Rangkuman Materi Fluida Statis
Sekitar akhir semester pada kelas 10, terdapat bab baru yang mungkin belum dibahas sebelumnya yaitu fluida. fluida adalah zat alir atau yang dapat mengalir diantaranya yaitu udara dan air.pada kesempatan kali ini kami menyajikan untuk teman-teman tentang rangkuman lengkap yang disertai dengan contoh soal dan pembahasan fluida statis yaitu fluida yang diam atau tidak bergerak. yuukk kita langsung saja.!
Pengertian Fluida Statis
Ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam atau tidak bergerak
Massa Jenis
Massa jenis zat merupakan ukuran kepadatan (densitas) dirumuskan sebagai perbandingan massa zat dengan volume zat tersebut.
ρ = m/v
Keterangan :
ρ = massa jenis zat (kg/m3)
m = massa zat (kg)
v = volume zat (m3)
Tekanan Hidrostatis
Tekanan merupakan gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas permukaan. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut:
P=F/A
keterangan :
P = tekanan (N/m2 = Pascal)
F = gaya (N)
A = luas permukaan (m2)
Hubungan satuan tekanan
1 N/m2 = 1 Pa
1 bar = 1 x 105 Pa
1 atm = 101.325 Pa
1 atm = 760 mmHg
Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Dapat dirumuskan sebagai berikut.
ph = ρgh
Keterangan:
ph = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m)
Tekanan Total
Pada permukaan fluida yang terkena udara luar, bekerja tekanan udara luar yang dinyatakan dengan p. Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan, besarnya tekanan total atau tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida adalah
ptotal = po + ρgh
Keterangan:
po = tekanan udara luar = 1,013 N/m2
Ptot = tekanan total di suatu titik (tekanan mutlak)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman suatu titik dari permukaan fluida (m)
Hukum Pascal
Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Pascal.
Tekanan oleh gaya sebesar F1 terhadap pipa 1 yang memiliki luas penampang pipa A1, akan diteruskan oleh fluida menjadi gaya angkat sebesar F2 pada pipa 2 yang memiliki luas penampang pipa A2 dengan besar tekanan yang sama. Hukum Pascal berdasarkan gambar dapat dirumuskan sebagai berikut
p1 = p2
Keterangan:
F1 = gaya pada penampang 1 ( N)
F2 = gaya pada penampang 2 ( N)
A1 = luas penampang 2 (m2)
A2 = luas penampang 2 (m2)
Hukum Archimedes
Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.
FA = wu – wf atau FA = ρf .g.Vb
Keterangan:
FA = gaya Archimedes (N)
wu = berat benda ketika di udara (N)
wf = berat benda ketika di dalam fluida (N)
ρ = massa jenis fluida
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Vb = volume benda tercelup (m3)
Kondisi benda di dalam fluida
Terapung
Terjadi jika:
ρbenda < ρfluida
Fa = W
Vbt < Vb
Dituliskan dalam persamaan:
ρb. Vb = ρf. Vbt
atau
ρb. hb = ρf. hbt
Keterangan:
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
Vb = volume benda (m3)
hb = tinggi benda (m)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Vbt = volume benda tercelup (m3)
hbt = tinggi benda tercelup (m)
Melayang
Terjadi jika:
ρbenda = ρfluida
Fa = W
Vbt = Vb
Dituliskan dalam persamaan:
ρb. Vb = ρf. Vbt
Keterangan:
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
Vb = volume benda (m3)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Vbt = volume benda tercelup (m3)
Tenggelam
Terjadi jika:
ρbenda > ρfluida
Berat benda saat berada di dalam fluida:
wbt = w – FA
atau
wbt = (ρb – ρf) Vb. g
Keterangan:
wbt = berat benda di dalam fluida (N)
w = berat benda di udara (N)
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
Vb = volume benda (m3)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
FA = gaya Archimides (N)
Tegangan permukaan
Tegangan permukaan merupakan kemampuan zat cair untuk meregang sehingga permukaan cairan terlihat, seperti terdapat lapisan. Tegangan permukaan (ϒ) di dalam selaput didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya permukaan dan panjang permukaan yang tegak lurus gaya dan dipengaruhi oleh gaya tersebut.dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan :
ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)
F = gaya tegangan permukaan (N)
l = panjang permukaan (m)
Harga Tegangan Permukaan Berdasarkan Eksperimen
Kapilaritas
kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair didalam pipa kapiler. Kapilaritas contoh-contoh gejala kapiler yaitu pada Minyak tanah naik melalui sumbu lampu minyak tanah atau sumbu kompor, dinding rumah basah pada musim hujan, air tanah naik melalui pembuluh kayu.
Gaya tegangan permukaan pada fluida dalam tabung kapiler. Fluida naik jika θ< 90° dan turun jika θ > 90°.
Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
Keterangan:
h = kenaikan zat cair (m)
ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
r = jari-jari pipa kapiler (m)
Sudut Kontak
sudut kontak terjadi pada kelengkungan air maupun kelengkungan raksa yang di tarik garis lurus membentuk sudut θ terhadap dinding vertikal. Sudut kontak air adalah sudut lincip (θ<90o), sedangkan sudut kontak raksa adalah sudut tumpul (90o<θ<180o).
Sudut kontak terjadi pada gaya tarik menarik antar partikel (kohesi) atau pada gaya tarik menarik antar partikel berlainan (adhesi)
beberapa nilai sudut kontak antara zat cair dan dinding pipa kapilernya.
Contoh Coal dan Pembahasan Fluida Statis
Soal No. 1
Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.
Jika massa jenis air 1000 kg/m3 , percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan tekanan udara luar 105 N/m, tentukan :
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
Pembahasan
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
Soal No. 2
Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!
Pembahasan
Hukum Pascal
Data :
F1 = F
F2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 N
A1 : A2 = 1 : 250
Soal No. 3
Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat beban.
Jika jari-jari pada pipa kecil adalah 2 cm dan jari-jari pipa besar adalah 18 cm, tentukan besar gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat beban 81 kg !
Pembahasan
Data:
m = 250 kg
r1 = 2 cm
r2 = 18 cm
w = mg = 810 N
F =….
Jika diketahui jari-jari (r) atau diameter (D) pipa gunakan rumus:
Diperoleh
