Sedotan adalah alat sederhana yang bekerja berkat hukum-hukum dasar fisika, khususnya konsep tekanan udara, fluida statis, dan gravitasi. Meskipun terlihat sepele, sedotan menjadi contoh nyata bagaimana tekanan dan gaya bekerja pada fluida (zat cair).
Langkah-langkah
Kerja Sedotan:
- Sedotan dimasukkan ke dalam cairan
- Ujung bawah sedotan berada dalam minuman (air, jus, dll), dan
ujung atas di dekat mulut pengguna.
- Dalam kondisi ini, tekanan udara luar dan dalam sedotan
seimbang, sehingga cairan tidak naik.
- Kita mulai menghisap udara dari dalam sedotan
- Saat menghisap, kita mengurangi jumlah molekul udara dalam sedotan
→ tekanan di dalamnya menurun.
- Terjadi perbedaan tekanan
- Tekanan atmosfer (di luar sedotan) tetap normal (~101.325 Pa atau 1 atm).
- Tekanan dalam sedotan lebih kecil karena dihisap.
- Perbedaan tekanan ini menyebabkan gaya tekan dari udara luar
mendorong permukaan cairan di dalam gelas, sehingga cairan terdorong
naik ke dalam sedotan.
- Cairan masuk ke mulut
- Cairan akan terus naik selama perbedaan tekanan tetap terjadi.
- Jika hisapan dihentikan dan tekanan seimbang kembali, cairan tidak
akan mengalir naik.
Prinsip
Fisika yang Terlibat:
1. Tekanan
Udara
- Udara memiliki massa dan menekan segala permukaan dengan gaya.
- Tekanan atmosfer di permukaan laut: ~1 atm = 101.325 Pa.
2. Prinsip
Fluida Statis
- Dalam fluida diam, tekanan meningkat seiring kedalaman.
- Air dalam gelas menerima tekanan dari udara luar dan dari kolom air
sendiri.
3. Hukum
Pascal
- Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup akan
diteruskan ke segala arah.
- Dalam konteks ini, tekanan dari atmosfer mendorong permukaan air ke
dalam sedotan.
4. Hukum
Bernoulli (konsep sekilas)
- Ketika kecepatan fluida meningkat, tekanannya menurun.
- Dalam mulut, saat menghisap, terjadi aliran fluida → tekanan
berkurang.
Analogi
dan Perhitungan Sederhana:
Misal, Anda menghisap udara hingga tekanan
dalam sedotan turun menjadi 0,9 atm. Maka selisih tekanan sebesar:
ΔP=1 atm−0,9 atm=0,1 atm
0,1 atm=10,1325 kPa
Dengan persamaan tekanan hidrostatis:
P=ρgh
Jika kita ambil:
- ρ (massa jenis air) = 1000 kg/m³
- g (gravitasi) = 9,8 m/s²
- Maka:
10,1325×103=1000×9,8×h⇒h≈1,03 m
Jadi, cairan dapat terdorong naik sedalam ±1
meter jika tekanan berkurang 0,1 atm — ini menjelaskan mengapa sedotan
sangat panjang tidak efektif.
Contoh
Aplikasi Serupa:
- Suntikan medis: saat
plunger ditarik, tekanan di dalam tabung berkurang dan cairan masuk.
- Pompa air tangan:
menggunakan prinsip pengurangan tekanan dalam tabung.
- Pipet tetes:
memanfaatkan tekanan udara dan gaya gravitasi untuk mengatur jumlah
cairan.
Sedotan bekerja karena perbedaan tekanan antara bagian dalam sedotan (yang dikosongkan saat dihisap) dan tekanan atmosfer luar. Tekanan yang lebih besar dari luar mendorong cairan naik ke atas menuju area bertekanan lebih rendah (mulut kita).
Dengan kata lain, kita tidak menarik air ke
atas, melainkan tekanan udara luar mendorong air ke atas karena
bagian dalam sedotan kita buat bertekanan lebih rendah.
