Tugas 1 Manometer

Pengamatan Singkat Mengenai Percobaan :

Video 1 :

- Sistem terdiri dari vaccum cleaner (yang diinput sisi dorongannya), katup controller, 2 buah, 2 alat ukur analog dengan range 0 – 25 milibar, piot tube (belum dihubungkan) - Arah alirannya dari vaccum pump akan masuk ke sistem riser. Kemudian mengalir melalui titik ukur tekanan 1, titik ukur kecepatan 1, ke atas berbelok ke sisi kanan dan melalui titik ukur tekanan 2. - Prosedur : Vaccum cleaner dinyalakan, katup 1 dibuka full, sedangkan katup 2 ditutup. Didapatkan tekanan udara 1 sebesar 10 mbar dan tekanan 2 sebesar 1,5 mbar. Setelah itu, katup 2 dibuka sebanyak 2 putaran. Didapatkan tekanan udara 1 turun menjadi 8,5 mbar dan tekanan 2 menjadi 1,2 mbar.

Video 2 :

- Manometer tipe- U dengan fluida air - Terdiri dari selang yang dirangkai membentuk U, diberikan penjepit supaya strukturnya kuat, penggaris untuk melihat seberapa besar tekanan dapat menaikkan ketinggian air - Prosedur : Isi air hingga mengenai batas 0 penggaris kemudian sistem dihidupkan. Kemudian katup yang terbuka ditutup - Ujung kiri atas dan kanan atas berhubungan dengan udara luar, sehingga tekanan sama. Maka, permukaan kiri dan kanan memiliki elevasi yang sama (sejajar) - Hasil : Terjadi peningkatan ketinggian

1. Jelaskan mekanisme kerja manometer analog!

- Jawab :

Manometer analog memanfaatkan cairan yang terkandung dalam tabung berbentuk U dan beroperasi menggunakan prinsip Keseimbangan Hidrostatik. Cairan di dalam tabung akan mengendap pada ketinggian yang sama di setiap kaki tabung ketika kedua ujungnya terbuka terhadap tekanan atmosfer. Namun, jika tekanan positif diterapkan pada salah satu kaki tabung berbentuk U, maka ketinggian cairan akan turun di kaki tersebut dan naik di kaki lainnya. Hal ini karena tekanan akan memaksa fluida untuk turun di satu kaki dan naik di kaki lainnya hingga berat kolom fluida yang dihasilkan dari tekanan yang diberikan cukup untuk melawan nilai tekanan tersebut. Oleh karena itu, jarak vertikal antara ketinggian fluida di kedua kaki tabung menunjukkan ukuran besarnya tekanan yang diterapkan. Nilai tekanan (P) yang diamati merupakan fungsi dari tinggi (h) dan densitas (ρ) fluida yang digunakan pada manometer, nilai (g) menyatakan tetapan gravitasi.

Pertama-tama, cairan atau gas yang akan diukur tekanannya dialirkan melalui katup pengatur tekanan ke dalam tabung manometer. Tekanan dari cairan atau gas tersebut kemudian membuat cairan di dalam tabung naik atau turun ke atas atau ke bawah. Cairan tersebut akan mencapai ketinggian tertentu di dalam tabung yang sebanding dengan tekanan yang diukur. Selanjutnya, ketinggian cairan tersebut akan ditunjukkan oleh jarum penunjuk yang terhubung dengan bagian atas cairan melalui sebuah mekanisme penghubung. Jarum penunjuk akan bergerak sepanjang skala pengukuran yang telah dibuat dengan nilai-nilai yang telah ditentukan sebelumnya.

Dalam mekanisme kerja manometer analog, penting untuk memperhatikan beberapa faktor seperti jenis cairan atau gas yang digunakan, jenis tabung manometer, serta skalanya. Hal ini akan mempengaruhi ketelitian dan akurasi pengukuran yang dilakukan.

2. Jelaskan mekanisme kerja manometer tipe U (fluida air)!

- Jawab :

Prinsip dasar manometer tipe U adalah bahwa tekanan yang akan diukur diterapkan pada satu sisi tabung menghasilkan gerakan fluida. Perpindahan ini kemudian dapat diukur dengan skala yang dipasang di antara tabung. Ketika tekanan konstan diterapkan pada satu sisi tabung, cairan akhirnya akan berhenti ketika kesetimbangan telah tercapai antara tekanan di kedua sisi tabung.

Salah satu ujung pipa U-shaped dihubungkan ke sumber fluida yang ingin diukur tekanannya, sedangkan ujung yang lain dihubungkan ke atmosfer atau ke suatu alat atau sistem yang memiliki tekanan yang diketahui. Saat fluida (air) mengalir ke dalam pipa U-shaped, tekanan pada kedua ujung pipa akan berbeda, sehingga tinggi fluida pada masing-masing pipa akan berbeda.

Tinggi fluida pada sisi pipa yang terhubung ke sumber fluida akan lebih tinggi dibandingkan dengan sisi pipa yang terhubung ke atmosfer atau tekanan yang diketahui. Perbedaan tinggi ini disebabkan oleh tekanan hidrostatik yang dihasilkan oleh fluida yang mengalir. Perbedaan tinggi fluida pada kedua pipa U-shaped dapat diukur menggunakan skala yang terdapat pada bagian luar pipa. Skala ini biasanya diberi satuan tekanan, seperti psi (pounds per square inch) atau kPa (kiloPascal).

Dengan mengetahui tinggi fluida pada kedua sisi pipa U-shaped, perbedaan tekanan antara kedua sisi pipa dapat dihitung menggunakan rumus tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatik diukur dalam satuan yang sama dengan satuan tekanan pada skala manometer.

3. Tuliskan hasil pengukuran P1, P2, dan P2 (ketika menggunakan manometer tipe U)!

- Jawab :

P1 = 10 milibar (turun menjadi 8,5 milibar)

P2 = 1,5 milibar (turun menjadi 1,2 milibar)

Tekanan udara pada percobaan pertama,

P(gas) = ρ(udara) + ρ(air) . g . (h2 - h1)

P(gas) = 101325 N/m^2 + 1000 kg/m^3 . 9.81 m/s^2 . 0.0065 m

P(gas) = 101388 N/m^2 = 101388 Pa

Tekanan udara pada percobaan kedua,

P(gas) = P(udara) + ρ(air) . g . (h3 - h1)

P(gas) = 101325 N/m^2 + 1000 kg/m^3 . 9.81 m/s^2 . 0.0095 m

P(gas) = 101418 N/m^2 = 101418 Pa

4. Faktor apa yang mempengaruhi tinggi rendahnya tekanan?

- Jawab :

Tinggi rendahnya tekanan pada manometer dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, di antaranya:

a). Kecepatan aliran fluida: Semakin tinggi kecepatan aliran fluida, semakin rendah tekanan fluida di dalam pipa atau saluran. Hal ini dapat terjadi pada sistem yang memiliki pompa dengan kecepatan yang tinggi atau sistem yang memiliki diameter pipa yang kecil.

b). Ketinggian fluida: Semakin tinggi ketinggian fluida, semakin tinggi pula tekanan fluida. Oleh karena itu, manometer yang diletakkan pada titik yang lebih tinggi pada pipa akan menunjukkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan manometer yang diletakkan pada titik yang lebih rendah.

c). Massa jenis fluida: Fluida dengan massa jenis yang lebih besar akan menghasilkan tekanan yang lebih besar pada manometer.

d). Kecepatan rotasi pada pompa: Jika sistem menggunakan pompa, maka kecepatan rotasi pada pompa akan mempengaruhi tekanan pada sistem. Semakin tinggi kecepatan rotasi, semakin tinggi pula tekanan yang dihasilkan. Namun, perlu diingat bahwa kecepatan rotasi yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan kerusakan pada sistem.

5. Tuliskan satuan yang ada pada manometer tersebut dan konversi ke dalam satuan SI!

- Jawab :

Satuan tekanan udara pada manometer = milibar Satuan SI tekanan udara = pascal

1 mbar = 100 Pa

Konversi :

P1 (awal) = 10 milibar = 1000 pascal

P1 (akhir) = 8,5 milibar = 850 pascal

P2 (awal) = 1,5 milibar = 150 pascal

P2 (akhir) = 1,2 milibar = 120 pascal

6. Buatlah skala tekanan pada manometer tersebut!

- Jawab :

Skala yang digunakan : 1 milibar = 100 Pa

Skala pada manometer ==> 0 sampai 25 mmbar dan 0 sampai 250 mmH2O

Perbandingan antara tekanan udara setelah dan sebelum katup 2 dibuka :

P1 = 10 mbar menjadi 1,5 mbar ----- Skala = 1,5 : 10 = 3 : 20

P2 = 1,5 mbar menjadi 1,2 mbar ---- Skala = 1,2 : 1,5 = 4 : 5

Perbandingan antara tekanan udara sebelum dan setelah katup 2 dibuka :

P1 = 10 mbar menjadi 1,5 mbar ----- Skala = 10 : 1,5 = 20 : 3

P2 = 1,5 mbar menjadi 1,2 mbar ---- Skala = 1,5 : 1,2 = 5 : 4

                                                 PERTANYAAN KEPADA CHATGPT

1. An object weighs 20 N in air and 18 N in water.

(a). How large is the upward force exerted by the liquid

(b). What is the density of the object

(a). The upward force exerted by the liquid is equal to the weight of the water that has been displaced by the object. This is known as Archimedes' principle. The weight of the water displaced by the object is equal to the difference between the weight of the object in air and the weight of the object in water.

Therefore: Weight of water displaced = Weight of object in air - Weight of object in water Weight of water displaced = 20 N - 18 N Weight of water displaced = 2 N

Therefore, the upward force exerted by the liquid (i.e., the buoyant force) is 2 N.

(b) To find the density of the object, we can use Archimedes' principle, which states that the buoyant force on an object is equal to the weight of the fluid displaced by the object. We can use this principle to determine the volume of the object submerged in water, and then use the mass of the object and the volume submerged to calculate its density.

The buoyant force on the object in water is:

Buoyant force = Weight of water displaced = Weight of object in air - Weight of object in water

Buoyant force = 20 N - 18 N Buoyant force = 2 N

The volume of the object submerged in water can be calculated using the buoyant force and the density of water: Buoyant force = Weight of water displaced = Density of water x Volume of water displaced x Gravity

2 N = 1000 kg/m^3 x Volume of water displaced x 9.81 m/s^2 Volume of water displaced = 0.000204 m^3 The density of the object can then be calculated using the mass of the object and the volume of water displaced: Density of object = Mass of object / Volume of water displaced Density of object = 20 N / (20 N - 18 N) / 1000 kg/m^3 Density of object = 10,000 kg/m^3

Therefore, the density of the object is 10,000 kg/m^3.

2. If 10 liters of water is poured into a container through a hose with a cross sectional area of 5 cm takes 2 seconds, determine the speed of the water flow in the hose

To determine the speed of the water flow in the hose, we can use the equation for the continuity equation, which relates the cross-sectional area of the hose, the velocity of the water flow, and the volume flow rate of the water:

A1v1 = A2v2

where A1 and A2 are the cross-sectional areas of the hose at points 1 and 2, and v1 and v2 are the velocities of the water flow at points 1 and 2. In this problem, the cross-sectional area of the hose is given as 5 cm^2, and the volume of water poured into the container is 10 liters, or 0.01 m^3. We also know that it takes 2 seconds to pour this volume of water.

To find the velocity of the water flow, we need to determine the cross-sectional area of the container that the water is flowing into. Let's assume that the container has a circular opening with a diameter of 20 cm, which corresponds to a cross-sectional area of:

A2 = πr^2 = π(0.1 m)^2 = 0.01π m^2

Using the continuity equation, we can solve for the velocity of the water flow:

A1v1 = A2v2 (5 × 10^-4 m^2) v1 = (0.01π m^2) v2 v1 = (0.01π m^2 / 5 × 10^-4 m^2) v2 v1 = 62.83 v2

Next, we can use the equation for volume flow rate, which is given by:

Q = A1v1

where Q is the volume flow rate of the water. The volume flow rate of the water is equal to the volume of water poured into the container (0.01 m^3) divided by the time it takes to pour the water (2 seconds):

Q = 0.01 m^3 / 2 s = 0.005 m^3/s

Substituting in the values we have calculated, we get:

Q = A1v1 0.005 m^3/s = (5 × 10^-4 m^2) v1 v1 = 10 m/s

Therefore, the speed of the water flow in the hose is 10 m/s.

3. In a U-tube manometer, with one side open to the air and the other is connected to air blowing system with velocity 20 m/s, the liquid mercury shows a differential of height of 8 mm. Calculate the pressure being applied to the liquid mercury.

In a U-tube manometer, the pressure difference between two points can be determined by the difference in the height of the liquid in the two arms of the manometer. The pressure difference is proportional to the difference in height of the liquid and the density of the liquid being used.

In this case, the manometer is open to the air on one side, so the pressure on that side is atmospheric pressure, which we can assume to be 101325 Pa. The other side is connected to an air blowing system with a velocity of 20 m/s. Since the pressure of a fluid decreases as the velocity of the fluid increases, the pressure on this side will be less than atmospheric pressure.

Let's assume the liquid used in the manometer is mercury, which has a density of 13600 kg/m³. The height difference of the mercury in the two arms of the manometer is 8 mm, or 0.008 m.

The pressure difference between the two arms of the manometer can be calculated as follows:

                                                              ΔP = ρgh

where ΔP is the pressure difference, ρ is the density of the liquid, g is the acceleration due to gravity (9.81 m/s²), and h is the height difference of the liquid.

Substituting the values, we get: ΔP = (13600 kg/m³)(9.81 m/s²)(0.008 m) = 1061.568 Pa

Therefore, the pressure being applied to the liquid mercury is 101325 - 1061.568 = 100263.432 Pa, or approximately 100.26 kPa.