Mengenal Mesin Hidrolik dan Pneumatik

Mesin hidrolik banyak digunakan pada sepeda, mobil dan pesawat, juga pada kursi ,meja, alat pengangkat, dll. Pada buku fisika fluida contoh aplikasi yang sering ditampilkan adalah alat hidrolik pengangkat pada bengkel mobil.

Sistem hidrolik sangat menarik karena dapat memanfaatkan keuntungan mekanik yang berdasarkan hukum Pascal yaitu:

brainly.co.id

Dengan cara ini benda yang cukup besar dapat diangkat dengan tombol pengangkat yang jauh lebih kecil. Mesin ini juga dapat dikendalikan jarak jauh secara mekanik tanpa menggunakan remote control atau alat elektronik . Cara kerja mesin ini cukup sederhana jika dibanding dengan mesin lain yang menggunakan bahan bakar atau kontrol elektronik.

Salah satu komponen yang berperan pada mesin hidrolik ini adalah selang. Selang yang digunakan harus mampu menahan tekanan fluida yang bekerja. Perlu dipastikan juga sambungan antara selang dan komponen lain tidak bocor agak mesin dapat bekerja dengan baik. Jika selang bocor, otomatis mesin tidak dapat bekerja dengan baik. Jenis fluida yang dipilih juga perlu ditentukan agar tidak merusak komponen mesin  yang lain.

Jika selang diisi gas, bukan fluida, maka mesin ini berubah menjadi mesin pneumatik. Ada beberapa perbedaan pada mesin hidrolik dan pneumatik antara lain:

• Mesin hidrolik menggunakan fluida cair yang incompresible sehigga volume tidak berubah jika mengalami tekanan, kebalikannya dengan mesin pneumatik yang menggunakan gas sehingga volume bisa berubah sesuai dengan hukum Boyle: PV = nRT. Ini menyebabkan mesin hidrolik bisa bergerak 2 arah sementara mesin peumatik hanya satu arah saja.
• Mesin hidrolik berisi cairan yang tetap berada di dalam selang sementara mesin pneumatik harus diisi ulang jika ingin digunakan.

Anak anak dapat mempelajari cara kerja mesin hidrolik dan mesin pneumatik dengan membuat sendiri mesin tersebut, misalnya dengan barang bekas. Contohnya:

Mesin hidrolik dari barang bekas

Mesin peumatik dapat dipelajari dengan menggunakan lego pneumatik yang dapat digunakan untuk anak usia 10 tahun ke atas.

Pengukur tekanan udara dan penyimpan udara

Grabber dari lego technic

 Referensi dari: brosur lego technic

Balon Udara Panas

Sulit membuat benda denagn kepadatan yang lebih ringan agar balon dapat mengapung karena kepadatan udara yang cukup kecil yaitu sekitar 1.25 kg/m3. Agar balon dapat naik ke atas, dibutuhkan gas dengan kepadatan lebih ringan dibandingkan udara sekitar.

Salah satu cara adalah dengan membuat balon udara panas . Balon udara panas dibuat dengan cara memanaskan udara yang berada di dalam balon. Kalau suhu udara di dalam kulit balon naik, gas ada yang keluar sehingga berat balon berkurang dan balon akan naik, begitu juga sebaliknya.

Dari: http://7428.net/2013/03/hot-air-balloon-baby-dreams.html

Bahan kulit balon biasanya yang terbuat dari campuran karet dan plastik. Karet dan plastik tidak tahan lama terhadap suhu yang tinggi. Agar balon dapat tahan lama, dibutuhkan pilot balon udara yang handal untuk menjaga agar kulit balon tidak terkena udara yang terlalu panas, atau kulit balon akan meleleh dan bolong.

Ketika balon naik semakin tinggi,  lapisan udara semakin tipis dan tekanan semakin berkurang. Hal ini menyebabkan gaya apung balon berkurang dan balon tidak bisa naik ke atas lapisan udara yang lebih tinggi. Ini berarti balon telah mencapai "flight ceiling" sehingga berperilaku seperti mengambang

Pada saat udara dingin, kepadatan udara di luar balon lebih besar dibanding di dalam kulit balon. Kepadatan yang lebih kecil di dalam kulit balon menyebabkan balon lebih mudah naik ke atas, begitu juga sebaliknya.

Cara lain untuk membuat balon naik ke atas adalah dengan mengisi balon dengan gas yang memiliki partikel yang lebih ringan seperti helium. Partekel atom helium lebih kecil dibanding partikel udara. Dalam tekanan dan suhu yang sama, helim dan udara memilik kepadatan yang sama. Berat helium hanya 14% dari berat udara sehingga jauh lebih ringan.

Kejadian Sehari Hari Yang Berhubungan dengan Tekanan Udara (Fisika Fluida)

1. Suction Cup
Bekerja karena ada tekanan yang lebih besar di luar suction cup (di dalam suction cup diusahakan tekanan udara= 0 atau lebih kecil dari tekanan udara yang berada di luar ) menahan agar suction cup tetap menempel. Jika udara masuk ke dalam suction cup, tekanan di dalam dan di luar udara sama. Ini menyebabkan suction cup tidak dapat menempel.

2. Telinga ketika mendaki gunung
Udara dalam telinga tidak berubah ketka mendaki gunung (suhu, kepadanan dan tekanan di dlaam telinga relatif konstan), tapi kepadatan udara di luar telinga berubah karena ketinggian yang berubah.  sehingga terdapat perbedaan tekanan udara di dalam dan di luar kuping. Ini menyebabkan tekanan di dalam dan luar telinga tidak seimbang dan membuat bunyi aneh dan tidak nyaman di dalam telinga. Kita bisa menguranginya dengan mengalirkan udara masuk atau keluar dengan gerakan menelan Bisa diseimbangkan dengan membuka mulut atau membuat gerakan menelan agar udara dapat mengalir masuk atau keluar telinga.

3. Udara di dalam ban mobil.
Tekanan udara di dalam ban dipengaruhi oleh kepadatan / density / massa jenis dan temperatur molekul udara yang berada di dalam ban. Semakin besar temperatur atau kepadatan molekul udara, semakin besar tekanan yg dihasilkan.

4. Makanan dalam wadah tertutup ketika dikeluarkan dari freezer akan menggelembung dan kadang mengeluarkan bunyi. Hal ini terjadi karena suhu udara yang berada di dalam wadah tertutup bertambah karena perubahan suhu di sekitarnya. Bertambahnya suhu ini menyebabkan volume dan tekanan bertambah. Ini yang menyebabkan tutup wadah menjadi menggelembung.

5. Spray dalam botol tidak boleh dipanaskan karena gas panas bisa meledak dari dalam botol

No 3 ,4 dan 5berhubungan dengan hukum gas ideal.

Mengapa Atmosfir Tidak Jatuh ke Bawah Atau Naik ke atas?

Gambar dari: latterdaylearning.org

Atmosfir tidak jatuh ke bawah atau naik ke atas karena ada kesetimbangan antara gravtiasi bumi (ke bawah), dan gerak partikel gas ke atas. Dengan cara ini atmosfir yang terdiri dari partikel gas relatif berada di dekat permukaan bumi.

Gerakan partikel atmosfirmembentuk lintasan melengkung dan akan jatuh ke bawah karena tertarik gaya gravitasi. Hanya gas helium dan hidrogen yang terkadang berhasil keluar dari lapisan atmosfir karena berat partikel gas yang sangat ringan.

Ketika partikel udara jatuh tertarik gaya gravitasi, kepadatan partikel lama kelamaan bertambahdan tekanan udara bertambah. Tekanan udara mendorong lapisan atmosfir naik ke atas dan mencgah lapisan jatuh ke atas tanah.

Teka Teki Perahu (Archimedes)

Sebuah perahu bermuatan pasir akan melewati jembatan. Perahu ini ternyata tidak bisa lewat karena bagian atas perahu bertabrakan dengan bagian batas bawah jembatan. Apakah yang harus dilakukan oleh nakhoda agar dapat melewati perahu? Apakah ia perlu menambah muatan pasir atau menguranginya?

www.traveladventures.org

Petunjuk : Gunakan teori Archimedes untuk menyelesaikan masalah ini.

Gaya Apung

Gaya apung ditemukan oleh Archimedes. Hukum: Benda yang mengapung sebagian atau seluruhnya dipengaruhi oleh gaya apung ke atas yang sebanding denan berat zat cair yang dipindahkan. Benda yang diletakkan di dalam cairqn mengalami 2 gaya yaitu gaya berat ke bawah dan gaya apung ke atas. Benda akan eengapung jika gaya apung ke atas lebih besar dari gaya berat, melayang jika gaya apung sama denagn gaya berat dan tenggelam jika gaya berat lebih besar dari gaya apung.

Gambar dari: mediabelajaronline.blogspot.com

Contoh : 

www.physics.hku.hk

Benda bisa juga mengapung dilihat dari kepadatannya (density, massa jenis). Jika kepadatan rata rata benda lebih besar dari cairan di sekelilingnya akan tenggelam sementara yang kepadatannya lebih kecil akan mengapung.

Ada banyak kasus yang yang dapat digunakan untuk mempelajari teori Archimedes seperti : 

1. Cara kerja kapal selam
2. Perilaku binatang yang berada di dalam air seperti: ikan yang memiliki gelembung udara, buaya yang suka makan batu, dll.
   

   

   Gelembung udara yang membuat ikan bisa mengatur posisi di dalam air, gambar dari: www.clayton.edu

   

   Buaya makan batu, gambar dari: Jupiterimages/Photos.com/Getty Images
3. Membuat perahu ponton
4. Cara kerja balon udara

Catatan:
Kalau udara bisa dianalogikan seperti cairan, apakah sebenarnya kita bisa 'mengapung di udara?'
udara mengeluarkan gaya apng pada seseorang sama denga berat udara yang dipindahkan oleh orang tersebut. Jika seseorang memindahkan 0.08 m3 udara, gaya apung yang dialaminya adalah 0.08 m3 dikalikan massa jenis udara yaitu 1 kg/m3. Sehingga gaya apung kurang lebih 0.08 kg.