BAB II. SIFAT – SIFAT ZAT CAIR

Puji Utomo, S.T., M.Eng

FLUIDA ?

• Zat yang bisa mengalir

• Partikel mudah bergerak

• Mudah mengikuti bentuk ruangan atau tempat yang membatasi

• Dalam bentuk zat cair atau gas

GAS vs CAIR

• Kedua zat ini tidak melawan perubahan bentuk

• Kedua zat ini tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser, yaitu gaya yang bekerja sejajar dengan permukaan lapisan – lapisan zat cair atau gas yang mencoba untuk menggeser lapisan – lapisan tersebut antara satu terhadap yang lain

GAS vs CAIR

• Zat cair mempunyai m.a bebas, dan massa zatcair hanya akan mengisi volume yang diperlukan dalam suatu ruangan. Gas tidakmempunyai permukaan bebas, dan massanyaakan mengisi seluruh ruangan.

• Zat cair merupakan zat yang praktis taktermampatkan. Gas adalah zat yang bisadimampatkan

SIFAT – SIFAT ZAT CAIR

1. Bila volume Bejana > Volume Zat Cair → ada m. Air bebas

2. Mempunyai r, γ, s

3. Incompressible

4. Mempunyai viskositas (kekentalan)

5. Mempunyai kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan

SIFAT 1. RAPAT MASSA

• Didefinisikan sebagai massa zat cair tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu.

• M adalah massa yang menempati volume V.

• Rapat massa air pada suhu 4oC dan tekanan atmosfer standard adalah 1000 kg/m3 (SI).

3m

kg

V

M==r

SIFAT 2. BERAT JENIS

• Didefinisikan sebagai berat benda tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu.

• Rapat massa air pada suhu 4oC dan tekanan atmosfer standard adalah 9,81 kN/m3 (SI).

3m

N

V

W

V

Mgg ==== r

SIFAT 3. RAPAT RELATIF

• Didefinisikan sebagai perbandingan antara rapat massa suatu zat dan rapat massa air pada 4oC dan tekanan atmosfer.

• Bilangan ini tidak berdimensi

air

cairzat

air

cairzatS

r

r==

PENGUKURAN ρ dan ϒ

a. PYCNOMETER

γ W2

W1,V

V

-=

12WWγ

PENGUKURAN ρ dan ϒ

Dapat dipergunakan bila salah satu zat cair sudah diketahui r

b. TABUNG U

r1

h1h2

12

r2=..?g.hP r=

Tekanan di 1 = Tekanan di 2

2

1

12 h

hr=r

PENGUKURAN ρ dan ϒ

c. HYDROMETER/AREOMETER

r2 > r1r1

• Volume yg tenggelam tergantung pada r cairan

• Dari pabrik → angka tertera (r)

PENGUKURAN ρ dan ϒ

SIFAT – SIFAT AIR

• Perubahan rapat massa dan berat jenis zat cair terhadap temperatur dan tekanan sering diabaikan.

Suatu tangki berisi zat cair dengan massa 1.200 kg dan volume 0,952 m3.

Hitung berat, rapat massa, berat jenis, dan rapat relatif zat cair.

Jawab :

SOAL 1

Jawab :

SOAL 2

Minyak mempunyai rapat relatif S = 0,7. Hitung berat jenis dan rapat massa.

SIFAT 4. KEMAMPATAN ZAT CAIR

• Didefinisikan sebagai perubahan (pengecilan) volume karena adanya perubahan (penambahan) tekanan.

• dp adalah perubahan tekanan dan dV adalah pengurangan volume dari volume awal V

V

dV

dpK -=

Modulus elastisitas air adalah K = 2,24 x 109 N/m2. Hitung perubahan volume

dari 1 m3 air bila terjadi pertambahan tekanan sebesar 20 bar

Jawab :

Akibat pertambahan tekanan→ terjadi pengurangan volume

SOAL 1

Jawab :

SOAL 2

Apabila modulus elastisitas air, K = 210.000 N/cm2.

• Berapa kenaikan tekanan yg diperlukan untuk mereduksi volume sebesar 2 %.

• Berapa perubahan rapat massa yang terjadi ?

Jawab :

SOAL 3

Tangki baja berbentuk silinder berisi minyak A dan air B. Di atas minyak terdapat udara,

dimana tekanannya bisa diubah-ubah. Pada tekanan atmosfir tinggi minyak A dan air B

diperlihatkan pada gambar. Apabila tekanan dinaikkan 1 Mpa, berapa penurunan

permukaan air & minyak, bila diketahui : K air = 2075 MN/m2; K minyak = 2050 MN/m2

dianggap tangki tidak berubah akibat tekanan.

0,3 m

A

B

0,2 m

0,5 m

0,8 m

Latihan : soal sama (serupa), hanya

saja tangka berbentuk

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

SIFAT 4. KEKENTALAN ZAT CAIR

• Sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak atau mengalir.

• Dengan μ adalah kekentalan dinamik (Nd/m2) dan τadalah tegangan geser (N/m2).

y

u2

u1 du y

x

y<<

t

Tegangan geser antara dua lapis zat cair adalah sebanding dengan gradien kecepatan dalam arah tegak lurus dengan gerak (du/dy)

dy

dut =

SIFAT 4. KEKENTALAN ZAT CAIR

t

du/dy

z.p

. ela

sti

s

z.c. ideal

Kekentalan Kinematik:Kekentalan absolut dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk:

dinyatakan dalam (m2/d)

r

=

PENGUKURAN VISKOSITAS

reservoir

cairan

penampung

Vol : Cte

Tutup dilepas→ diukur waktu t utk mengisi vol : cte

a,b→ ditentukan olehpabrik

1..

--= tbta

PENGUKURAN VISKOSITAS

Hitung viskositas kinemattik zat cair yang mempunyai rapat relatif 0,95 dan

viskositas dinamik 0,0011 N d/m2.

Jawab :

SOAL 1

SOAL 2

• Ukuran plat: 200 x 200 mm2; tebal: 1 mm

• Tentukan gaya agar plat bergerak dengan

kecepatan, U = 125 mm/dt

u

UF

21 mm

5 mm u y1

y2

µ = 1,12. 10-3 Ndt/m2

SOAL 3

oli

20°

Suatu benda dengan berat, W = 1 kN, dengan ukuran 200 mm x

200 mm,diluncurkan pada bidang miring (spt pada gambar)

yang dilapisi oli dengan tebal 0.005 mm. Hitung kecepatan

gerakan benda tersebut. Viskositas oli; µ = 7.10-3 N.s/m2

SIFAT 5. TEGANGAN PERMUKAAN

▪ Molekul - molekul zat cair saling tarik menarik secara setimbang

▪ Pada permukaan z.cair atau pada batas antara z. cair dan udara gaya tarik menarik (ke atas ke bawah) tidak setimbang, timbul suatu bentuk permukaan

▪ Kerja untuk melawan gaya tarik ke bawah dikenal teganganpermukaan

SIFAT 5. TEGANGAN PERMUKAAN

• Besarnya gaya tegangan permukaan adalah sangat kecil dibanding dengan gaya-gaya lain yang bekerja padazat cair, sehingga biasanya dapat diabaikan.

• Disebabkan oleh gaya kohesi dan adesi

SIFAT 6. KAPILARITAS

d

θh

d

θh

Kohesi < adesi

(basah)Kohesi > adesi

(tidak basah)

Air Air raksa

SIFAT 6. KAPILARITAS

θ h

s θ s

r

Keseimbangan gaya angkat oleh tegangan permukaan = gaya berat

➢ Untuk Tabung yg sangat bersih

=→

=→

140θraksaair

0θair

r.γ

θcosσ2h

.h .rπγ.h .A θcosσ.r .π.22

=

==

VolKeliling

Tabung gelas berdiameter 5 mm dimasukkan secara vertikal ke dalam air.

Hitung kenaikan kapiler apabila tegangan permukaan = 0,0736 N/m.

Tabung adalah bersih.

Jawab :

SOAL 1

s

Tabung gelas berdiameter 2 mm berisi air raksa dimasukkan ke dalam berisi

air raksa. Tegangan permukaan air raksa = 480 x 10-3 N/m dan sudut

kontak θ = 45o. Hitung penurunan permukaan air raksa dalam tabung. Rapat

relatif air raksa S = 13,6.

Jawab :

SOAL 2

s

SIFAT 7. TEKANAN UAP

• Penguapan karena molekul zat cair selalu bergerak

Air

• Penguapan >> molekul zat cair ke udara = molekul uap ke air →keseimbangan

• Tekanan pada molekul zat cair → tekanan uap jenuh

SIFAT 7. TEKANAN UAP