Bab 6 fluida statis dan dinamis

42
Penerbit Erlangga Penerbit Erlangga FLUIDA FLUIDA

Transcript of Bab 6 fluida statis dan dinamis

Page 1: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Penerbit ErlanggaPenerbit Erlangga

FLUIDAFLUIDA

Page 2: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Tujuan PembelajaranTujuan Pembelajaran

Menguasai hukum fluida statis dan fluida Menguasai hukum fluida statis dan fluida dinamis serta pemanfaatannya dalam dinamis serta pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari.kehidupan sehari-hari.

Page 3: Bab 6 fluida statis dan dinamis

OutlineOutline Tekanan HidrostatisTekanan Hidrostatis Hukum PascalHukum Pascal Hukum ArchimedesHukum Archimedes Aplikasi Hukum Pascal dan Tekanan Aplikasi Hukum Pascal dan Tekanan

HidrostatisHidrostatis Fluida DinamisFluida Dinamis Tegangan PermukaanTegangan Permukaan ViskositasViskositas

Page 4: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FLUIDAFLUIDA

STATIKDINAMIK

Fluida merupakan sesuatu yang dapat mengalir sehingga sering disebut sebagai zat alir. Fasa zat cair dan gas termasuk ke dalam jenis fluida

Page 5: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FENOMENA FLUIDAFENOMENA FLUIDA

Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih mudah diangkat dalam air ?lebih mudah diangkat dalam air ?

Mengapa balon gas bisa naik ke atas ?Mengapa balon gas bisa naik ke atas ? Mengapa telur bisa mengapung dalam air Mengapa telur bisa mengapung dalam air

garam sementara dalam air murni tenggelam?garam sementara dalam air murni tenggelam? Kenapa serangga kecil bisa bergerak di atas air Kenapa serangga kecil bisa bergerak di atas air

dan tidak tenggelam? dan tidak tenggelam?

Page 6: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FLUIDA STATIKFLUIDA STATIK

Fluida selalu mempunyai bentuk yang dapat Fluida selalu mempunyai bentuk yang dapat berubah secara kontinyu seperti wadahnya, berubah secara kontinyu seperti wadahnya, sebagai akibat gaya geser (tidak dapat sebagai akibat gaya geser (tidak dapat menahan gaya geser)menahan gaya geser)

Page 7: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FLUIDAFLUIDA

CAIR: Molekul-molekul terikat secara longgar

namun tetap berdekatan Tekanan yg terjadi karena ada gaya gravitasi

bumi yg bekerja padanya Tekanan terjadi secara tegak lurus pada

bidang

Page 8: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FLUIDAFLUIDA

GAS: Molekul bergerak bebas dan saling

bertumbukan Tekanan gas bersumber pada perubahan

momentum disebabkan tumbukan molekul gas pada dinding

Tekanan terjadi tidak tegak lurus pada bidang

Page 9: Bab 6 fluida statis dan dinamis

MASSA JENISMASSA JENIS

Kadang kalau kita perhatikan orang banyak mengatakan bahwa buah manggis lebih berat daripada kapas atau besi lebih berat daripada plastik. Hal ini tidak seluruhnya benar karena semua itu tergantung ukuran dari masing - masing benda.

Page 10: Bab 6 fluida statis dan dinamis

MASSA JENIS (lanjutMASSA JENIS (lanjutan...an...))

Suatu sifat penting dari zat adalah rasio massa Suatu sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadap volumenya yang dinamakan massa terhadap volumenya yang dinamakan massa jenisjenis

V

m

= Densitas / massa jenis (Kg/m= Densitas / massa jenis (Kg/m33))mm = Massa benda (Kg) = Massa benda (Kg)V V = Volume benda (m= Volume benda (m33))

Page 11: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Dalam dunia medis, satuan densitas lebih sering dinyatakan sebagai gr/cc (specific gravity / SG)

1 gr/cc = 1.000 kg/m3

Air pada suhu 4 oC memiliki densitas 1 SG

Page 12: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Contoh:

Beberapa ikan seberat 1 kg dimasukan dalam tabung (diameter 0,5 m) yang berisi air dengan ketinggian 1 m sehingga permukaan air meningkat 0,7 m. Berapakah massa jenis ikan-ikan tersebut?

Page 13: Bab 6 fluida statis dan dinamis

TEKANANTEKANAN

• Kenapa ayam sulit berjalan di tanah yang lembek sedangkan itik relatif lebih mudah?

• Kalau tangan kita ditekan oleh ujung pena yang bagian runcingnya terasa lebih sakit daripada oleh ujung yang bagian tumpulnya.

Page 14: Bab 6 fluida statis dan dinamis

TEKANAN (lanjutan….)TEKANAN (lanjutan….)

PressureF

PA

P = Tekanan (1 N/m2 = 1 Pa)

F = Gaya (N)

A = Luas penampang (m2)

PressureF

PA

mg Vg VP g gh

A A A

h

Page 15: Bab 6 fluida statis dan dinamis

BarometerBarometerAlat untuk mengukur tekanan udara menggunakan cairan Alat untuk mengukur tekanan udara menggunakan cairan

mercuri / Hg dengan massa jenis 13mercuri / Hg dengan massa jenis 13,,6 gr/cc6 gr/ccKetika mengukur di pantai, maka tinggi cairan barometer Ketika mengukur di pantai, maka tinggi cairan barometer

adalah 76 cm dengan percepatan gravitasi 9adalah 76 cm dengan percepatan gravitasi 9,,8 m/s8 m/s22

PP = = g h g h = 13= 13..600 kg/m600 kg/m33 x 9 x 9,,8 m/s8 m/s22 x 0 x 0,,76 m76 m P = 101P = 101,,3 kPa = 1 Atm3 kPa = 1 Atm

TEKANAN (lanjutan….)TEKANAN (lanjutan….)

P = P atmosphere + P gauge

1 Atm = 101,3 kPa = 76 cmHg = 760 Torr

Page 16: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Contoh:

Hitunglah tekanan total yang dialami sebuah benda yang tercelup dalam sumur pada ke dalaman 10 m dari permukaan air sumur. Jika percepatan gravitasi di daerah itu adalah sebesar 10 m/s2

Berapa tekanan yang dialami penyelam yang berada pada posisi 100 m di atas dasar laut ? (kedalaman laut = 1 km dan massa jenis air laut = 1,025103 kg/m3)

Page 17: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PRINSIP PASCAL

Tekanan yang diberikan pada suatu Tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup akan diteruskan cairan yang tertutup akan diteruskan tanpa berkurang ke segala titik dalam tanpa berkurang ke segala titik dalam fluida dan ke dinding bejana (Blaise fluida dan ke dinding bejana (Blaise Pascal 1623-1662)Pascal 1623-1662)

Tekanan adalah sama di setiap titik Tekanan adalah sama di setiap titik pada kedalaman yang samapada kedalaman yang sama

Page 18: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PRINSIP PASCAL (lanjutan…)

2

2

1

1

21

A

F

A

F

PP

F 1 F 2

Page 19: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PRINSIP PASCAL (lanjutan...)

Paradoks hidrostatik

A1 F1

A2 F2

Dongkrak Hidrolik

Aplikasi dalam kehidupan sehari-hariAplikasi dalam kehidupan sehari-hari

Page 20: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Contoh:Contoh:

Sebuah pipa berbentuk u yang memiliki luas penampang kakinya berbeda digunakan untuk mengangkat beban. Berapakah beban maksimum yang dapat diangkat olehnya jika luas penampang yang kecil, A = 1 m2, diberikan gaya 104 N dengan luas penampang yang besar adalah 5 m2?

Page 21: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PRINSIP ARCHIMEDESPRINSIP ARCHIMEDES Kenapa kayu-kayu yang besar Kenapa kayu-kayu yang besar

dan banyak lebih mudah dan banyak lebih mudah diangkat dalam air?diangkat dalam air?

Mengapa balon gas He bisa naik Mengapa balon gas He bisa naik ke atas?ke atas?

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan berat fluida yang dipindahkan

Page 22: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FENOMENA ARCHIMEDESFENOMENA ARCHIMEDESOrang yang terapung Orang yang terapung dengan bantuan perahu dengan bantuan perahu karetkaret

Seseorang yang terapung Seseorang yang terapung di laut yang kadar di laut yang kadar

garamnya tinggi sekaligaramnya tinggi sekali

Page 23: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FENOMENA ARCHIMEDESFENOMENA ARCHIMEDES

h 2

h 1 F 1

F 2

A

Gaya Buoyant = Fb

gVF

gAhF

hhgAF

FFF

fb

fb

fb

b

)( 12

12

Prinsip Archimedes: Gaya Buoyant dari benda dalam fluida adalah sama dengan berat dari fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut

Page 24: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PRINSIP ARCHIMEDESPRINSIP ARCHIMEDES (lanjut(lanjutanan…)…)

FFaa = = WW (fluida yang dipindahkan) (fluida yang dipindahkan) FFaa = = m gm g FFaa = = V g V g

Tenggelam Terapung Melayang

Page 25: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PRINSIP ARCHIMEDESPRINSIP ARCHIMEDES (lanjut(lanjutanan…)…)

Apa syarat terjadinya benda terapung, Apa syarat terjadinya benda terapung, melayang, dan tenggelam ?melayang, dan tenggelam ?

Semua berdasarkan resultan gaya arah Semua berdasarkan resultan gaya arah vertikal dengan melihat komponen gaya vertikal dengan melihat komponen gaya gravitasi dan archimedesgravitasi dan archimedes

W

Fa

W

Fa

W

Fa

Page 26: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Contoh kasus:Contoh kasus:Archimedes diminta untuk mencari tahu apakah mahkota raja yang baru dibuat benar-benar terbuat dari emas ataukah bukan ? Emas memiliki specific gravity 19.3. massa mahkota tersebut 14.7 kg ketika di udara dan 13.4 kg ketika berada di dalam air. Apakah mahkota tersebut terbuat dari emas murni ?

Page 27: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Jawab:Jawab:Fb = Berat benda di udara – berat benda dalam air

Fb = W – W’ = f g V

W / Fb = b g V / f g V

W / Fb = b / f

14.7 / 1.3 = b / 1 gr/cc

b = 11.3 SG

Berarti mahkota tersebut bukan terbuat dari emas.

Page 28: Bab 6 fluida statis dan dinamis

TEGANGAN PERMUKAAN Timbul karena gaya tarik-menarik molekul-

molekul zat cair yang sejajar permukaan

F

L

F =

Page 29: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FENOMENA TEGANGAN PERMUKAAN

2 r cos = W

r r

w

2 r

gr

cos 2 h

Page 30: Bab 6 fluida statis dan dinamis

FLUIDA BERGERAK

Page 31: Bab 6 fluida statis dan dinamis

KARAKTERISTIK ALIRAN Laminer ~ Laminer ~ V rendah Turbulen ~ Turbulen ~ V tinggi

Permukaan lautPermukaan laut Pada kedalaman tertentuPada kedalaman tertentu

Page 32: Bab 6 fluida statis dan dinamis

HYDRODINAMIKHYDRODINAMIKSyarat fluida ideal (Bernoulli):

1. Zat cair tanpa adanya geseran dalam (cairan tidak viskous)

2. Zat cair mengalir secara stasioner (tidak berubah) dalam hal kecepatan, arah maupun besarnya (selalu konstan)

3. Zat cair mengalir secara steady yaitu melalui lintasan tertentu

4. Zat cair tidak termampatkan (incompressible) dan mengalir sejumlah cairan yang sama besarnya (kontinuitas)

Page 33: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Kenapa kapal terbang yang Kenapa kapal terbang yang berat bisa terbang di udara ?berat bisa terbang di udara ?

Kenapa perahu layar Kenapa perahu layar bisa mudah berbelok bisa mudah berbelok ??

Ada daya angkat dari fluidaAda daya angkat dari fluida

Page 34: Bab 6 fluida statis dan dinamis

KONTINUITAS

AA1 1 11 = A = A22 22

Kecepatan darah melalui pembuluh aorta berjari-jari 1 cm adalah 30 cm/s. Hitunglah kecepatan rata-rata darah tersebut ketika melalui pembuluh kapiler yang masing-masing berjari-jari 4 x 10-4 cm dan luas permukaan total 2000 cm2.

V1

A1

V2

A2

Page 35: Bab 6 fluida statis dan dinamis

PERSAMAAN BERNOULLIPERSAMAAN BERNOULLI

Kecepatan rendah tekanan tinggi

Kecepatan tinggi tekanan rendah

kenapa Selembar kain tipis ditiup dari bagian atasnya, ternyata kain tersebut naik ke atas?

Page 36: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Berdasar konsep kerja – energiBerdasar konsep kerja – energi

P + ½v2 + gh = konstan

P1 + ½v12 + gh1 =P2 + ½v2

2 + gh2

Page 37: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Contoh:Contoh:

Air dipompa dengan kecepatan 0,5 m/s melalui pipa berdiameter 4 cm di lantai dasar dengan tekanan 3 atm. Berapakah kecepatan dan tekanan air di dalam pipa berdiameter 2,6 cm di lantai atas yang tingginya 5 m?

Page 38: Bab 6 fluida statis dan dinamis

ALIRAN VISKOS

Kenapa aliran sungai Kenapa aliran sungai terdapat perbedaan terdapat perbedaan kecepatan aliran pada titik kecepatan aliran pada titik tengah dengan pinggir tengah dengan pinggir sungai ?sungai ?

Adanya gaya gesek antara Adanya gaya gesek antara fluida dan dinding fluida dan dinding

Fluida ideal

Fluida real

Page 39: Bab 6 fluida statis dan dinamis

VISKOSITASVISKOSITAS

P1 P2 L

Debit alir ( volum per detik)

Page 40: Bab 6 fluida statis dan dinamis

VISKOSITASVISKOSITAS

Debit aliran fluida dipengaruhi oleh tahanan yang tergantung pada:•Panjang pembuluh•Diameter pembuluh•Viskous / kekentalan zat cair (pada darah normal kekentalan 3.5 kali air)•Tekanan

L

PPr

t

V

8

)( 214

= Viskousitas = 10-3 Pa (air) = 3 – 4 .10-3 Pa (darah)

r = jari-jari pembuluh, L = Panjang

P = Tekanan, V = Volume, t = Waktu

Mengapa aliran darah penderita anemia sangat cepat??

Page 41: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Contoh: Contoh:

Oli mesin dengan viskositas 0,2 N.s/m2 dilewatkan pada sebuah pipa berdiameter 1,8 mm dengan panjang 5,5 cm. Hitunglah beda tekanan yang diperlukan untuk menjaga agar laju alirannya 5,6 mL/menit!

Page 42: Bab 6 fluida statis dan dinamis

Terima KasihTerima Kasih