TEKANAN UDARA - Jadfan Sidqi

29/03/2016
HIDROMETEOROLOGI
Tatap Muka Ke-8
(TEKANAN UDARA)
DOSEN :
DR. ERY SUHARTANTO, ST. MT.
JADFAN SIDQI FIDARI, ST. MT.
1. Persamaan Hidrostatika
 Tekanan udara adalah gaya berat kolom udara dari
permukaan tanah sampai puncak atmosfer per
satuan luas.
 Gaya ini ditimbulkan oleh percepatan ke bawah
berupa gravitasi (g) dan massa udara (m). Hasil
perkalian keduanya disebut berat (W), oleh karena
itu tekanan udara pada setiap titik (P) merupakan
berat total udara di atas titik tersebut persatuan luas
(A). Tekanan = Gaya berat/Luas, atau :
 P = W/A = m.g/A
1
29/03/2016
1. Persamaan Hidrostatika
 Sedangkan massa (m) adalah perkalian antara
kerapatan (ρ) dgn volume (V) atau :
 m=ρV
 Sedangkan perubahan volume (∆V) dapat dihitung
dari hasil kali antara luas (A) dan perubahan tinggi
(∆z) sehingga perubahan tekanan dapat ditulis
menjadi :
 ∆P = ρ . ∆V . g/A = ρ . A . ∆z . g/A = ρ . g . ∆z
1. Persamaan Hidrostatika
 Secara umum persamaan hidrostatika ini dapat
dituliskan sebagai hubungan antara perubahan
tekanan udara (dp) dgn perubahan ketebalan lapisan
udara (dz) sbb :
 dp = - ρ . g . dz
 Tanda negatif menunjukkan berkurangnya tekanan
udara menurut ketinggian.
 Karena udara merupakan gas, tekanan yg
ditimbulkan oleh atmosfer dapat juga dihubungkan
dgn jumlah dan kecepatan molekul-molekul yg
menerpa permukaan.
2
29/03/2016
1. Persamaan Hidrostatika
 Kita dapat menghubungkan tekanan baik dgn suhu
maupun dgn perubahan kerapatan (ρ) karena faktorfaktor ini mempengaruhi jumlah molekul pada
volume udara tertentu dan kecepatan bergeraknya.
 Kerapatan udara rendah yg disebabkan oleh jumlah
molekul yg sedikit persatuan volume, berakibat pada
tekanan udara yg rendah.
1. Persamaan Hidrostatika
 Kerapatan dapat diubah dgn mengurangi jumlah
energi kinetik molekul-molekul udara pada suatu
volume udara dipengaruhi oleh suhu, apabila suhu
meningkat energi kinetiknya makin tinggi, sehingga
semakin cepat molekul-molekul udara bergerak.
 Oleh karena itu untuk suatu volume udara tetap,
tekanannya akan semakin tinggi dgn bertambahnya
suhu.
 Namun demikian, tekanan dan suhu serta kecepatan
saling berinteraksi dan hubungan diantara mereka
dapat dijelaskan dgn the equation of state, sbb :
3
29/03/2016
2. Hukum-hukum Gas
 Bayangkan suatu volume kecil (V), gas yg
mengandung massa (m) pada suhu T dan tekanan P.
 Kalau volume dan massa udara tsb dibuat konstan,
tekanannya akan berubah mengikuti perubahan
suhu, yg dapat dijelaskan dgn hubungan berikut
(Hukum Charles) :
 P/T = C
 C adalah konstanta. Persamaan ini menjelaskan
bahwa dgn C yg konstan kenaikan suhu akan diikuti
oleh kenaikan tekanan.
2. Hukum-hukum Gas
 Hukum ini mengandung arti fisik yg penting karena
kenaikan suhu akan menyebabkan molekul-molekul
lebih aktif bergerak dan tumbukan yg lebih sering
terjadi akan mengakibatkan naiknya tekanan apabila
volumenya tetap.
 Kalau massa (m) dan suhu (T) dibuat konstan,
hubungan antara tekanan (P) dan volume (V) dapat
dinyatakan sebagai (Hukum Boyle) :
4
29/03/2016
2. Hukum-hukum Gas
 PxV=K
 K adalah konstanta. Hubungan ini menyatakan
bahwa pada suhu tetap, bila tekanan udara
berkurang misalnya dgn naiknya massa udara ke
atas maka udara akan mengembang atau volume
bertambah.
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Seperti telah disebut sebelumnya, bahwa semakin
jauh dari permukaan bumi, tekanan akan berkurang,
karena lapisan atmosfer yg makin tipis (Persamaan
Hidrostatis).
 Pada bagian ini kita akan membahas perubahan
tekanan secara vertikal.
 Perubahan tekanan dgn ketinggian tergantung dari
kerapatan udara.
5
29/03/2016
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Tekanan berubah sangat cepat dgn ketinggian kalau
kerapatan udara tinggi, sedangkan perubahannya
akan lebih perlahan-lahan jika kerapatan udaranya
rendah.
 Perlu diperhatikan bahwa tekanan berubah sangat
cepat pada lapisan udara bagian bawah yg
mempunyai kerapatan tinggi.
 Sebagai contoh, perubahan tekanan sebesar 200 mb
terjadi dengan perubahan ketinggian 2 km pada
lapisan yg paling bawah.
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Sebagai perbandingan, perubahan ketinggian
sebesar 2 km ini pada lapisan troposfer hanya
mengakibatkan perubahan tekanan sebesar 90 mb.
 Karena kerapatan udara berhubungan dgn suhu dan
tekanan, perubahan tekanan dgn ketinggian dapat
dihitung berdasarkan suhu kolom udara tsb. Hal ini
penting diketahui karena suhu relatif mudah diukur.
 Hubungan antara kerapatan, tekanan dan suhu
udara untuk lapisan troposfer dapat dijelaskan sbb:
6
29/03/2016
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Berdasarkan persamaan hidrostatika :
dp = -ρ.g.dz
dan menurut persamaan gas ideal,
PV = nRT (4a) sedangkan  n = m/Mu (4b)
maka dgn menggabungkan 4a dan 4b
P = (m/Mu).RT/V = ρ.RT/Mu
(5)
P = tekanan udara; V = volume udara; n = jumlah mol;
m = massa udara kering; Mu = berat molekul udara kering;
T = suhu mutlak lapisan udara;
R = tetapan gas umum (8,3143 JK-1 mol-1)
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Gas utama yg dikandung udara adalah N2 (80%) dan O2
(20%), maka berat molukel udara dapat dihitung sbb:
Mu = (0,8 x 2 x 14) + (0,2 x 2 x 16) = 28,8
 tetapi dgn menghitung gas-gas yg lain Mu = 28,97 (Wallace
and Hobbs 1977)
 Sehingga persamaan (5) dapat ditulis menjadi:
(6)
P = ρ.Ru.T
dengan :
Ru = R/Mu
Ru = (8,3143 JK-1 mol-1)/(28,97 g mol-1) = 287 JK-1 kg-1
yang disebut sebagai tetapan gas untuk udara kering
7
29/03/2016
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Bila persamaan diatas dan hidrostatika digabungkan akan
menjadi :
dp/P = -ρ.g.dz/(ρ.Ru.T) = -g.dz/(Ru.T)
(7)
pada persamaan ini T merupakan suhu rata-rata kolom
udara sehingga dapat dianggap sebagai suatu konstanta
seperti halnya g dan Ru, sehingga bila diintegrasikan
persamaan tersebut menjadi :
(z1 - z0) = ln (P0/P1) Ru.T/g
(8)
(z1 - z0) = ketebalan lapisan udara di troposfer antara z0 dan
z1
P0 dan P1 = tekanan udara, masing-masing pada ketinggian
z0 dan z1
3. Variasi Tekanan Secara Vertikal
 Dengan bertambahnya ketinggian, tekanan tidak lagi
seragam sepanjang diagram, tetapi lebih tinggi di kiri
daripada di kanan.
 Hal ini terjadi karena pada sebelah kiri suhunya lebih tinggi
(persamaan 8, makin tinggi suhu T maka lapisan udara z1 –
z0, semakin tebal).
 Struktur vertikal dari suhu udara inilah yg menyebabkan
terjadinya variasi tekanan secara horizontal.
 Variasi horizontal ini sangat penting, dalam hubungan dgn
gaya utama yg menimbulkan angin di atmosfer.
8
29/03/2016
4. Variasi Tekanan Horizontal
 Variasi tekanan secara horizontal lebih kecil
dibandingkan variasi tekanan secara vertikal.
 Namun demikian, variasi horizontal ini
berhubungan dgn tekanan gaya-gaya yg
mengendalikan angin di atmosfer.
 Sebelum menjelaskan perbedaan tekanan horizontal
akan terlebih dahulu dijelaskan istilah-istilah
tekanan yg biasa digunakan. Sejumlah istilah untuk
menjelaskan pola tekanan, diantaranya adalah
isobar, gradien tekanan, palung (trough) dan
punggung (ridge).
Istilah-istilah Tekanan
 Isobar merupakan garis yg menghubungkan titik-
titik yg bertekanan sama. Untuk menggambarkan
tekanan dekat permukaan, isobar biasanya
digambarkan dgn interval 3 mb.
 Gradien tekanan adalah perubahan permukaan
tekanan secara horizontal. Gradien tekanan ini
diukur dari tinggi ke rendah, tegak lurus dgn isobar
terdekat dan merupakan jarak terpendek di antara
isobar-isobar tsb.
9
29/03/2016
Istilah-istilah Tekanan
 Gradien tekanan ini mewakili perubahan tekanan
terbesar pada jarak terpendek. Selain mempunyai arah,
gradien tekanan juga menyajikan informasi tentang
besarnya perubahan tekanan dengan berubahnya jarak,
dan sering disebut pressure steepness.
 Palung dan punggung, pada peta-peta tekanan, pola
tekanan yg tergambar selalu muncul dalam bentuk
panjang dan bergelombang, dengan daerah tekanan
rendah diapit oleh daerah-daerah bertekanan tinggi.
Daerah yg memanjang pada tekanan rendah disebut
palung dan daerah memanjang pada tekanan tinggi
disebut punggung.
10