Jawaban:

Untuk menghitung massa piston dalam sistem ini, pertama-tama Anda harus menghitung tekanan cairan pada kedalaman h yang tidak diketahui. Anda dapat menggunakan persamaan tekanan hidrostatik:

P = ρgh + P0

di mana:

P = tekanan cairan pada kedalaman h

ρ = massa jenis cairan (1000 kg/m3 dalam kasus ini)

g = kecepatan gravitasi (10 m/s^2)

h = kedalaman dari permukaan cairan (L)

P0 = tekanan udara luar (105 Pa dalam kasus ini)

Untuk menghitung massa piston, Anda dapat menggunakan persamaan gaya yang bekerja pada piston:

F = P * A

di mana:

F = gaya yang bekerja pada piston

P = tekanan cairan pada kedalaman h (yang belum diketahui)

A = luas penampang piston (1 cm^2 dalam kasus ini)

Sebagai tambahan, Anda juga harus memperhitungkan gaya yang bekerja pada beban yang diletakkan di atas piston:

F = m * g

di mana:

F = gaya yang bekerja pada beban

m = massa beban (0,4 kg dalam kasus ini)

g = kecepatan gravitasi (10 m/s^2)

Gaya yang bekerja pada piston harus sama dengan gaya yang bekerja pada beban, sehingga Anda dapat menyusun persamaan sistem yang terdiri dari dua persamaan di atas.

P * A = m * g

P = m * g / A

Anda memiliki dua informasi tekanan cairan pada kedalaman yang berbeda (151 kPa pada 10 cm dan 153 kPa pada 30 cm). Anda dapat menggunakan informasi ini untuk menghitung h pada kedalaman yang tidak diketahui dengan menggunakan persamaan tekanan hidrostatik di atas.

P1 = ρgh1 + P0 = 151 kPa

h1 = (P1 - P0) / (ρg) = (151 kPa - 105 Pa) / (1000 kg/m3 * 10 m/s^2) = 0,046 m

P2 = ρgh2 + P0 = 153 kPa

h2 = (P2 - P0) / (ρg) = (153 kPa - 105 Pa) / (1000 kg/m3 * 10 m/s^2) = 0,08 m

Kedalaman yang tidak diketahui (h) adalah selisih kedalaman h1 dan h2, yaitu:

h = h2 - h1 = 0,08 m - 0,046

Penjelasan: