₂ / S ₂

Besarnya gaya yang disalurkan ke piston besar adalah:

F ₂ = (S ₂ / S ₁ ). F ₁

Karena S ₂ > S ₁ , menghasilkan F ₂ > F ₁ , oleh karena itu gaya keluaran telah dikalikan dengan faktor yang diberikan oleh hasil bagi antara area.

Contoh

Bagian ini menyajikan contoh aplikasi.

Rem hidrolik

Rem mobil memanfaatkan prinsip Pascal melalui cairan hidrolik yang mengisi tabung yang terhubung ke roda. Saat harus berhenti, pengemudi memberikan tenaga dengan menekan pedal rem dan menciptakan tekanan fluida.

Di sisi lain, tekanan mendorong bantalan rem ke tromol atau cakram rem yang berputar bersamaan dengan roda (bukan ban). Gesekan yang dihasilkan menyebabkan kecepatan cakram melambat, juga memperlambat roda.

Angka 6. Sistem rem hidrolik. Sumber: F. Zapata

Keuntungan Mekanis Press Hidrolik

Pada tekanan hidrolik gambar 5, pekerjaan input harus sama dengan pekerjaan output selama gesekan tidak diperhitungkan.

Gaya masukan F ₁ menyebabkan piston menempuh jarak d ₁ saat turun, sedangkan gaya keluaran F ₂ memungkinkan gerak d ₂ piston naik. Jika kerja mekanis yang dilakukan oleh kedua gaya itu sama:

Keuntungan mekanis M adalah hasil bagi antara besarnya gaya masukan dan gaya keluaran:

Dan seperti yang ditunjukkan di bagian sebelumnya, ini juga dapat dinyatakan sebagai hasil bagi antara area:

Tampaknya pekerjaan dapat dilakukan secara gratis, tetapi sebenarnya energi tidak tercipta dengan perangkat ini, karena keuntungan mekanis diperoleh dengan mengorbankan perpindahan piston kecil d ₁ .

Jadi, untuk mengoptimalkan kinerja, sistem katup ditambahkan ke perangkat sedemikian rupa sehingga piston outlet naik berkat pulsa pendek pada piston masuk.

Dengan cara ini, operator dongkrak garasi hidrolik memompa beberapa kali untuk mengangkat kendaraan secara bertahap.

Latihan diselesaikan

Dalam tekanan hidrolik Gambar 5, area piston adalah 0,5 inci persegi (piston kecil) dan 25 inci persegi (piston besar). Temukan:

a) Keuntungan mekanis dari pers ini.

b) Gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban seberat 1 ton.

c) Jarak yang harus dilakukan gaya masukan untuk mengangkat beban tersebut sebesar 1 inci.

Nyatakan semua hasil dalam satuan sistem Inggris dan Sistem Internasional SI.

Larutan

a) Keuntungan mekanisnya adalah:

M = F ₂ / F ₁ = S ₂ / S ₁ = 25 dalam ² / 0,5 dalam ² = 50

b) 1 ton sama dengan gaya 2000 lb-force. Gaya yang diperlukan adalah F ₁ :

F ₁ = F ₂ / M = 2000 lb-force / 50 = 40 lb-force

Untuk mengekspresikan hasil dalam Sistem Internasional, diperlukan faktor konversi berikut:

1 lb-force = 4,448 N

Dengan demikian besaran F1 adalah 177,92 N.

c) M = d ₁ / d _{2 →} d ₁ = Md ₂ = 50 x 1 inci = 50 inci

Faktor konversi yang dibutuhkan adalah: 1 inci = 2,54 cm

Referensi

1. Bauer, W. 2011. Fisika untuk Teknik dan Sains. Jilid 1. Mc Graw Hill. 417-450.
2. Fisika Perguruan Tinggi. Pascal dimulai. Diperoleh dari: opentextbc.ca.
3. Figueroa, D. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 4. Cairan dan Termodinamika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB). 4 - 12.
4. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 246-255.
5. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. McGraw Hill. 301-320.