Untuk mencari tekanan yang disebabkan oleh cecair, gunakan p = ρ × g × h, dengan ρ (rho) ialah ketumpatan (density) cecair, g ialah kekuatan medan graviti dan h ialah kedalaman menegak di bawah permukaan. Ia muncul dalam soalan tentang empangan, penyelam, tangki dan kapal selam.
Pelajaran ini mengikuti mengaitkan tekanan dengan daya dan luas dan terletak dalam tekanan dalam pepejal dan bendalir.
Apakah maksud setiap simbol?
- p ialah tekanan daripada cecair, dalam pascal (Pa).
- ρ ialah ketumpatan cecair, dalam kg/m³. Air tawar kira-kira 1000 kg/m³.
- g ialah kekuatan medan graviti. Gunakan nilai yang dinyatakan dalam soalan, biasanya 10 N/kg.
- h ialah kedalaman menegak dari permukaan ke titik itu, dalam meter.
Persamaan ini berfungsi kerana cecair di atas satu titik mempunyai berat, dan berat itu menekan setiap meter persegi. Titik yang lebih dalam mempunyai lebih banyak cecair di atasnya.
Cara menyelesaikan soalan
- Kenal pasti cecair dan ketumpatannya. Tukar g/cm³ kepada kg/m³ dengan mendarab 1000 jika perlu.
- Cari kedalaman menegak. Ukur terus ke bawah dari permukaan, bukan sepanjang cerun atau tiub.
- Tulis p = ρgh dan gantikan nilai dengan unit.
- Tentukan apa yang ditanya. Jika soalan meminta daya pada suatu objek, gunakan F = p × A selepas itu.
- Nyatakan unit dan semak bahawa jawapan munasabah.
Contoh berlangkah
Sebuah tangki mengandungi air tawar sedalam 1.8 m secara menegak. Cari tekanan yang disebabkan oleh air pada lantai. Gunakan ρ = 1000 kg/m³ dan g = 10 N/kg. (Data contoh rekaan.)
Langkah 1, persamaan: p = ρgh.
Langkah 2, gantian: p = 1000 × 10 × 1.8.
Langkah 3, kira: 1000 × 10 = 10 000, dan 10 000 × 1.8 = 18 000.
Jawapan: p = 18 000 Pa, atau 1.8 × 10⁴ Pa.
Jika lantai mempunyai penutup berluas 0.050 m², dayanya ialah F = 18 000 × 0.050 = 900 N.
Kesilapan yang perlu diperhatikan
Kesilapan lazim ialah menggunakan panjang tiub condong dan bukan kedalaman menegak.
Jawapan yang salah: minyak berketumpatan 800 kg/m³ memenuhi tiub yang condong. Lajur minyak sepanjang tiub ialah 1.0 m, tetapi bahagian atasnya hanya 0.50 m lebih tinggi daripada bahagian bawah. Pelajar menggunakan h = 1.0 m dan mendapat 8000 Pa.
Tekanan bergantung pada ketinggian menegak sahaja, jadi nilai h yang digunakan salah.
Pembetulannya ialah h = 0.50 m: p = 800 × 10 × 0.50 = 4000 Pa. Sentiasa lukis garis menegak dari permukaan ke titik itu dan gunakan panjang tersebut.
Semak kendiri
Gunakan g = 10 N/kg.
1. Merkuri mempunyai ketumpatan 13 600 kg/m³. Cari tekanan yang disebabkan oleh lajur merkuri setinggi 0.76 m.
Tunjukkan jawapan
p = ρgh = 13 600 × 10 × 0.76 = 13 600 × 7.6 = 103 360 Pa. Kepada 3 angka bererti, 1.03 × 10⁵ Pa.
2. Tekanan yang disebabkan oleh air tawar pada suatu titik ialah 30 000 Pa. Berapakah kedalaman titik itu? (ρ = 1000 kg/m³)
Tunjukkan jawapan
h = p ÷ (ρg) = 30 000 ÷ (1000 × 10) = 30 000 ÷ 10 000 = 3.0 m
3. Sebuah tiub sempit dan sebuah tasik luas kedua-duanya mengandungi air tawar. Satu titik dalam setiap satu berada 2.0 m di bawah permukaan. Bandingkan tekanannya.
Tunjukkan jawapan
Kedua-duanya p = 1000 × 10 × 2.0 = 20 000 Pa. Tekanannya sama, kerana cecair, kedalaman dan g adalah sama.
Ke mana selepas ini
Seterusnya, tukar persamaan ini kepada hujah bertulis dalam menerangkan perbezaan tekanan dengan kedalaman. Apabila anda bertemu tiub-U, lihat gambar rajah jenis manometer.
Pelajar yang boleh menggantikan nilai dalam p = ρgh masih kehilangan markah pada kedalaman dan unit semasa peperiksaan. Guru kami meneliti corak sebegitu dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu.