Staf Pengajar Fisika

FLUIDA

Fluida merupakan sesuatu yang dapatmengalir sehingga sering disebut sebagaizat alir. Fasa zat cair dan gas termasuk kedalam jenis fluida

STATIKDINAMIK

FENOMENA FLUIDA

Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebihmudah diangkat dalam air ?Mengapa balon gas bisa naik ke atas ?

Mengapa telur bisa mengapung dalam air garamsementara dalam air murni tenggelam?Kenapa serangga kecil bisa bergerak diatas airdan tidak tenggelam?Bagaimana pesawat yang massanya besar dapatterbang?

Tujuan Instruksional

Menentukan besaran-besaran yang terkaitdengan fluida diam dan fluida bergerakmenggunakan formulasi sederhana yangsudah dikenal di tingkat SLTA dansebelumnya

FLUIDA STATIK

fluida selalu mempunyai bentuk yangdapat berubah secara kontinyu mengikutibentuk wadahnya karena fluida tidakdapat menahan gaya geser

Massa jenis

Suatu sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadapvolumenya yang dinamakan massa jenis

Beberapa buah batu bermassa total 3kg kg dimasukkandalam bejana (luas penampang 0.025 m2) yang berisi airdengan ketinggian permukaan air mula-mula 0,5 m,sehingga tinggi permukaan air meningkat 0.06 m.Berapakah massa jenis batu-batu tersebut?

m

Vρ =

TEKANAN

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

• kalau tangan kita ditekan oleh ujung penayang bagian runcingnya terasa lebih sakitdaripada oleh ujung yang bagian tumpulnya.

F

Ap

Tekanan didefinisikan sebagaigaya normal persatuan luaspermukaan

TEKANAN UDARA

Suatu permukaan di udara akan mendapatkan tekananudara akibat adanya gaya tumbukan molekul-molekuludara pada permukaan tersebutTekanan udara di permukaan laut adalah sekitar 1 atm= 101 kN/m2 = 101 kPaContoh:

seorang turis sedang berbaring tertelungkup di tepi pantai.Hitunglah gaya yang diberikan molekul-molekul udara padapermukaan punggung turis tersebut dengan mengganggap luaspermukaan punggung sebesar 0.2 m2.

Jawab: F = pA = (101 kPa)(0.2 m2)=20.2 kN

(luar biasa!!! Ini sama dengan membebani punggung orangtersebut dengan beban sebesar kira-kira 2 ton!!) Bagaimana diadapat menahan beban sebesar itu?

TEKANAN DALAM ZAT CAIR

P = Po +ρhg

P0

P

h

Contoh

Hitunglah tekanan total yang dialamisebuah benda yang tercelup dalam sumurpada ke dalaman 10 m dari permukaan airsumur. Jika percepatan gravitasi di daerahitu adalah sebesar10 m/s2

Berapa tekanan yang dialami penyelamyang berada pada posisi 100 m di atasdasar laut ? ( kedalaman laut =1 km.massa jenis air laut : 1,025 103kg/m3)?

Prinsip Pascal

Tekanan yang diberikan pada suatu cairanyang tertutup akan diteruskan tanpa berkurangke segala titik dalam fluida dan ke dindingbejana (Blaise Pascal 1623-1662)Tekanan adalah sama di setiap titik padakedalaman yang sama

A1

F1

A2

F2

Dongkrak Hidrolik

Paradoks hidrostatik

Contoh

Sebuah pipa berbentuk u yang memiliki luaspenampang kakinya berbeda digunakanuntuk mengangkat beban. Berapakah bebanmaksimum yang dapat diangkat olehnya jikaluas penampang yang kecil, A = 1 m2,diberikan gaya 104 N dengan luaspenampang yang besar adalah 5 m2?

Although he lived more than 2,000years ago, Archimedes, a Greekphilosopher and mathematician (287-212 B.C.) is still regarded as one of thegreatest physical scientists of all time.Perhaps you have heard the story of theKing's crown. It is told that, whiletalking a bath, he discovered a methodfor figuring out whether the crown hadbeen made of pure gold or a cheapermetal. Archimedes was so excitedabout his discovery, he ran straightfrom the tub through the streetsshouting, "Eureka!" We now call hisdiscovery Archimedes' Principle, whichstates that an object placed in a fluid isbuoyed upward by a force equal inweight to the fluid displaced (pushedout of the way) by the object

PRINSIP ARCHIMEDES

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnyaatau sebagian dalam suatu fluida akanmendapatkan gaya angkat ke atas yangsama besar dengan berat fluida yangdipindahkan

Fa = ρVg

Fa = gaya apung

ρ= rapat massa fluida

V = volume fluida yang dipindahkan,volume bagian benda yang tercelup

G = percepatan gravitasi

PRINSIP ARCHIMEDES( lanjut…)

Tenggelam Terapung Melayang

Apa syarat benda tenggelam, terapung ataumelayang dalam fluida?

Fenomena Archimedes

Anak yang terapungdengan bantuan perahuringan

Anak yang terapung di lautyang kadar garamnya

tinggi sekali

Contoh

Sebuah kayu papan kayu ( dengan luaspenampang 40 cm2 dan panjang 2,5 m )tercelup ¾ bagiannya dalam air. Hitunggaya apung yang dialami oleh kayutersebut?Sekeranjang buah mangga bermassa 15kg, bila ditimbang dalam air angka yangterbaca pada timbangan adalah 5 kg.Berapakah massa jenis mangga tersebut (abaikan massa wadahnya) ?

Fenomena Fulida Diam Lainnya:Tegangan Permukaan dan

Kapilaritas

rr

w

2r

FLUIDA BERGERAK

Karakteristik Aliran

Laminer ~ kecepatan aliran rendahTurbulen ~ kecepatan aliran tinggi

Permukaan laut Pada kedalaman tertentu

Kontinuitas

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

v1

v2

A1

A2

A1 v1 = A2 v2

Persamaan Bernoulli

Kecepatan rendah →tekanan tinggi

Kecepatan tinggi →tekanan rendah

kenapa Selembar kaintipis ditiup dari bagianatasnya, ternyata kaintersebut naik ke atas?

Berdasar konsep kerja – energi

P + ½ρv2 + ρgh = konstan

P1 + ½ρv12 + ρgh1 =P2 + ½ρv22 + ρgh2

v1

v2

P2

P1

h1

h2

Persamaan Bernoulli (lanjutan)

Air dipompa dengan kecepatan 0,5 m/s melalui pipadengan luas penampang 4 cm di lantai dasar dengantekanan 3 atm. Berapakah kecepatan dan tekanan air didalam pipa berdiameter 2 cm di lantai atas yangtingginya 5 m ?

Aliran Viskos

Kenapa aliran sungaiterdapat perbedaankecepatan aliran pada titiktengah dengan pinggirsungai ?Adanya gaya gesek antarafluida dan dindingDengan adanya gayagesekan ini maka persamaanBernoulli perlu direvisi (tidakdibahas di sini)

Fluida ideal

Fluida real

Penutup

Kita telah membahas fenomena fluida diam, fluidabergerak, kekentalan, tegangan permukaan dankapilaritas, yang sebetulnya sangat sering kita dapatkandalam kejadian sehari-hari.Kajian sederhana ini diharapkan menjadi bekal bagikajian fluida yang lebih mendalam di berbagai bidangilmu seperti meteorologi, oseanologi, otomotif,keteknikan pertanian, kedokteran, aeronotika dan lain-lainPada pertemuan mendatang akan dibahas masalahgetaran dan gelombang. Persiapkan diri anda untukmengenali istilah-istilah yang dipakai seperti amplituda,kecepatan sudut, frekuensi, perioda dll.

SEKIAN

TERIMA KASIH