Jumat, 23 Desember 2011

Tekanan Udara

I. PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari baik secara langsung ataupun tidak langsung makhluk hidup pada dasarnya selalu membutuhkan udara baik untuk bernafas ataupun melakukan kegiatan lain. Udara adalah salah satu zat yang berbentuk gas. Gas adalah materi yang encer. Sifat ini disebabkan interaksi yang lemah diantara partikel – partikel penyusunnya sehingga perilaku termalnya relatif sederhana. Sebuah gas memiliki volume dan tekanan. Tekanan tersebut jika bergerak dinamakan angin. Udara akan menekan jika menabrak benda didepannya. Tekanan tersebut diakibatkan oleh kandungan uap air didalam udara sehingga udara mempunyai berat atau volume. Kedua komponen tersebut saling mempengaruhi satu sama lain. Jika volume berubah maka tekanan pun berubah. Begitu pula sebaliknya.
Tekanan udara juga dipengaruhi oleh ketinggian pada suatu tempat. Tekanan udara pada pegunungan misalnya memiliki tekanan lebih rendah karena partikel-partilkel uap air yang terdapat pada udara mengembang ke atas sehingga kandungan uap air dalam udara diatas gunung lebih sedikit.
Salah satu contoh akibat adaya tekanan udara adalah pada pesawat terbang dan juga gelas yang diisi air namun airnya tidak keluar. Hal ini tentu diakibatkan oleh adanya tekanan udara dibawahnya sehingga hal tersebut bisa terjadi. Hal ini penting untuk diketahui dan dipelajari sehingga tekanan udara yang ada disekeliling kehidupan ini dapat dibuktikan dan benar adanya.


II. PEMBAHASAN
A. Pengertian Tekanan Udara
Udara adalah campuran berbagai gas, jadi mempunyai berat dan memberikan efek tekanan yang biasa dinamakan tekanan udara. Tekanan udara adalah tekanan yang diberikan oleh udara karena beratnya kepada tiap-tiap 1 cm 2 bidang mendatar dari permukaan bumi sampai batas atmosfer. Makin tinggi suatu permukaan maka kerapatan udara semakin kecil kolom udaranya semakin pendek. Pada lapisan bawah atmosfer, kecepatan penurunan tekanan adalah 1 mm Hg untuk tiap naik 11m. (Wisnubroto et al 1986).
Tekanan udara juga dapat didefinisikan sebagai akibat benturan antar molekul-molekul udara dan atom-atom gas di udara sehingga menimbulkan gaya per satuan luas udara tersebut. Mengingat gerak molekul-molekul dan atom-atom gas setelah benturan akan ke segala arah, maka gaya yang terjadi juga ke segala arah. Akibatnya arah tekanan udara dapat terjadi ke segala arah pula. Tekanan udara pada suatu permukaan didefinisikan sebagai gaya atau berat yang diberikan oleh sekolom udara diatas suatu permukaan atau area kepada suatu permukaan atau area tersebut. Tekanan yang diberikan tersebut sebanding dengan massa udara secara vertikal diatas permukaan tersebut sampai pada batas lapisan. Tekanan udara semakin rendah apabila semakin tinggi dari permukaan laut. Sehingga tekanan udara selalu berkurang dengan bertambahnya ketinggian. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi dari permukaan bumi maka daerah tersebut banyak menerima panas matahari, udaranya akan mengembang dan naik. Oleh karena itu daerah tersebut bertekanan udara rendah.
Udara disebut sebagai berat udara di atas permukaan tanah menghasilkan daya tekan ke bumi. Tekanan udara juga bisa diartikan sebagai tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Kepadatan udara tidak sepadat tanah dan air. Namun udarapun mempunyai berat dan tekanan. Udara yang mengembang menghasilkan tekanan udara yang lebih rendah. Sebaliknya, udara yang berat menghasilkan tekanan yang lebih tinggi.
Tekanan udara juga merupakan tingkat kebasahan udara karena dalam udara air selalu terkandung dalam bentuk uap air. Kandungan uap air dalam udara hangat lebih banyak dari pada kandungan uap air dalam udara dingin. Kalau udara banyak mengandung uap air dan kemudian didinginkan maka suhunya turun dan udara tidak dapat menahan lagi uap air sebanyak itu, uap air akan berubah menjadi titik-titik air. Udara yang mengandung uap air sebanyak yang dapat dikandungnya disebut udara jenuh.
B. Pembentukan Udara
Udara terbentuk dari campuran gas yang diperlukan oleh semua makhluk hidup untuk hidup. Ketika bergerak udara menekan segala sesuatu yang dilaluinya,misalnya daun berdesir dan layangan terangkat tinggi. Gerakan udara yang disebabkan oleh tekanan disebut angin. Udara yang tak bergerak juga menekan. Bumi dikelilingi oleh lapisan udara setebal 640 km.
Meskipun ringan, lapisan udara ini begitu tebal sehingga menekan semua benda kepermukaan tanah dengan kekuatan yang sama dengan tekanan setebal 10,4 m. Makhluk hidup pada umumnya tidak merasakan tekanan udara ke tubuh karena tekanannya sama besar pada seluruh tubuh, dan cairan dalam tubuh juga menekan ke luar.
C. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tekanan Udara
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan udara disebabkan oleh tinggi rendahnya tempat dan juga temperatur. Hal tersebut dapat dijelaskan satu persatu sesuai dengan peranannya masing-masing.
1. Lintang bumi
Pengaruh lintang bumi melalui temperature menghasilkan pola mintakat tekanan udara pada permukaan bumi yang simetris. Sepanjang katulistiwa terdapat lingkaran tekanan rendah (cold pola latitude) terdapat daerah yang terus menerus bertekanan tinggi. Ditengah-tengah antara 60 0 -700 terdapat lingkaran tekanan rendah subpolar (subpolar lows). Antara 250-350 terdapat lingkaran tekanan tinggi subtropika. Mintakat-mintakat tekanan ini disamping disebabkan oleh temperature juga dipengaruhi oleh faktor-faktor lain, seperti angin. Lingkaran-lingkaran tekanan ini juga tidak permanen akan tetapi sangat dipengarhi oleh pergerakan tahunan dari matahari dan sebaran daratan dan lautan.
2. Sebaran lautan dan daratan
Pengaruh sebaran daratan dan lautan ini sangat jelas pada lintang-lintang pertengahan. Pada musim dingin benua relatif lebih dingin dan mempunyai tendensi membentuk pusat-pusat tekanan tinggi. Pada musim panas lebih panas dari pada lautan dan mempunyai tendensi diliputi oleh pusat-pusat pusat-pusat tekanan rendah. Sebaliknya lautan dipengaruhi tekanan rendah pada musim dingin dan tekanan tinggi pada musim panas. Dari peta isobar yang menunjukan tekanan permukaan laut untuk bulan Januari dan Juli (keadaan yang ekstrim) terlihat bahwa:
a. Atlantik utara ada dibawah pengaruh tekanan tinggi pada musim panas dan tekanan rendah pada musim dingin
b. Belahan bumi selatan yang mempunyai permukaan lebih homogen (banyak lautan) tidak menunjukan adanya perbedaan-perbedaan musiman yang besar.
c. Isobar pada lintang 40 0- 700 selatan hampir sejajar dan terbentang sepanjang garis lintang
d. Adanya pusat tekanan tinggi terus-menerus dan teraturnya sobar dibelahan bumi selatan disebabkan kecilnya pengaruh sebaran lautan dan daratan.
3. Tinggi Rendahnya Tempat
Semakin tinggi suatu tempat, lapisan udaranya semakin tipis dan semakin renggang, akibatnya tekanan udara semakin rendah.Tekanan udara di suatu tempat pada umumnya dipengaruhi oleh penyinaran matahari. Daerah yang banyak mendapat sinar matahari mempunyai tekanan udara rendah dan daerah yang sedikit mendapat sinar matahari mempunyai tekanan udara tinggi.
Tekanan udara pada suatu tempat berubah sepanjang hari. Alat pencatat tekanan udara dinamakan barograf. Pada barograf tekanan udara sepanjang hari tergores pada kertas yang dinamakan barogram. Bila hasilnya dibaca secara teliti, maka tekanan udara tertinggi terjadi pada pukul 10.00 (pagi) dan pukul 22.00 (malam) dan tekanan rendah terjadi pada pukul 04.00 (pagi) dan pukul 16.00 (sore).


b. Temperatur
Jika temperatur udaranya tinggi, maka volume molekul udara berkembang sehingga tekanan udara menjadi rendah, sebaliknya jika temperatur udara menjadi kecil, maka tekanan udara menjadi tinggi.
D. Pola Tekanan Udara
Tekanan udara berbeda antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain dan pada lokasi tertentu dapat berubah secara dinamis dari waktu ke waktu. Perbedaan atau perubahan tekanan udara ini terutama disebabkan oleh pergeseran garis edar matahari, keberadaan bentang laut, dan ketinggian tempat (altitude).
Pergeseran garis edar matahari akan menyebabkan fluktuasi suhu musiman, terutama untuk daerah garis lintang pertengahan. Suhu akan berpengaruh terhadap pemuaian dan penyusutan volume udara. Jika udara memuai maka udara menjadi lebih renggang dan akibatnya tekanannya akan menurun, sebaliknya jika volume udara menyusut, maka kerapatan udara tersebut menjadi lebih tinggi dan akibatnya tekanannya akan meningkat.
Keberadaan bentangan laut besar perannya dalam mempengaruhi fluktuasi tekanan udara, karena laut merupakan pemasok uap air ke udara (melalui proses evaporasi). Penambahan uap air ke udara akan menyebabkan tekanan udara tersebut meningkat. Fenomena ini yang menyebabkan terjadinya angin laut pada siang hari.
Karena adanya pengaruh berbagai faktor diatas, maka akan terbentuk pusat-pusat tekanan rendah dan pusat-pusat tekanan tinggi. Pusat-pusat ini tidak bersifat permanen, akan tetapi lebih bersifat temporer, sesuai dengan dinamika unsur-unsur iklim yang mempengaruhi tekanan udara tersebut. Pusat tekanan rendah disebut siklon atau depresi atau low, sedangkan pusat tekanan tinggi disebut antisiklon atau high. Jika pusat tekanan rendah tersebut berbentuk memanjang, maka disebut palung atau trough. Untuk pusat tekanan tinggi yang memanjang disebut ridge.




E. Sebaran Tekanan Udara
1. Sebaran vertikal
Udara dekat permukaan bumi lebih rapat dan lebih berat dari pada lapisan udara diatasnya. Oleh karena itu tekanan udara selalu turun dengan naiknya ketinggian. Kerapatan udara tergantung pada temperature uap air di udara dan gaya berat, sehingga hubungan antara tekanan dan ketinggian adalah cukup kompleks. Sebagai aturan umum dapat dikemukakan bahwa tekanan udara turun 1/30 kali untuk setiap naik 300 m (=1 mm Hg setiap naik 11 meter) pada atmosfer lapisan bawah.
2. Sebaran horizontal
Sebaran tekanan udara pada arah horizontal dalam peta ditunjukan oleh isobar yaitu garis yang menghubungkan tempat-tempat pada saat yang sama mempunyai tekanan yang sama. Faktor-faktor yang mempengaruhi sebaran tekanan udara sama dengan yang mempengaruhi temperatur. Untuk menggambarkan tekanan udara pada suatu daerah ditarik garis-garis isobar. Garis ini menggambarkan sebaran tekanan udara pada suatu periode tertentu atau sebaran rata-rata untuk suatu periode tertentu. Pada peta tekanan udara permukaan isobar biasa dibuat untuk tiap perbedaan tekanan 3 milibar (760 mm Hg=1.013 milibar). Disamping itu isobar juga dapat dilukis pada penampang vertical melalui atmosfer yang menunjukan sebaran tekanan udara dengan tinggi.
F. Variasi Tekanan Udara
Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda. Tekanan udara secara vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh:
• Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.
• Sifat udara dapat dimanfaatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas makin lemah.
• Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga makin tinggi tempat suhu makin naik.
Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi. Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi:
• Lintang tempat.
• Penyebaran daratan dan lautan.
• Pergeseran posisi matahari tahunan.
G. Variasi Tekanan Udara Periodic
Atmosfer bukanlah suatu masa yang statis tetapi merupakan media yang dinamis. Pada suatu tempat tertentu tekanan udara berubah terus menerus. Kadang-kadang tinggi dan kadang-kadang rendah. Menurut pengamatan terdapat perubahan-perubahan yang bersifat harian. Tekanan udara menunjukan dua kali maskimum dan dua kali minimum selama sehari semalam. Maksimum pertama terjadi pada jam 10.00 dan yang kedua pada jam 22.00. Sedangkan minimum pertama terjadi pada jam 04.00 dan minimum kedua pada jam 16.00. Diketahui bahwa faktor yang mempengaruhi adalah radiasi tetapi bagaimana pengaruh tersebut belum seluruhnya diketahui.
H. Cara Mengukur Tekanan Udara
Tekanan udara diukur berdasarkan tekanan gaya pada permukaan dengan luas tertentu, misalnya 1 cm2. Satuan yang digunakan adalah atmosfer (atm),millimeter kolom air raksa (mmHg) atau milibar (mbar). Patokan tekanan udara (sering juga disebut) tekanan udara normal. Tekanan udara normal adalah tekanan kolom udara setinggi lapisan atmosfer bumi pada garis lintang 450 dan suhu 00 C. Besarnya tekanan udara tersebut dinyatakan sebagai 1 atm. Tekanan sebesar 1 atm ini setara dengan tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 760 mm. Satuan tekanan selain dengan atm atau mmHg juga dapat dan sering dinyatakan dalam satuan kg/m 2
Konversi antara satuan tekanan udara tersebut adalah sebagai berikut


Tekanan udara berkurang dengan bertambahnya ketinggian tempat (elevasi atau altitude). Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian dapat dilihat pada persamaan laplace sebagai berikut :


Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian tempat itu dimanfaatkan dalam merancang alat untuk pengukuran ketinggian tempat yang disebut altimeter. Tekanan udara dipengaruhi oleh suhu
I. Alat pengukur tekanan udara
Orang pertama yang mengukur tekanan udara adalah Torri Celli (1643). Garis yang menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya disebut sebagai isobar. Satuan ukuran tekanan udara adalah milibar (mb). Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara adalah barometer. Barometer merupakan alat pengukur tekanan dalam satuan mb. Besaran atau kecilnya tekanan udara diukur dengan menggunakan barometer. Barometer ada dua jenis yaitu barometer raksa dan barometer aneroid.

(a) (b)
Sumber: Dokumentasi Novoveo Ventures 2005-2011

Gambar 1. Macam Barometer. a) Barometer aneroid; b) Barometer air raksa.
Tetapi kegunaan mereka tetap sama yaitu mengukur tekanan udara. Barometer termasuk peralatan meteorologi golongan non recording yang pada waktu tertentu harus dibaca agar mendapat data yang diinginkan. Barometer baik raksa maupun anaeroid dipengaruhi oleh ketinggian, mengingat tekanan udara akan berkurang seiring pertambahan ketinggian. Sehingga perlu selalu pensettingan awal. Barometer raksa ada dua jenis yaitu wheel barometer dan stick barometer. Prinsip kerja wheel barometer adalah:

Sumber: www.google.com

Gambar 2. Barometer wheel Barometer

Cara mengukur tekanan udara pada barometer ini yaitu ketika adanya peningkatan tekanan udara maka akan berpengaruh pada kolom merkuri menyebabkan ketinggian raksa di tuba sebelah kiri meningkat dan di sebelah kanan menurun terdapat pemberat kecil yang mengapung di atas merkuri, yang mengikuti pergerakan turun naik merkuri ini dan menyebabkan dorongan yang terhubung pads pointer dimana akan mengindikasikan kenaikan tekanan. Jika terjadi penurunan tekanan maka akan terjadi proses sebaliknya. Barometer jenis ini sebaiknya diguncang dulu sebelum digunakan.
Sedangkan cara kerja pada stick barometer mempunyai prinsip kerja sebagai berikut:

Sumber: Dokumentasi roadrunner.com

Gambar 3: Stick barometer
Barometer jenis ini dirancang untuk dapat membaca tekanan pada sea level dan juga dapat langsung dibaca oleh pengguna pada skala yang biasanya tercatat pada stick barometer tersebut, sehingga memerlukan pengaturan yang lebih rumit dibanding wheel barometer untunk menyesuaikannya dengan ketinggian. Prinsip kerjanya hampir sama dengan wheel barometer karena sama-sama menggunakan air raksa (merkuri).
J. Contoh adanya tekanan udara
Adapun studi kasus yang diambil mengenai tekanan udara mengenai pesawat terbang dan juga tekanan udara dalam sebuah gelas yang diisi air.
1. Pesawat terbang
Prinsip dasar dari cara pesawat terbang untuk mengudara sama untuk semua pesawat, baik pesawat capung maupun pesawat super jumbo seperti Airbus A380. Hal yang mempengaruhi pesawat unutk terbang adalah gaya - gaya aerodinamis yang mengenainya yaitu, gaya angkat (lift), gaya hambat (drag), gaya berat (grafitasi), dan gaya dorong (trust).

Sumber: Dokumentasi Eka Satria Soekarno 2010

Gambar 4. Gaya dorong pada pesawat
Gaya dorong pesawat kedepan didapat dari baling-baling yang berputar pada ujung pesawat (lihat gambar). Sedangkan gaya hambat merupakan pergesekan pesawat udara dengan angin. Karena pesawat udara mempunyai massa, maka gaya grafitasi akan membawa pesawat kebawah, untuk itulah gaya angkat diperlukan. Gaya angkat dihasilkan dari sayap pesawat udara. Sayap pesawat udara ini yang memegang peranan kunci untuk mengangkat badan pesawat. Penampang sayap ini biasanya disebut " aerofoil" Selama penerbangan udara mengalir ke atas dan bawah sayap. Udara yang megalir diatas sayap lebih cepat dari udara yang mengalir dibawah sayap, sehingga tekanan udara diatas pesawat lebih rendah. Disaat yang bersamaan udara dibawah sayap dibelokan kebawah, sehingga terjadi gaya angkat (udara yang terdorong kebawah akan mendorong sayap keatas- gaya aksi reaksi). Gaya dorong terhadap sayap dan tekanan udara yang rendah diatas sayap inilah yang di butuhkan untuk pesawat terbang di udara.

Sumber: Dokumentasi Eka Satria Soekarno 2010

Gambar 5. Proses tekanan udara pada pesawat terbang
2. Gelas
Sebuah gelas yang berisi air ditutup dengan sehelai kertas dan ditekan dengan telapak tangan setelah itu dibalik. Jika telapak tangan dilepaskan, kertas tetap melekat pada gelas dan air tidak jatuh ke luar walaupun mempunyai berat. Jika mulut gelas dimiringkan perlahan-lahan atau kertasnya diberi lobang kecil, air tetap tidak jatuh. Percobaan ini menunjukan bahwa bukan kertasnya yang mnenahan air, tetapi udaralah yang menekan ke segala arah.

Sumber: Dokumentasi kasih dan anugerah 2011

Gambar 6. Tekanan udara yang menekan gelas
DAFTAR PUSTAKA
Anonimous. http://id.shvoong.com/exact-sciences/2136452-pengertian-tekanan udara/#ixzz1KLht9MqR. [Diakses pada tanggal: 01 Oktober 2011].
Anonimous. http://www.scribd.com/doc/16665921/Tekanan-Udara-Dan-Angin. [Diakses pada tanggal: 01 Oktober 2011].
Anoniomous. sains.amalgofa.info/.../percobaan-fisika-tentang-tekanan-udara.[Diakses pada tanggal: 01 Oktober 2011]
Anonimous. www.kabaranda.com/news/mengukur-tekanan-udara-ipa
Lakitan, B. 1997. Dasar-dasar klimatologi. PT Grafindo Persada. Jakarta.
Mangunwiyoto W, Harjono. 1989. Pokok-pokok Fisika SMP. Erlangga.
Winubroto S, Aminah SL, Nitisapto M. Asas-Asas Meteorologi Pertanian. Ghalia Indonesia.


Tidak ada komentar:

Poskan Komentar