soal fisika hukum pascal

Pengantar Hukum Pascal

Hukum Pascal adalah salah satu prinsip dasar dalam mekanika fluida yang menjelaskan bagaimana tekanan diterapkan pada fluida tertutup. Prinsip ini sangat penting dalam berbagai aplikasi teknologi, mulai dari dongkrak hidrolik hingga rem kendaraan. Untuk membantu Anda memahami lebih dalam konsep tekanan dalam fluida dan penerapannya, kami telah menyiapkan berbagai contoh soal fisika Hukum Pascal beserta pembahasan lengkapnya. Artikel ini akan menguji pemahaman Anda melalui soal pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan.

I. Soal Pilihan Ganda

Bunyi Hukum Pascal yang paling tepat adalah…
1. Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
2. Gaya yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
3. Volume zat cair dalam ruang tertutup akan selalu konstan.
4. Massa jenis zat cair dalam ruang tertutup akan selalu konstan.
5. Tekanan pada kedalaman tertentu dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida dan kedalaman.
Manakah di antara alat berikut yang tidak bekerja berdasarkan prinsip Hukum Pascal?
1. Dongkrak hidrolik
2. Rem hidrolik
3. Pompa hidrolik
4. Jembatan angkat hidrolik
5. Kapal selam
Rumus matematis untuk Hukum Pascal adalah…
1. F₁/A₁ = F₂/A₂
2. P = F × A
3. P = F/A
4. F₁A₁ = F₂A₂
5. F = P/A
Satuan SI untuk tekanan adalah…
1. Newton (N)
2. Pascal (Pa)
3. Joule (J)
4. Meter persegi (m²)
5. Kilogram (kg)
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki dua penampang dengan luas A₁ = 5 cm² dan A₂ = 100 cm². Jika pada penampang kecil diberi gaya 10 N, berapa gaya angkat pada penampang besar?
1. 50 N
2. 100 N
3. 200 N
4. 500 N
5. 1000 N
Dalam sistem hidrolik, fluida yang digunakan haruslah…
1. Kompresibel
2. Tidak kompresibel
3. Gas
4. Padat
5. Bersifat asam
Mengapa tekanan pada fluida dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar?
1. Karena fluida memiliki massa jenis yang sangat besar.
2. Karena fluida tidak memiliki bentuk tetap.
3. Karena molekul fluida bergerak bebas dan saling bertumbukan.
4. Karena fluida sangat kental.
5. Karena fluida tidak dapat mengalir.
Jika luas penampang besar pada dongkrak hidrolik diperbesar, sedangkan gaya pada penampang kecil dan luas penampang kecil tetap, maka gaya angkat pada penampang besar akan…
1. Meningkat
2. Menurun
3. Tetap
4. Tidak dapat ditentukan
5. Berubah secara acak
Sebuah rem hidrolik bekerja dengan prinsip Hukum Pascal. Ketika pedal rem diinjak, gaya kecil pada pedal menghasilkan tekanan yang…
1. Diteruskan hanya ke satu roda.
2. Diteruskan ke minyak rem dan kemudian ke semua roda secara merata.
3. Langsung menghentikan roda tanpa perantara minyak.
4. Hanya mempengaruhi roda depan.
5. Hanya mempengaruhi roda belakang.
Pernyataan yang benar mengenai tekanan dalam fluida tertutup menurut Hukum Pascal adalah…
1. Tekanan hanya diteruskan ke bawah.
2. Tekanan hanya diteruskan ke samping.
3. Tekanan diteruskan ke segala arah dengan besar yang berbeda-beda.
4. Tekanan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama.
5. Tekanan tidak diteruskan sama sekali.
Sebuah alat pengangkat mobil memiliki piston kecil dengan jari-jari 2 cm dan piston besar dengan jari-jari 10 cm. Jika piston kecil ditekan dengan gaya 25 N, berapa gaya maksimum yang dapat diangkat oleh piston besar?
1. 250 N
2. 625 N
3. 1250 N
4. 2500 N
5. 5000 N
Tekanan 1 Pascal (Pa) setara dengan…
1. 1 N/cm²
2. 1 dyne/cm²
3. 1 N/m²
4. 1 kg/m²
5. 1 atm
Dalam sistem hidrolik, untuk mendapatkan gaya keluaran yang lebih besar daripada gaya masukan, maka…
1. Luas penampang masukan harus lebih besar dari luas penampang keluaran.
2. Luas penampang keluaran harus lebih besar dari luas penampang masukan.
3. Luas kedua penampang harus sama.
4. Fluida harus memiliki massa jenis yang tinggi.
5. Gaya masukan harus sangat besar.
Aplikasi Hukum Pascal pada sistem rem hidrolik memastikan bahwa…
1. Hanya satu roda yang mengerem.
2. Gaya pengereman tidak merata.
3. Gaya pengereman diteruskan secara merata ke semua roda.
4. Minyak rem menjadi panas.
5. Rem tidak mudah blong.
Sebuah pompa hidrolik memiliki piston kecil dengan luas 0,01 m² dan piston besar 0,5 m². Jika tekanan yang diberikan pada piston kecil adalah 2000 Pa, berapa gaya pada piston besar?
1. 10 N
2. 100 N
3. 1000 N
4. 2000 N
5. 10000 N
Jika sebuah fluida dalam sistem tertutup diberi tekanan P, maka tekanan P tersebut akan diteruskan ke…
1. Bagian bawah fluida saja.
2. Bagian atas fluida saja.
3. Dinding-dinding wadah saja.
4. Segala arah dalam fluida dan dinding wadah.
5. Hanya pada titik tempat gaya diberikan.
Prinsip Hukum Pascal sangat relevan dalam rekayasa mesin karena memungkinkan…
1. Perpindahan energi tanpa kehilangan energi.
2. Perubahan gaya kecil menjadi gaya besar.
3. Penggunaan air sebagai pengganti minyak.
4. Peningkatan volume fluida.
5. Penurunan massa jenis fluida.
Sebuah alat pres hidrolik digunakan untuk memadatkan sampah. Piston kecil memiliki luas 20 cm² dan piston besar 400 cm². Jika gaya yang diberikan pada piston kecil adalah 50 N, berapa gaya pres yang dihasilkan?
1. 100 N
2. 500 N
3. 1000 N
4. 2000 N
5. 5000 N
Tekanan pada kedalaman tertentu dalam fluida statis dipengaruhi oleh…
1. Gaya dan luas penampang.
2. Massa jenis fluida, gravitasi, dan kedalaman.
3. Volume dan suhu.
4. Kecepatan fluida.
5. Hanya luas penampang.
Perbandingan gaya yang dihasilkan pada penampang besar (F₂) terhadap gaya yang diberikan pada penampang kecil (F₁) pada dongkrak hidrolik adalah sebanding dengan perbandingan…
1. Luas penampang kecil terhadap luas penampang besar (A₁/A₂).
2. Luas penampang besar terhadap luas penampang kecil (A₂/A₁).
3. Volume fluida.
4. Massa jenis fluida.
5. Tinggi kolom fluida.

II. Soal Isian Singkat

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke ______________ dengan ______________.
Dua contoh alat yang bekerja berdasarkan prinsip Hukum Pascal adalah ______________ dan ______________.
Rumus untuk menghitung tekanan (P) adalah gaya (F) dibagi dengan ______________ (A).
Dalam sistem hidrolik, fluida yang digunakan haruslah ______________ agar tekanan dapat diteruskan secara efektif.
Satuan SI untuk gaya adalah ______________.

III. Soal Uraian

Jelaskan secara singkat prinsip kerja dongkrak hidrolik berdasarkan Hukum Pascal!
Sebuah sistem hidrolik memiliki dua piston dengan luas penampang A₁ = 10 cm² dan A₂ = 200 cm². Jika pada piston kecil diberi gaya 50 N, berapa gaya angkat pada piston besar? Sertakan langkah-langkah perhitungannya.
Sebuah bejana berhubungan berisi minyak. Piston kecil memiliki diameter 5 cm dan piston besar 20 cm. Jika piston kecil ditekan dengan gaya 25 N, berapa tekanan yang diteruskan ke minyak? Berapa gaya yang dihasilkan pada piston besar? (π = 3,14)
Diskusikan dua keuntungan utama penggunaan sistem hidrolik dibandingkan sistem mekanik konvensional dalam aplikasi industri!
Bagaimana Hukum Pascal diaplikasikan dalam sistem rem mobil untuk memastikan pengereman yang efektif dan aman?

IV. Soal Menjodohkan

Jodohkan pernyataan di kolom A dengan jawaban yang tepat di kolom B.

Soal 1

Kolom A:

Hukum Pascal
Tekanan
Gaya

Kolom B:

Besaran yang menyebabkan perubahan gerak benda.
Tekanan pada fluida tertutup diteruskan ke segala arah sama besar.
Gaya per satuan luas.

Soal 2

Kolom A:

Dongkrak hidrolik
Rem hidrolik
Pompa hidrolik

Kolom B:

Memanfaatkan tekanan untuk menghentikan putaran roda.
Mengubah energi mekanik menjadi energi fluida.
Mengangkat beban berat dengan gaya kecil.

Kunci Jawaban

I. Pilihan Ganda

Jawaban: A. Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Jawaban: E. Kapal selam bekerja berdasarkan prinsip Archimedes (gaya apung), bukan Hukum Pascal. Alat lainnya adalah aplikasi Hukum Pascal.
Jawaban: A. Rumus Hukum Pascal adalah perbandingan gaya dan luas penampang yang sama pada kedua sisi, yaitu F₁/A₁ = F₂/A₂.
Jawaban: B. Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa), yang setara dengan N/m².
Jawaban: C. Menggunakan rumus F₁/A₁ = F₂/A₂. Maka 10 N / 5 cm² = F₂ / 100 cm². F₂ = (10 N × 100 cm²) / 5 cm² = 200 N.
Jawaban: B. Fluida yang digunakan dalam sistem hidrolik harus tidak kompresibel (tidak dapat dimampatkan) agar tekanan dapat diteruskan secara efektif.
Jawaban: C. Molekul fluida yang bergerak bebas dan saling bertumbukan menyebabkan tekanan diteruskan ke segala arah.
Jawaban: A. Dari rumus F₂ = F₁ × (A₂/A₁), jika A₂ diperbesar, maka F₂ akan meningkat.
Jawaban: B. Tekanan dari pedal rem diteruskan melalui minyak rem ke silinder roda, yang kemudian mendorong kampas rem untuk menghentikan roda.
Jawaban: D. Sesuai bunyi Hukum Pascal, tekanan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama.
Jawaban: B. Hitung luas penampang: A₁ = πr₁² = π(2)² = 4π cm², A₂ = πr₂² = π(10)² = 100π cm². Menggunakan F₁/A₁ = F₂/A₂: 25 N / 4π cm² = F₂ / 100π cm². F₂ = (25 N × 100π cm²) / 4π cm² = 2500 N / 4 = 625 N.
Jawaban: C. 1 Pascal (Pa) didefinisikan sebagai 1 Newton per meter persegi (1 N/m²).
Jawaban: B. Untuk mendapatkan gaya keluaran yang lebih besar, luas penampang keluaran (A₂) harus lebih besar dari luas penampang masukan (A₁).
Jawaban: C. Hukum Pascal memastikan bahwa tekanan dari master silinder diteruskan secara merata ke semua silinder roda, sehingga gaya pengereman pada setiap roda juga merata.
Jawaban: C. Tekanan P = F/A, jadi F = P × A. Tekanan pada piston kecil sama dengan tekanan pada piston besar. F₂ = P × A₂ = 2000 Pa × 0,5 m² = 1000 N.
Jawaban: D. Tekanan diteruskan ke segala arah dalam fluida dan juga ke dinding wadah yang menampungnya.
Jawaban: B. Hukum Pascal memungkinkan perubahan gaya kecil menjadi gaya besar dengan memanfaatkan perbedaan luas penampang, yang sangat berguna dalam mengangkat beban berat.
Jawaban: C. Menggunakan rumus F₁/A₁ = F₂/A₂. Maka 50 N / 20 cm² = F₂ / 400 cm². F₂ = (50 N × 400 cm²) / 20 cm² = 1000 N.
Jawaban: B. Tekanan pada kedalaman tertentu (tekanan hidrostatis) dipengaruhi oleh massa jenis fluida (ρ), percepatan gravitasi (g), dan kedalaman (h), dengan rumus P = ρgh. Ini berbeda dengan tekanan yang diteruskan dalam sistem tertutup oleh Hukum Pascal.
Jawaban: B. Dari rumus F₁/A₁ = F₂/A₂, dapat ditulis F₂/F₁ = A₂/A₁. Jadi, perbandingan gaya sebanding dengan perbandingan luas penampang besar terhadap luas penampang kecil.

II. Isian Singkat

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Dua contoh alat yang bekerja berdasarkan prinsip Hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik dan rem hidrolik. (Contoh lain: pompa hidrolik, pres hidrolik).
Rumus untuk menghitung tekanan (P) adalah gaya (F) dibagi dengan luas penampang (A).
Dalam sistem hidrolik, fluida yang digunakan haruslah tidak kompresibel agar tekanan dapat diteruskan secara efektif.
Satuan SI untuk gaya adalah Newton.

III. Uraian

Prinsip kerja dongkrak hidrolik berdasarkan Hukum Pascal: Dongkrak hidrolik terdiri dari dua silinder yang berisi fluida (biasanya minyak) dan dihubungkan. Silinder kecil memiliki piston dengan luas penampang kecil (A₁), dan silinder besar memiliki piston dengan luas penampang besar (A₂). Ketika gaya kecil (F₁) diberikan pada piston kecil, tekanan (P = F₁/A₁) dihasilkan pada fluida. Menurut Hukum Pascal, tekanan ini diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke piston besar. Karena tekanan pada piston besar sama dengan tekanan pada piston kecil (P = F₂/A₂), maka F₂ = P × A₂ = (F₁/A₁) × A₂. Karena A₂ jauh lebih besar dari A₁, gaya angkat (F₂) yang dihasilkan pada piston besar akan jauh lebih besar daripada gaya masukan (F₁), sehingga beban berat dapat terangkat.
Perhitungan gaya angkat pada piston besar:
Diketahui:
A₁ = 10 cm²
A₂ = 200 cm²
F₁ = 50 N
Ditanya: F₂ ?
Menggunakan Hukum Pascal: F₁/A₁ = F₂/A₂
50 N / 10 cm² = F₂ / 200 cm²
F₂ = (50 N × 200 cm²) / 10 cm²
F₂ = 10000 Ncm² / 10 cm²
F₂ = 1000 N
Jadi, gaya angkat pada piston besar adalah 1000 N.
Perhitungan tekanan dan gaya pada piston besar:
Diketahui:
Diameter piston kecil (d₁) = 5 cm → Jari-jari (r₁) = 2,5 cm
Diameter piston besar (d₂) = 20 cm → Jari-jari (r₂) = 10 cm
F₁ = 25 N
Ditanya: P (tekanan) dan F₂ (gaya pada piston besar)?
Langkah 1: Hitung luas penampang piston kecil (A₁).
A₁ = πr₁² = 3,14 × (2,5 cm)² = 3,14 × 6,25 cm² = 19,625 cm²

Langkah 2: Hitung tekanan (P) yang diteruskan.
P = F₁/A₁ = 25 N / 19,625 cm² ≈ 1,273 N/cm²

Langkah 3: Hitung luas penampang piston besar (A₂).
A₂ = πr₂² = 3,14 × (10 cm)² = 3,14 × 100 cm² = 314 cm²

Langkah 4: Hitung gaya yang dihasilkan pada piston besar (F₂).
Karena tekanan diteruskan sama besar (P = F₂/A₂), maka F₂ = P × A₂
F₂ = 1,273 N/cm² × 314 cm² ≈ 399,982 N ≈ 400 N
Jadi, tekanan yang diteruskan ke minyak adalah sekitar 1,273 N/cm² dan gaya yang dihasilkan pada piston besar adalah sekitar 400 N.
Dua keuntungan utama penggunaan sistem hidrolik:
1. Penggandaan Gaya: Sistem hidrolik memungkinkan gaya kecil diaplikasikan pada penampang kecil untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar pada penampang besar. Ini sangat efisien untuk mengangkat beban berat atau memberikan tekanan tinggi dengan usaha minimal.
2. Kontrol yang Presisi dan Fleksibel: Fluida hidrolik memungkinkan transmisi gaya dan gerakan yang sangat halus, akurat, dan responsif. Sistem hidrolik mudah diatur kecepatannya, arahnya, dan besar gayanya, sehingga sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kontrol presisi seperti pada mesin industri berat, robotika, atau sistem kemudi.
Aplikasi Hukum Pascal pada sistem rem mobil:
Dalam sistem rem mobil, ketika pengemudi menginjak pedal rem, gaya kecil yang diberikan pada pedal diteruskan ke master silinder. Di dalam master silinder, gaya ini menciptakan tekanan pada minyak rem (fluida). Menurut Hukum Pascal, tekanan ini akan diteruskan secara merata ke seluruh sistem hidrolik, termasuk ke silinder-silinder roda yang terhubung dengan kampas rem. Karena tekanan yang sama diteruskan ke setiap silinder roda, gaya pengereman yang dihasilkan pada setiap roda akan sebanding dengan luas penampang silinder roda tersebut. Hal ini memastikan bahwa semua roda menerima gaya pengereman yang merata dan simultan, sehingga mobil dapat melambat dan berhenti dengan aman dan stabil tanpa selip atau oleng.

IV. Menjodohkan

Soal 1: a – 2, b – 3, c – 1
Soal 2: a – 3, b – 1, c – 2