FASA BENDA, DEFINISI FLUIDA, MASSA JENIS,

TEKANAN, HUKUM PASCAL, GAYA APUNG

(HUKUM ARCHIMEDES)

A. Fase pada Benda

• Ada tiga (3) fase atau keadaan dari benda : padat, cair dan gas.

• Zat padat : fase dimana benda mempertahankan bentuk dan ukurannya, walaupun ada sejumlah gaya yang besar bekerja pada benda tersebut, bentuk dan volume benda tidak akan berubah.

• Zat cair : fase dimana benda tidak dapat mempertahankan bentuk tetapnya tapi bergantung pada medium yang ditempatinya. Zat cair tidak dapat dikompres dan volumenya hanya dapat berubah jika diberikan gaya yang besar.

• Gas : tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap.

• Karena zat cair dan gas tidak dapat mempertahankan bentuk yang tetap, maka memiliki kemampuan untuk mengalir, sehingga zat cair dan gas disebut FLUIDA (Zat alir).

FASE LAIN :

Plasma : fase benda yang terjadi pada temperatur yang sangat tinggi dan terdiri dari atom-atom yang terionisasi (elektron-elektron terlepas dari inti atomnya).

Koloid : suspensi dari partikel-partikel kecil didalam zat cair.

Kristal cair : suatu fase diantara zat padat dan zat cair.

FLUIDA = zat alir

Zat cair GAS

- Molekul terikat secara longgar tapi berdekatan-Tekanan yang terjadi karena gaya gravitasi bumi-Tekanan terjadi tegak lurus bidang

-Molekul bergerak bebas dan saling bertumbukan-Tekanan akibat tumbukan antar molekul-Tekanan terjadi tidak tegak lurus bidang

Besaran untuk mengungkapkan massa dalam suatu volume tertentu lebih umum digunakan densitas atau massa jenis :

Dimana m = massa benda, dan V adalah volume benda.

Massa jenis merupakan karakteristik dari zat (substansi) murni. Contoh emas murni dapat memiliki ukuran dan massa yang berbeda, namun massa jenisnya sama (tetap).

B. Densitas atau Massa Jenis

]/[ 3mkgV

m

Tekanan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas :

Satuan lain dari tekanan adalah Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2.

Fluida dapat memberikan gaya pada suatu benda/objek dari semua arah.

C. Tekanan

][N/mA

FP 2

Jika benda memiliki luas permukaan A dan tinggi h, maka tekanan pada benda yang diberikan oleh fluida :

ghPA

Ahg

A

Vg

A

mg

A

FP

Fluida 8

Massa elemen kecil dari volume fluida = ρAdy ; Berat elemen B = ρgAdy (Berat mobil diabaikan)Kesetimbangan gaya arah vertikal

(p+dp)A

pA

A dy

dB)(

)(

)(

1212

2

1

2

1

yygpp

dygdp

gdydp

gAdyAdpp

dBAdpppA

y

y

p

p

Tekanan pada fluida hanya bergantung kedalaman, tidak bergantung pada luas permukaan fluida.

Tekanan Atmosfer(P0)

Tekanan atmosfer bumi bergantung pada ketinggian/kedalaman seperti halnya pada fluida.

Namun tekanan atmosfer sangat kompleks, karena bukan hanya massa jenisnya yang bervariasi bergantung pada posisinya tapi juga karena kita bisa mengukur tekanan atmosfir pada ketinggian yang berbeda.

Secara umum, tekanan atmosfer dapat diukur dari perbedaan tekanan pada posisi yang berbeda. hgP Pada permukaan laut, tekanan atmosfir rata-rata adalah 1,013 x 105

N/m2 (sering disebut dengan tekanan atmosfir).

1 atm = 1,013 x 105 N/m2 = 101,3 Pa

1 bar = 1,00 x 105 N/m2

Jika diambil referensi bahwa p2 adalah tekanan atmosfir (p0) dan y2-y1=h maka tekanan pada y1 (p) adalah

ghpp

ghpp

0

0

KasusBagaimanakah bentuk kurva tekanan terhadap kedalaman didalam laut, bandingkan dengan bentuk kurva tekanan terhadap ketinggian diudara.

Di laut

konstan gdy

dp

h

p

Di Udara

)( , )exp(

ln

0

00

0

0

00

0

00

pgaaypp

yp

g

p

pdy

p

g

p

dp

p

pgg

dy

dp

Jika g=9.8 m/s2, 0=1.20 kg/m2 (pada suhu 20o C), p0=1.01x105 N/m2 maka nilai a=0.116 km-1

h

p

Mengapa tubuh kita mampu menahan tekanan atmosfir yang sangat besar ?

Karena sel-sel dalam tubuh kita akan mempertahankan tekanan internalnya yang besarnya hampir sama dengan tekanan luar (tekanan dari atmosfir).

Kasusnya sama dengan tekanan didalam balon udara yang hampir sama dengan tekanan dari luar.

Kalau tekanan sel-sel dalam tubuh kita tidak sama, bagaimana ?

Fluida 13

• PARADOKS HIDROSTATIS

• PA = PB = PC = PD = PE

• HUKUM UTAMA HIDROSTATIKA• Jika tekanan yang sama diatas masing-masing bejana maka

gaya yang dialami oleh alas masing-masing bejana adalah sama.

• Mengapa jika tiap bejana ditimbang dalam neraca beratnya berbeda?

A B C D E

• Tekanan yang dialami oleh benda yang berada didalam fluida, adalah tekanan dari fluida ditambah dengan tekanan atmosfir.

• Contoh : tekanan yang dialami seseorang yang menyelam di danau dengan kedalaman 100 meter akan mengalami tekanan sebesar P = gh = 9,8 x 105 N/m2 atau 9,7 atm. Jika danau tersebut berada sejajar dengan permukaan laut, maka tekanan total yang dialami orang tadi menjadi 9,7 atm + 1 atm = 10,7 atm.

• Jika tekanan luar diberikan pada suatu fluida, maka tekanan pada setiap titik di dalam fluida akan meningkat sebesar tekanan luar (Hukum Pascal).

D. Hukum Pascal

Fin

Fout

in

out

in

out

in

in

out

outinout A

A

F

F

A

F

A

FPP , ,

Rasio Fout/Fin disebut keuntungan mekanik dari sistem hidrolik

Bagaimana cara mengukur tekanan ?• Cara paling sederhana mengukur tekanan adalah manometer, yaitu

tabung berbentuk U yang diisi sebagian oleh zat cair, umumnya air raksa (Hg) atau air H2O.

P0 P

h

Tekanan yang diukur P berkaitan dengan perbedaan ketinggian h dari zat cair :

hgPP 0

P0 adalah tekanan atmosfir.

Seringkali tekanan diukur menggunakan satuan mm-Hg atau mm-H2O dengan konversi :

1 mm-Hg = 133 N/m2 (1 torr)

1 mmH2O = 9,81 N/m2

GAYA APUNG DAN HUKUM ARCHIMEDES

Suatu benda yang berada di dalam zat cair “terlihat” lebih ringan dibandingkan jika berada di luar zat cair.

Ini diakibatkan oleh gaya apung (bouyancy), yaitu karena adanya tekanan pada benda oleh zat cair/fluida yang semakin besar jika semakin dalam.

F1

F2

h1h2

h=h2-h1

A

F

Gaya dari atas benda, F1 :

AghAPF F 111 Gaya dari bawah benda, F2 :

AghAPF F 222

Maka gaya apung yang bekerja pada benda :

gm

gVhgA

hhgAFFF

F

FF

FB

1212

Gaya apung pada suatu benda didalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut (Hukum Archimedes)

KESETIMBANGAN PADA BENDA/OBJEK YANG MENGAPUNG

gVmg 00

gVF displaceFB

F = massa jenis fluida

Vdisplace = volume fluida yang dipindahkan oleh benda

V0 = volume benda

0 = massa jenis benda

Jika FB = mg maka benda akan mengapung

Jika FB < mg maka benda akan tenggelam

F

displace

displaceF

V

V

gVgV

0

0

00