1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Ilmu yang mempelajari gejala alam disebut sains. Sains berasal dari kata Latin

yang berarti mengetahui. Sains terbagi atas beberapa cabang ilmu, diantaranya

adalah fisika. Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti gerak, kalor, cahaya,

bunyi, listrik, dan magnet. Semua gejala ini berbentuk energi. Oleh karena itu,

dapat disimpulkan bahwa fisika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara

materi dan energi (Kanginan, 2007).

Perubahan global berlangsung cukup cepat menempatkan fisika sebagai salah

satu ilmu pengetahuan yang merupakan tulang punggung teknologi terutama

teknologi manufaktur dan teknologi modern. Teknologi modern seperti teknologi

informasi, elektronika, komunikasi, dan teknologi transportasi memerlukan

penguasaan fisika yang cukup mendalam.

Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia

yang handal dalam sains dan teknologi serta memahami lingkungan sekitar

melalui pengembangan keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial, dan

kegiatan teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarahkan

sumber daya manusia untuk mampu menerjemahkan perilaku alam (Azizah &

Rokhim, 2007).

Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida.

Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup

zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir.

2

Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa

digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada

contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat

cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir

dari satu tempat ke tempat yang lain (Lohat, 2008).

Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan

hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan

dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal. Hukum

Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang

berasal dari Perancis (Kanginan, 2007).

Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk

kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum

Pascal. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh

karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan

penerapannya dalam kehidupan.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas dapat di rumuskan masalah sebagai berikut:

1. Apa yang dimaksud hukum Pascal dalam sistem fluida statis?

2. Bagaimana cara menuliskan persamaan hukum Pascal?

3. Bagaimana penerapan hukum Pascal dalam sistem fluida statis?

3

1.3. Tujuan Penulisan Makalah

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah

1. Mengetahui pengertian Fluida Statis.

2. Mengetahui cara menuliskan persamaan Fluida Statis.

3. Mengetahui penerapan hukum Pascal dalam sistem fluida statis.

1.4. Manfaat Penulisan Makalah

Manfaat yang bisa diambil dari penulisan makalah ini adalah

1. Menambah wawasan dan pengetahuan kepada penulis tentang Fluida

Statis dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

2. Memberikan informasi kepada pembaca tentang tentang Fluida Statis dan

penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

4

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Fluida Statis

Fluida ( zat alir ) adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan

sedikit hambatan terhadap bentuk ketika ditekan, misalnya zat cair dan

gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan

fluida dinamis.Fluida atau zat alir adalah bahan yang dapat mengalir dan

bentuknya dapat berubah dengan perubahan volume.Fluida mempunyai

kerapatan yang harganya tertentu pada suhu dan tekanan tertentu.Jika

kerapatan fluida dipengaruhi oleh perubahan tekanan maka fluida itu dapat

mampat atau kompresibel.Sebaliknya fluida yang kerapatannya hanya

sedikit dipengruhi oleh perubahan tekanan disebut tidak dapat mampat

atau inkompresibel. Contoh fluida kompresibel adalah udara ( gas )

sedangkan yang inkompresibel adalah air ( zat cair ). Fluida statis adalah

fluida yang tidak bergerak atau dalam keadaan diam, misalnya air dalam

gelas. Dalam fluida statis kita mempelajari hukum-hukum dasar yang

dapat menjelaskan antara lain: mengapa makin dalam kita menyelam

makin besar tekanan yang kit alami; mengapa kapal laut yang terbuat dari

besi dapat mengapung di permukaan air laut; managpa kapal selam dapat

melayang, mengapung dan tenggelam dalam air laut; mengapa nyamuk

dapat hinggap dipermukaan air; berapa ketinggian zat akan naik dalam

pipa kapiler.

5

B. Sifat-sifat Fluida

a. Tekanan dan Rapat Massa

Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal (tegak lurus) yang

bekerja di suatu bidang dibagi dengan luas suatu bidang tersebut.

Rumus tekanan:

Rapat massa adalah ukuran konsentrasi dari suatu massa persatuan

volume

Rumus : ρ=mV

b. Viskositas

Salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan

terhadap gaya geser

τ=μdudz

c. Tegangan Permukaan dan Kapilaritas

Tegangan permukaan ( ) adalah besar gaya ( F ) yang dialami

pada permukaan zat cair persatuan panjang(l)

= F / 2l

Kapilaritas ialah gejala naik atau turunnya zat cair ( y ) dalam

tabung kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena

pengaruh adhesi dan kohesi.

y = 2 cos / g r

6

y = kenaikan/penurunan zat cair pada pipa (m)

= tegangan permukaan (N/m)

= sudut kontak (derajat)

p = massa jenis zat cair (kg / m3)

g = percepatan gravitas (m / det2)

r = jari-jari tabung kapiler (m)

C. Persamaan Hidrostatika

Zat cair / fuida dalam keadaan diam ( statis ) menghasilkan tekanan

yang sama untuk semua titik-titik yang mempunyai kedalaman yang sama

yang disebut tekanan hidrostatika. Tekanan tersebut timbul untuk

mengimbangi berat fluida yang ada di atasnya yang dirumuskan sebagai

berikut :

keterangan :

Ph = tekanan hidrostatika ( N.m-2)

g   = percepatan grafitasi ( m.s-2), besar percepatan grafitasi

h   = kedalaman ( m )

apabila fluida terletak pada tempat yang terbuka atau berhubungan dengan

udara luar maka fluida tersebut juga akan mendapatkan tekanan udara /

7

atmosfer ( Po ). Suatu titik di dalam fluida dengan kedalaman tertentu

mempunyai tekanan total / mutlak yang dirumuskan :

tekanan atmosfer terkadang ditulis dalam satuan atm sedangkan tekanan

hidrostatika dalam N.m-2 maka harus dijadikan dalam satuan yang sama.

1 atm = 1.105 N.m-2

D. Prinsip Pascal

Hukum pascal menyatakan bahwa "tekanan yang diberikan pada suatu

cairan pada ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan besar

yang sama pada semua titik dalam cairan dan dinding bejana".

Secara matematis ditulis :

Sehingga :

8

E. Prinsip Archimedes

Sebuah benda yang sebagian atau seluruhnya tercelup di dalam suatu zat

cair / fluida ditekan ke atas dengan suatu gaya yang besarnya setara

dengan berat zat cair / fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut".

Gaya tersebut disebut Gaya tekan ke atas ( Fa )

Gaya Tekan ke Atas

adanya gaya tekan ke atas menyebabkan adanya berat semu benda di

dalam air, berat benda di dalam air ( Wa ) = berat benda di udara  ( Wu ) -

Fa.

9

Adanya gaya tekan ke atas juga menyebabkan suatu benda dapat

mengalami 3 kondisi yang berbeda :

Mengapung, melayang dan tenggelam

bila diketahui massa jenis benda dan zat cairnya kondisi benda di dalam

air juga dapat ditentukan :

mengapung :  massa jenis benda < massa jenis zat cair

melayang    :  massa jenis benda = massa jenis zat cair 

tenggelam   :  massa jenis benda > massa jenis zat cair  

F. Contoh Soal

1. Suatu logam berbentuk balok diukur beratnya dengan neraca pegas

menunjukkan berat = 200 N. Kemudian ketika dimasukkan ke dalam

bejana yang berisi minyak dan diukur kembali beratnya menunjukkan

berat = 180 N. Jika Massa jenis minyak = 800 kg.m-3 dan percepatan

grafitasinya = 10 m.s-2. Hitunglah massa jenis logam tersebut..!

10

Diketahui :

Berat di udara = Wu = 200 N

Berat di cairan = Wa = 180 N

Massa jenis minyak = 800 kg.m-3

percepatan grafitasi = g = 10 m.s-2.

mula-mula kita cari dahulu massa logam tersebut :

kemudian dicari besar gaya tekan ( Fa ) ke atas saat balok logam

dimasukkan ke dalam minyak :

dengan diketahui nilai Fa kita cari volume logam tersebut dengan rumus :

 

11

dengan diketahui massa dan volume logam maka massa jenis logam

tersebut dapat dicari :

2. Kapal selam berada pada kedalaman 50 m dibawah permukaan laut. Bila

diketahui massa jenis air laut 1,03 x 103 kg/m3 dan tekanan udara di atas

permukaan laut 105 Pa, berapa tekanan hidrostatis yang dialami kapal

selam tsb. ( g = 10 m/s2)

Penyelesaian

Diketahui :

H = 50 m

ρ air laut = 1,03 x 103 kg/m3

Po = 105 Pa

g = 10 m/s2

Ditanya : Ph?

Dijawab : Ph = Po + ρ.g.h

= 105 + (1,03 x 103 x 10 x 50) = 105 + (51,5 x 104)

= 105 + (5,15 x 105)

= 6,15 x 105 Pa

3. Sebuah dongkrak hidroulik mempunyai dua penampang masing2 A1 = 10

cm2 dan A2 = 50 cm2. Jika pada penampang A1 diberi gaya F1 = 10 N,

12

berapakah berat beban maksimum yang dapat diangkat oleh penampang

A2?

Penyelesaian

Diketahui :

A1 = 10 cm2, A2 = 50 cm2

F1 = 10 N

Ditanya : F2 ?

Dijawab :

F1/A1 = F2/A2

10/10 = F2 /50

F2 = 50 N

4. Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada

gambar!

Jika ketinggian minyak h2 adalah 27,2 cm, massa jenis minyak 0,8 gr/cm3

dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm3 tentukan ketinggian air raksa (h1)!

13

Pembahasan

Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti

ditunjukkan gambar diatas adalah sama.

5. Sebuah benda tercelup sebagian dalam cairan yang memiliki massa jenis

0,75 gr/cm3 seperti ditunjukkan oleh gambar berikut!

Jika volume benda yang tercelup adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan

massa jenis benda tersebut!

Pembahasan

Gaya-gaya yang bekerja pada benda diatas adalah gaya berat yang berarah

ke bawah dan gaya apung / gaya Archimides dengan arah ke atas. Kedua

gaya dalam kondisi seimbang.

14

G. Persamaan Kontinutitas

Aliran fluida pada sebuah pipa yang mempunyai diameter berbeda, seperti tampak

pada gambar di bawah.

Gambar ini menujukan aliran fluida dari kiri ke kanan (fluida mengalir

dari pipa yang diameternya besar menuju diameter yang kecil). Garis putus-putus

merupakan garis arus.

Keterangan gambar : A1 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter

besar, A2 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil, v1 = laju aliran

fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar, v2 = laju aliran fluida pada bagian

pipa yang berdiameter kecil, L = jarak tempuh fluida.

Pada aliran tunak, kecepatan aliran partikel fluida di suatu titik sama

dengan kecepatan aliran partikel fluida lain yang melewati titik itu. Aliran fluida

juga tidak saling berpotongan (garis arusnya sejajar). Karenanya massa fluida

yang masuk ke salah satu ujung pipa harus sama dengan massa fluida yang keluar

15

di ujung lainnya. Jika fluida memiliki massa tertentu masuk pada pipa yang

diameternya besar, maka fluida tersebut akan keluar pada pipa yang diameternya

kecil dengan massa yang tetap. Kita tinjau bagian pipa yang diameternya besar

dan bagian pipa yang diameternya kecil.

Selama selang waktu tertentu, sejumlah fluida mengalir melalui bagian

pipa yang diameternya besar (A1) sejauh L1 (L1 = v1t). Volume fluida yang

mengalir adalah V1 = A1L1 = A1v1t. Nah, Selama selang waktu yang sama,

sejumlah fluida yang lain mengalir melalui bagian pipa yang diameternya kecil

(A2) sejauh L2 (L2 = v2t). Volume fluida yang mengalir adalah V2 = A2L2 = A2v2t.

(sambil lihat gambar di atas).

 

16

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

1. Hukum Fluida Statis menyatakan bahwa tekanan yang diberikan

pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala

arah.

2. Hukum Pascal dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

P masuk = P keluar

F1 : A1 = F2 : A2

dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas

permukaan (m2).

3. Penerapan hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari antara lain

penggunaan dongkrak hidraulik, rem hidraulik, dan pompa

hidraulik.

3.2. Saran

Saran yang diberikan oleh penulis adalah sebagai berikut.

1. Hendaknya mahasiswa lebih mengenali pemanfaatan prinsip

hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari.

2. Hendaknya lebih kreatif dan inovatif lagi dalam penulisan

selanjutnya.

17

DAFTAR PUSTAKA

Aziz, Kharimul, 2008. Pompa Hidrolik. (http ://kharimulaziz. blogspot. Com /2009/04/ pompa-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).

Anonim, 2009a. Prinsip Kerja Dongkrak Hidrolis. (http ://www. Fisika asyik. com/home02/content/view/201/44/.html, diakses 9 November 2009).

Anonim, 2009b. Rem Hidrolik. (http: //www. fisikaasyik. com/ home 02 /content/view/201/44/.html, diakses 9 November 2009).

Anonim, 2009c. Sistem Hidrolik. (http ://e eyarm. ngeblogs. Com / 2009 /10/27/sistem-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).

Azizah, S. N. & Nur Rokhim. 2007. Acuan Pengayaan Fisika. Surakarta: PT. Nyata Grafik Media.

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Krist, Thomas. 1980. Hidraulika Ringkas dan Jelas. Jakarta: Erlangga.

Lohat, A.S. 2008. Prinsip Pascal. (http://www.gurumuda.com/prinsip-pascal.html, diakses 9 November 2009).

Resnick, Haliday. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Terjemahan. Jakarta: Erlangga.

Sanjaya. 2008. Berita Iptek. (http://berita-iptek.blogspot.com/2008/06/pompa-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).

Tipler, P. A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga

Triyanto, Yanto. 2009. Sistem Rem. (http://www.yanto-triyanto. Co cc/ 2009 /10 /sistem-rem.html, diakses 9 November 2009).