Fisika

• Zat Padat dan Fluida Kerapatan dan Tekanan Gaya Apung Prinsip Archimedes Gerak Fluida

Topik hari ini:Topik hari ini:

Zat Padat dan Fluida

Pertanyaan

Apa itu fluida?

1. Cairan2. Gas3. Sesuatu yang dapat mengalir4. Sesuatu yang dapat berubah mengikuti bentuk wadah

Keadaan Bahan: Transisi Fasa

ESES AIRAIR UAPUAP

Tambah panas

Tambah panas

Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan yang lain)

Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan yang lain)

Tambah panas

Tambah panas

Keadaan Bahan

• Padat

• Cair

• Gas

• Plasma

Keadaan Bahan

• Padat Volume tetapVolume tetap

Bentuk tetapBentuk tetap

Molekul-molekulnya Molekul-molekulnya berada pada posisi berada pada posisi yang tetap karena gaya yang tetap karena gaya listrik dan bergetar listrik dan bergetar terhadap posisi terhadap posisi kesetimbangankesetimbangan

Dapat dimodelkan Dapat dimodelkan sebagai pegas-pegas sebagai pegas-pegas yang menghubungkan yang menghubungkan tiap molekultiap molekul

Keadaan Bahan• Padat

Padat KristalPadat Kristal Atom-atomnya Atom-atomnya

memiliki struktur memiliki struktur yang teratur yang teratur

Contoh pada garam Contoh pada garam (bola merah adalah (bola merah adalah ion Naion Na++ , bola biru , bola biru adalah ion Cladalah ion Cl--))

Padat AmorfPadat Amorf

Atom-atomnya tidak Atom-atomnya tidak teraturteratur

Contoh pada kacaContoh pada kaca

Keadaan Bahan

• Cair Volumenya tetapVolumenya tetap

Bentuk tidak tetapBentuk tidak tetap

Ada pada temperatur Ada pada temperatur yang lebih tinggi yang lebih tinggi dibanding padatdibanding padat

Molekul-molekul bergerak Molekul-molekul bergerak secara acaksecara acak

Gaya antar molekul Gaya antar molekul tidak cukup kuat untuk tidak cukup kuat untuk menjaga molekul tetap menjaga molekul tetap pada posisinyapada posisinya

Keadaan Bahan

• Gas

Volume tidak tetapVolume tidak tetap

Bentuk tidak tetapBentuk tidak tetap

Molekul-molekulnya bergerak Molekul-molekulnya bergerak acakacak

Molekul-molekulnya hanya Molekul-molekulnya hanya memberikan gaya lemah pada memberikan gaya lemah pada molekul yang lainmolekul yang lain

Jarak rata-rata antar molekul Jarak rata-rata antar molekul lebih besar dibanding ukuran lebih besar dibanding ukuran molekulmolekul

Keadaan Bahan

• Plasma

Bahan dipanaskan sampai Bahan dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggitemperatur yang sangat tinggi

Banyak elektron menjadi bebas Banyak elektron menjadi bebas dari intidari inti

Menghasilkan kumpulan-Menghasilkan kumpulan-kumpulan bebas, ion bermuatan kumpulan bebas, ion bermuatan secara listriksecara listrik

Plasma terdapat dalam bintang-Plasma terdapat dalam bintang-bintang, reaktor eksperimen atau bintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensibola lampu cahaya fluoresensi

Apakah ada konsep yang dapat membedakan keadaan-keadaan bahan tersebut?

Kerapatan• Kerapatan bahan yang komposisinya uniform didefinisikan

sebagai massa bahan per satuan volume:

Contoh:

• Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidak berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan

• Kerapatan dari gas berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan

V

m

Satuan

SI kg/m3

CGS g/cm3 (1 g/cm3=1000 kg/m3 )

3kubus

2silinder

3bola

aV

hRV

R3

4V

Tekanan

• Tekanan dari fluida adalah perbandingan dari gaya yang diberikan oleh fluida pada benda terhadap luas benda yang dikenai gaya

A

FP

Satuan

SI Pascal (Pa=N/m2)

Tekanan dan Kedalaman

• Jika sebuah fluida dalam keadaan diam pada wadah, semua bagian fluida haruslah dalam keadaan kesetimbangan statis

• Semua titik pada kedalaman yang sama haruslah berada dalam tekanan yang sama (kecuali jika fluida tidak dalam kesetimbangan)

• Tiga gaya eksternal bekerja pada bagian benda seluas A

Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)

AghρAPPA:jadiAh,ρVρM:tapi

0,APMgPA0F

0

0

ghPP 0

Tes Konsep 1

Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil:

a. 1-2-3b. 2-1-3c. 3-2-1d. sama pada ketiganya

10 cm

1 2 3Jawab d

Tekanan dan Persamaan Kedalaman

• Po adalah tekanan atmosfir normal– 1.013 x 105 Pa = 14.7

lb/in2

• Tekanan tidak bergantung pada bentuk wadah

ghPP o

Satuan tekanan yang lain: Satuan tekanan yang lain:

76.0 cm dari 76.0 cm dari raksaraksa

Satu atmosfir 1 atm =Satu atmosfir 1 atm = 1.013 x 1.013 x 101055 Pa Pa

14.7 lb/in14.7 lb/in22

Prinsip Paskal

• Tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.

• Dongkrak hidrolik adalah aplikasi yang penting dari Prinsip Paskal

• Juga digunakan dalam rem hidrolik, pengangkat mobil dll.

2

2

1

1

A

F

A

FP

Karena Karena AA22>A>A11, maka , maka FF22>F>F11 !!!!!!

Pengukuran Tekanan

• Pegas dikalibrasi dengan gaya yang diketahui

• Gaya yang dikerjakan fluida pada piston dapat diukur

Salah satu ujung tabung Salah satu ujung tabung U terbuka ke atmosferU terbuka ke atmosfer

Ujung yang lain Ujung yang lain dihubungkan dengan dihubungkan dengan tekanan yang akan di tekanan yang akan di ukurukur

Tekanan pada B adalah Tekanan pada B adalah PPoo+ρgh+ρgh

Tabung tertutup Tabung tertutup panjang diisi dengan panjang diisi dengan raksa dan dibalikan raksa dan dibalikan posisinya dalam posisinya dalam bejana berisi rakasa bejana berisi rakasa jugajuga

Tekana atmosfer Tekana atmosfer terukur adalah ρghterukur adalah ρgh

Tekanan Darah

sphygmomanometer

Pertanyaan

Andaikan anda menempatkan sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda?

a. Sama.b. Tekanan di atas lebih besar.c. Tekanan di bawah lebih besar.

Gaya ApungGaya Apung

Berapa besarnya gaya ini?Berapa besarnya gaya ini?

P1A

P2A

mg

!

:,

,

gVghAAPghPB

makaghPP

:engandAPPBF

fluidafluida11

12

12

Gaya Apung (lanjutan)

• Besarnya gaya apung selalu sama dengan berat fluida yang dipindahkan

• Gaya apung adalah sama untuk benda yang ukuran, bentuk, dan kerapatannya sama

• Gaya apung adalah gaya yang dikerjakan oleh fluida• Sebuah benda tenggelam atau mengapung

bergantung pada hubungan antara gaya apung dan gaya berat

fluidafluida wVgB

Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan

Gaya ini disebut gaya apung.gaya apung.Penyebab fisis: Penyebab fisis: perbedaan tekanan antara bagian perbedaan tekanan antara bagian atas dan atas dan

bagian bawah bendabagian bawah benda

Prinsip Archimedes:Benda Terendam

• Gaya apung ke atas adalah B=ρfluidagVbenda

• Gaya gravitasi ke bawah adalah w=mg=ρbendagVbenda

• Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda

Benda akan Benda akan mengapungmengapung atau atau tenggelamtenggelam, , bergatung pada arah bergatung pada arah gaya netogaya neto

• Kerapatan benda lebih kecil dari fluida ρbenda<ρfluida

• Benda mengalami gaya neto ke atas

Gaya netoGaya neto adalah adalah B-w=(ρB-w=(ρfluidafluida--ρρbendabenda)gV)gVbendabenda

Kerapatan benda Kerapatan benda lebih lebih besar besar dari fluida dari fluida ρρbendabenda>>ρρfluidafluida

Gaya neto Gaya neto ke bawahke bawah, , sehingga percepatan sehingga percepatan benda ke bawahbenda ke bawah

Prinsip Archimedes: Benda Mengapung

• Benda dalam kesetimbangan statis• Gaya apung ke atas diseimbangkan

oleh gaya gravitasi ke bawah• Volume fluida yang dipindahkan

sama dengan volume benda yang tercelup dalam fluida

benda

fluida

fluida

benda

V

V

ataugVgV:mgBJika bendabendafluidafluida ,

Pertanyaan 1

Andaikan anda punya sepotong baja. Akankah baja ini mengapung di atas air? Mengapa?

Pertanyaan 2

Bagaimana sebuah kapal yang terbuat dari baja dapat mengapung?

Tes Konsep 2

Dua gelas identik diisi air dengan ketinggian permukaan yang sama. Dalam salah satu gelas terdapat sepotong es yang mengapung. Gelas mana yang lebih berat bila ditimbang?

a. Gelas tanpa ice cubes.b. Gelas dengan ice cubes.c. Beratnya sama.

Tes Konsep 3

Dua gelas identik diisi air dengan ketinggian permukaan yang sama. Dalam salah satu gelas terdapat sepotong es yang mengapung. Ketika es mencair, gelas mana yang permukaan airnya lebih tinggi?

a. Gelas tanpa es.b. Gelas dengan es.c. Ketinggian airnya sama.

Gerak Fluida: Aliran Streamline

• Aliran Streamline– Setiap partikel yang melewati sebuah titik

bergerak tepat sepanjang lintasan yang diikuti oleh partikel-partikel lain yang melewati titik sebelumnya

– di sebut juga aliran laminar

• Streamline adalah lintasan– streamline yang berbeda tidak saling memotong– streamline pada suatu titik menyatakan juga arah

aliran fluida pada titik tersebut

Gerak Fluida: Aliran Turbulen

• Aliran menjadi tak tentu– Tidak mencapai sebuah nilai kecepatan

tertentu– Muncul keadaan yang menyebabkan

perubahan kecepatan secara tiba-tiba

• Arus Eddy (arus pusar) merupakan sifat dari aliran turbulen

Aliran Fluida: Viskositas

• Viskositas adalah kadar gesekan internal dalam fluida

• Gesekan internal diasosiasikan dengan resistansi (hambatan) antara dua lapisan fluida yang bergerak relatif satu terhadap yang lain

Sifat Fluida Ideal

• Nonviskos– Tidak ada gesekan internal antar lapisan dalam fluida

• Incompressible– Kerapatannya konstan

• Steady– Kecepatan, kerapatan dan tekanan tidak berubah

terhadap waktu

• Bergerak tanpa adanya turbulen– Tidak ada arus eddy yang muncul

Persamaan Kontinuitas

• A1v1 = A2v2

• Perkalian antara luas penampang pipa dengan laju fluida adalah konstan– Laju fluida tinggi ketika

fluida di pipa yang luas penampangnya sempit dan laju fluida rendah ketika fluida di tempat yang luas penampangnya besar

• Av dinamakan laju alir

Persamaan Bernoulli• Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan

ketinggian• Persamaan Bernoulli adalah konsekuensi dari

kekekalan energi yang diaplikasikan pada fluida ideal• Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan

mengalir tanpa turbulen• Menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik

per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume mempunyai nilai yang sama pada semua titik sepanjang streamline

tetap gyv2

1P 2

Bagaimana mengukur laju aliran fluida: Venturi Meter

• Menunjukan aliran fluida yang melalui pipa horisontal

• Laju aliran fluida berubah jika diametrnya berubah

• Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat