Bejana berhubungan adalah konsep fisika yang menjelaskan bagaimana zat cair dalam wadah yang saling terhubung akan memiliki permukaan yang sama. Prinsip ini dikenal sebagai Hukum Stevin, yang menyatakan bahwa benda cair menyalurkan tekanan secara merata ke segala arah. Dalam artikel ini, kita akan membahas lebih dalam mengenai definisi, prinsip, dan aplikasi bejana berhubungan dalam kehidupan sehari-hari.
Definisi Bejana Berhubungan
Bejana berhubungan adalah kumpulan wadah atau bejana yang saling terhubung pada bagian bawahnya, sementara bagian atasnya dibiarkan terbuka. Ketika bejana-bejana tersebut diisi dengan zat cair sejenis, permukaan zat cair di dalamnya akan berada pada satu bidang datar yang sama, terlepas dari bentuk atau ukuran bejana.
Prinsip ini berlaku karena adanya tekanan hidrostatis, yaitu tekanan yang disebabkan oleh kedalaman zat cair. Semakin dalam posisi zat cair, semakin besar tekanan hidrostatis yang dihasilkan. Oleh karena itu, meskipun bejana-bejana tersebut memiliki bentuk yang berbeda, ketinggian permukaan zat cair di dalamnya akan sama.
Hukum Stevin dan Prinsip Bejana Berhubungan
Hukum Stevin, yang dikemukakan oleh Simion Stevin, menyatakan bahwa benda cair menyalurkan tekanan secara merata ke segala arah. Hal ini berarti bahwa pada kedalaman yang sama, tekanan yang dialami oleh zat cair akan sama, terlepas dari bentuk wadahnya.
Dalam bejana berhubungan, prinsip ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Jika bejana diisi dengan satu jenis zat cair, maka permukaan zat cair di dalamnya akan berada pada satu bidang datar yang sama, terlepas dari bentuk bejana.
- Jika bejana diisi dengan dua atau lebih jenis zat cair yang memiliki massa jenis berbeda, maka ketinggian permukaan zat cair akan berbeda. Zat cair dengan massa jenis lebih kecil akan berada di atas, sedangkan zat cair dengan massa jenis lebih besar akan berada di bawah.
- Tekanan hidrostatis yang dialami oleh zat cair di dalam bejana berhubungan akan sama, meskipun bentuk bejana berbeda-beda.
Aplikasi Bejana Berhubungan dalam Kehidupan
Prinsip bejana berhubungan memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:
1. Pembuatan Bendungan
Dalam pembuatan bendungan, prinsip bejana berhubungan diterapkan untuk menahan tekanan air yang semakin besar di bagian bawah bendungan. Oleh karena itu, bendungan biasanya didesain dengan bagian bawah yang lebih tebal untuk menahan tekanan air yang semakin kuat seiring kedalaman.
2. Pembuatan Kapal Selam
Kapal selam didesain agar dapat menyelam hingga kedalaman tertentu di bawah permukaan air laut. Prinsip bejana berhubungan digunakan untuk memastikan keamanan awak kapal, karena semakin dalam posisi kapal, semakin besar tekanan hidrostatis yang dirasakan.
3. Dispenser Air
Pada dispenser air, kran tempat keluarnya air selalu terletak di bagian bawah. Hal ini karena tekanan hidrostatis terbesar berada di bagian bawah dispenser, sehingga air dapat keluar dengan lebih mudah.
4. Teko Air
Teko air memanfaatkan prinsip bejana berhubungan, di mana lubang tempat keluarnya air harus lebih tinggi daripada tutup teko. Hal ini bertujuan untuk memaksimalkan volume pengisian teko, karena jika lubang keluarnya air lebih rendah dari tutup teko, air akan tumpah sebelum teko terisi penuh.
Contoh Soal dan Penyelesaian
Contoh Soal 1
Sebuah bejana berisi cairan dengan massa jenis 1.000 kg/m³. Jika titik merah pada gambar berada pada jarak 9 cm dari dasar bejana, tentukan tekanan hidrostatis pada titik merah tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
– Massa jenis cairan = 1.000 kg/m³
– Kedalaman titik merah = 9 cm = 0,09 m
Ditanya: Tekanan hidrostatis pada titik merah
Rumus:
P = ρ × g × h
Keterangan:
P = Tekanan hidrostatis (N/m²)
ρ = Massa jenis cairan (kg/m³)
g = Percepatan gravitasi (m/s²)
h = Kedalaman (m)
Perhitungan:
P = 1.000 kg/m³ × 9,8 m/s² × 0,09 m
P = 882 N/m²
Jadi, tekanan hidrostatis pada titik merah adalah 882 N/m².
Contoh Soal 2
Sebuah bejana berhubungan berbentuk U diisi oleh air dengan massa jenis 1.000 kg/m³. Dari salah satu ujung bejana, ditambahkan minyak hingga ketinggian minyaknya 5 cm. Jika massa jenis minyak 800 kg/m³, tentukan ketinggian air dalam bejana tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
– Massa jenis air = 1.000 kg/m³
– Massa jenis minyak = 800 kg/m³
– Ketinggian minyak = 5 cm = 0,05 m
Ditanya: Ketinggian air dalam bejana
Rumus:
ρ₁ × h₁ = ρ₂ × h₂
Keterangan:
ρ₁ = Massa jenis zat cair 1 (kg/m³)
h₁ = Ketinggian zat cair 1 (m)
ρ₂ = Massa jenis zat cair 2 (kg/m³)
h₂ = Ketinggian zat cair 2 (m)
Perhitungan:
1.000 kg/m³ × h₁ = 800 kg/m³ × 0,05 m
h₁ = 0,04 m = 4 cm
Jadi, ketinggian air dalam bejana adalah 4 cm.
Kesimpulan
Bejana berhubungan adalah konsep fisika yang menjelaskan bagaimana zat cair dalam wadah yang saling terhubung akan memiliki permukaan yang sama. Prinsip ini dikenal sebagai Hukum Stevin, yang menyatakan bahwa benda cair menyalurkan tekanan secara merata ke segala arah.
Bejana berhubungan memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam pembuatan bendungan, kapal selam, dispenser air, dan teko air. Pemahaman tentang prinsip bejana berhubungan dapat membantu kita memahami fenomena alam dan menyelesaikan masalah praktis dalam kehidupan.