MODUL PERKULIAHAN

Fisika

Fluida Statis

FakultasProgram StudiTatap MukaKode MKDisusun Oleh

Teknik IndustriTeknik Mesin09MK10230Rini Anggraini, Ir.MM

AbstractKompetensi

Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Penggunaan fluida dalam proses industri kimia memerlukan pengetahuan tentang sifat-sifat fluida agar proses dapat berjalan dengan baik. Fluida terdiri dari fluida statis dan fluida dinamisSetelah mempelajari modul ini diharapkan mahasiswa dapat : Memahami pengertian fluida statis maupun dinamis, sifat-sifat dan hukum - hukumnya Mampu menyelesaikan soal soal tentang fluida berdasarkan sifat dan hukumnya Mampu mengaplikasikan konsep fluida dalam kehidupan sehari - hari

I. PENDAHULUANProses di dalam industri kimia selalu melibatkan fluida, yaitu zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Fluida dapat berupa zat cair atau gas, dan dibedakan menjadi 2 jenis yaitu fluida statis dan fluida dinamis.

Fluida statis adalah fluida yang mempunyai sifat tak termampatkan ( tak mengalami perubahan massa jenis ), tidak kental, dan memiliki kecepatan (V) yang sama untuk tiap partikel fluida di suatu titik.

Beberapa materi mengenai fluida yang perlu diketahui antara lain adalah massa jenis, tekanan fluida, tekanan hidrostatis, tekanan atmosfer, hukum pokok hidrostatis, hukum Pascal, hukum Archimedes. Teori teori ini penting untuk diketahui karena sangat berpengaruh dalam proses produksi khususnya di industri kimia agar proses dapat berjalan sesuai yang diharapkan.II. FLUIDA STATIS

Beberapa materi yang dipelajari tentang fluida statis adalah :

1. Massa Jenis Massa jenis () adalah ukuran kerapatan suatu benda. Semakin besar massa jenis benda, maka benda tersebut semakin rapat.

Rumus : Massa jenis: = Keterangan : = massa jenis benda (kg/m3)

m = massa benda (kg)

V = volume (m)

2. Tekanan Tekanan adalah hasil bagi antara gaya dengan luas penampang.

Rumus : P = Keterangan : P = tekanan ( N/m2 atau Pascal/Pa)

F = gaya (N)

A = luas permukaan bidang sentuh (m) Satuan tekanan (P) adalah N/ m atau pascal (Pa), dyne/cm, atmosfer (atm). Hitungan konversinya yaitu :

1 Nm = 1 Pacal (Pa)

1N = 10 dyne

1 atm = 10 Pa

1 atm = 76 cmHg

3. Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang dialami benda saat di dalam fluida karena adanya gaya gravitasi.

Rumus : PH = . g . h

Keterangan : PH = tekanan hidrostatis (Pa)

= massa jenis fluida (kg/m)

g = percepatan gravitasi (10m/s)

h = kedalaman benda dari permukaan fluida (m)

Hukum Pokok Hidrostatis

Semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama.

Catatan: Mengukur besarnya kedalaman (h) harus dihitung dari permukaan zat cair (dari atas) bukan dari bawah.

Berdasarkan persamaan diatas dapat disimpulkan:

Semakin dalam letak suatu benda di dalam zat cair maka tekanan hidrostatis yang diperoleh akan semakin besar.

Semakin besar massa jenis suatu zat cair maka semakin besar pula tekanan hidrostatis yang dihasilkan.

4. Tekanan Mutlak Tekanan mutlak adalah tekanan total yang dialami oleh benda.

Rumus : P = Po + PH Keterangan : P = tekanan mutlak (N/m2, Pa)

Po = tekanan udara luar / tekanan atmosfer (atm, Pa)

PH = tekanan hidrostatis (N/m2, Pa)

5. Hukum Pascal Tekanan yang diberikan kepada fluida di dalam ruangan tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Penerapan hukum pascal pada bejana berhubungan:

Prinsip hukum Pascal ini diterapkan pada alat-alat, misalnya dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, dan rem hidrolik mobil.

6. Hukum Archimedes Benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya di dalam fluida akan mendapat gaya apung ke atas sebesar berat fluida yang dipindahkan oleh benda yang tercelup tersebut.

Akibat gaya tekan ke atas ini, benda memiliki 3 posisi jika dimasukkan ke dalam suatu zat cair, yaitu:a. Terapung

Ciri-ciri benda terapung:

Massa jenis benda lebih kecil dibandingkan dengan massa jenis zat cair ( benda < zat cair).

Berat benda sama dengan gaya ke atas (Wbenda = FA)

b. Melayang Ciri-ciri benda melayang yaitu: Massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair ( benda = zat cair).

Berat benda sama dengan gaya ke atas (Wbenda = FA).

c. TenggelamCiri-ciri benda tenggelam yaitu: Massa jenis benda lebih besar dibandingkan dengan massa jenis zat cair ( benda > zat cair)

Berat benda lebih besar daripada gaya ke atas (Wbenda > FA)

Penerapan hukum Archimedes antara lain adalah kapal laut, kapal selam, galangan kapal, jembatan fonton, balon udara, dan hydrometer.

7. Tegangan pada Permukaan Zat Cair

Rumus : = Keterangan : = tegangan permukan

F = gaya tegangan permukaan (N)

d = panjang permukaan (m) , d = 2 l8. Viskositas

Viskositas atau kekentalan pada fluida adalah gesekan antara satu lapisan dengan lapisan lain di dalam fluida.

Rumus : F = Keterangan : F = gaya yang bekerja (N)

A = luas keeping yang bersentuhan dengan fluida (m2)

v = kecepatan (m/s)

L = jarak antara dua keeping (m)

= koeffisien viscositas (kg/ms, Pa.s (pascal second)9. Hukum Stokes untuk Fluida Kental

Rumus : F = 6 r v

Keterangan : Fs = gaya hambatan

= koeffisien viscositas (kg/ms, Pa.s)

r = jari jari bola (m)

v = kecepatan relative benda terhadap fluida (m/s)

= atau 3,14III. SOAL DAN PEMBAHASAN1. Sebuah semprotan serangga berjari jari 2 cm berisi cairan pembasmi serangga. Jika seseorang menyemprotkan dengan gaya 31,4 N, hitunglah tekanan zat cair di dalam semprotan tersebut.

Pembahasan :

P = = = = 25.000 N/m22. Suatu kolam renang sedalam 1,5 m berisi air (massa jenis air = 1.000 kg/m3 dan g = 10 m/s2). Jika tekanan totalnya 105 Pa maka hitunglah besar tekanan atmosfer pada permukaan kolam tersebut.Pembahasan :

Po = P - PH

= P - ( . g . h)

= 105 - (1000. 10. 1,5)

= 105 - 0,15. 105 = 8,5. 104 Pa

3. Suatu balok kayu dengan volume 27 cm3 dicelupkan ke dalam bejana berisi air. Jika sepertiga bagian balik kayu tersebut tercelup dalam air, hitunglah besar gaya apung balok tersebut. (air = 1.000 kg/m3 dan g = 10 m/s2)Pembahasan :

Vbenda = 27 cm3 = 2,7 . 10-5 m3Vfluida = . Vbenda = . 2,7 . 10-5 m3 = 0,9 . 10-5 m3FA = f . g . Vf = (1.000 kg/m3) . (10 m/s2) . (0,9 . 10-5 m3) = 9. 10-2 N

4. Sebuah kawat berbentuk huruf U dipasangi sebuah kawat kecil dengan panjang 6 cm. Jika kawat bentuk U tersebut dicelupkan ke dalam larutan sabun dan kemudian diangkat kembali, hitunglah besar tegangan permukaan lapisan tersebut jika gaya tegangan permukaannya adalah 0,024 N.Pembahasan :

l = 6 cm = 6 . 10-2 m F = 0,024 N

= = = = 0,2 N/mDAFTAR PUSTAKA

1. Bueche J. Frederick dan Drs. B. Darmawan M.Sc, Seri Buku Schaum: Teori dan Soal-Soal, Fisika Edisi Ketujuh. Erlangga 1985

2. Cipta Science Team: Rangkuman Fisika, Februari 1998

3. Chasanah Risdiyani, Abadi Rinawan, Isnaini Syafiah: Detik-Detik Ujian Nasional Fisika Program IPA. PT Intan Pariwara, Januari 2012

4. Drs. Joko Untoro dan Tim Guru Indonesia: Buku Pintar Pelajaran SMA IPA 6 in 1. PT. Wahyu Media. Jakarta 20105. Perpustakaancyber.blogspot.com, Maret 20136. Fisikastudycenter.com/fisika-XI-sma/377. www2.jogyabelajar.org/modul/adaptif/13_fluida_statis.pdf8. https://en.wikipedia.org/wiki/Fluid_statics`1310Fisika dan PraktikumPusat Bahan Ajar dan eLearning

Rini Anggraini, Ir.MMhttp://www.mercubuana.ac.id