Di dalam sebuah pipa-U yang salah satu kakinya tertutup terdapat raksa yang tingginya sama

Di dalam sebuah pipa-U yang salah satu kakinya tertutup terdapat raksa yang tingginya sama. Di dalam kaki yang tertutup terdapat 50 cm³ udara dengan tekanan 80 cmHg. Luas penampang pipa di mana-mana sama, yakni 2 cm². Apabila kaki yang terbuka dihubungkan dengan reservoir gas, maka permukaan raksa di dalam kaki yang terbuka turun 5 cm. Berapakah tekanan gas di dalam reservoir itu?

Pembahasan:

1. Keadaan awal, sebelum dihubungkan dengan reservoir gas:

   • Volume udara awal di kaki tertutup, V₁ = 50 cm³
   • Tekanan udara awal di kaki tertutup, P₁ = 80 cmHg
   • Luas penampang pipa yang sama (A₁ = A₂), A = 2 cm
   • Perubahan tinggi raksa di kaki terbuka, Δh = 5 cm

2. Keadaan akhir, setelah dihubungkan dengan reservoir gas:

   • Permukaan raksa di kaki terbuka turun 5 cm
   • Tekanan udara di kaki tertutup meningkat

Ilustrasi

*Perubahan volume udara

• Saat permukaan raksa di kaki terbuka turun 5 cm, berarti permukaan raksa di kaki tertutup naik 5 cm. Oleh karena itu, tekanan udara di kaki tertutup sekarang harus menambah tekanan akibat kenaikan raksa tersebut.

P₂ = P₁ + Δh = 80 cmHg + 5 cmHg = 85 cmHg

• Ketika raksa naik 5 cm di kaki tertutup, volume udara di kaki tertutup berkurang.

ΔV = A × Δh = 2 cm² × 5 cm = 10 cm³

          Maka, volume udara akhir $V_{}$₂     

V₂ = V₁ − ΔV = 50 cm³ − 10 cm³ = 40 cm³

*Berdasarkan Hukum Boyle:

P₁ × V₁ = P₂ × V₂​

80 cmHg × 50 cm³ = 85 cmHg × 40 cm³

P₂ = 80 cmHg × 50 cm³ /40 cm³

P₂ = 100 cmHg

Jadi, tekanan gas di dalam reservoir adalah 100 cmHg

Share :