Hukum Pascal
Ketika Anda memampatkan fluida yang tertutup, tekanan yang Anda ciptakan mendorong keluar sama rata ke segala arah, tidak hanya ke tempat Anda mendorongnya. Itu berarti gaya kecil pada piston kecil bisa menciptakan tekanan yang sama dengan gaya yang jauh lebih besar pada piston besar — begitulah cara dongkrak hidrolik melipatgandakan gaya.
Rumus
F₂ / F₁ = A₂ / A₁
- F₁ — gaya masukan (N): gaya yang ditekan pada piston kecil
- A₁ — luas masukan (m²): luas piston kecil
- F₂ — gaya keluaran (N): gaya yang dihasilkan pada piston besar
- A₂ — luas keluaran (m²): luas piston besar
Contoh yang diselesaikan
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki piston kecil dengan luas 0,01 meter persegi dan piston besar dengan luas 0,1 meter persegi. Jika Anda menekan piston kecil dengan 10 newton, berapa gaya yang muncul pada piston besar?
- F₁ = 10 N
- A₁ = 0.01 m²
- A₂ = 0.1 m²
- F₂ = F₁ · (A₂ / A₁)
- F₂ = 10 N · (0.1 m² / 0.01 m²)
F₂ = 100 N
Uji diri Anda
Menggunakan dongkrak yang sama, jika Anda menekan piston kecil dengan 20 N alih-alih, berapa gaya yang muncul pada piston besar?
- Jawaban benar: 200 N
- 20 N
- 2000 N
Benar! Rasio luasnya masih sepuluh, jadi dua puluh newton dikali sepuluh menghasilkan dua ratus newton.
Untuk mengangkat mobil yang berat menggunakan dongkrak hidrolik ini, piston mana yang harus Anda tekan untuk menggunakan gaya paling kecil?
- Piston besar, karena luasnya 10 kali lebih besar
- Jawaban benar: Piston kecil, karena membutuhkan gaya masukan lebih kecil
- Piston mana pun — tidak ada bedanya
Tepat sekali! Menekan piston kecil membutuhkan gaya lebih kecil, dan tekanannya diteruskan untuk menciptakan gaya yang jauh lebih besar pada piston besar.
Di mana Anda melihatnya
Dongkrak mobil hidrolik di bengkel perbaikan adalah hukum ini yang diberi lapisan cat: mekanik mendorong piston kecil dengan gaya yang tidak besar, minyak yang tertutup membawa tekanan itu tanpa berkurang ke setiap dinding sistem, dan piston besar di bawah mobil mengubahnya menjadi gaya yang cukup untuk mengangkat kendaraan dua ton. Rem hidrolik, kursi dokter gigi, dan lengan ekskavator semuanya bekerja dengan trik pelipatgandaan gaya yang sama.
Kesalahan umum
Mudah membayangkan fluida itu mendorong paling kuat ke arah di mana Anda memampatkannya — fluida tertutup meneruskan tekanan sama rata ke segala arah, sehingga piston keluaran bisa menghadap ke mana pun dan tetap menerima dorongan penuh. Jebakan yang lebih halus adalah memperlakukan gaya yang telah dilipatgandakan sebagai energi gratis: ketika rasio luasnya sepuluh, piston kecil harus menempuh jarak sepuluh kali lebih jauh daripada naiknya piston besar, sehingga usaha masuk sama dengan usaha keluar dan hukum kekekalan energi tetap berlaku.
Bagaimana ini terhubung
Ini dibangun langsung di atas tekanan hidrostatik — konsep tekanan yang sama, kini diterapkan pada fluida tertutup yang sengaja dipampatkan seseorang, bukan fluida yang hanya terdiam di bawah beratnya sendiri. Tukar-menukar yang dilakukan hukum ini, gaya dilipatgandakan sementara jarak menyusut, adalah kekekalan energi yang muncul dalam hidrolik: F₂ / F₁ = A₂ / A₁ adalah aturan tuas yang dinyatakan ulang untuk fluida. Berikutnya, Prinsip Archimedes kembali ke fluida yang diam dan dorongan ke atas yang diberikan fluida itu pada apa pun yang diletakkan di dalamnya.