FLUIDA STATISDisusun Oleh:

Eva Dewi KartikaXII IPA 1

SMA 6 Tangerang

Pendahuluan

Pengertian Fluida StatisMassa JenisTekanan HidrostatisTekanan GaugeTekanan MutlakHukum Pascal

Hukum Archimedes

Tegangan Permukaan dan Visikositas

SoalPembahasan

Back

PENGERTIAN FLUIDA

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 ).

SIFAT FLUIDA IDEAL

-tidak dapat ditekan (volume tetap karena tekanan)- dapat berpindah tanpa mengalami gesekan- mempunyai aliran stasioner (garis alirnya tetap bagi setiap partikel)- kecepatan partikel-partikelnya sama pada penampang yang sama

FLUIDA STATISFluida 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 kita alami; mengapa kapal laut yang terbuat dari besi dapat mengapung di permukaan air laut; mengapa kapal selam dapat melayang, mengapung dan tenggelam dalam air laut; mengapa nyamuk dapat hinggap dipermukaan air; berapa ketinggian zat akan naik dalam pipa kapiler.

Salah satu sifat penting dari suatu zat adalah kerapatan alias massa jenisnya. Istilah kerennya adalah densitas (density). Kerapatan alias massa jenis merupakan perbandingan massa terhadap volume zat. Secara matematis ditulis :p = m/v(p dibaca “rho”) merupakan huruf yunani yang biasa digunakan untuk menyatakan kerapatan, m adalah massa dan v adalah volume.Kerapatan alias massa jenis fluidaSatuan Sistem Internasional untuk massa jenis

KONSEP MASSA JENIS (KERAPATAN)

Zat Kerapatan (kg/m3)Zat CairAir (4o C) 1,00 x 103

Air Laut 1,03 x 103

Darah 1,06 x 103

Bensin 0,68 x 103

Air raksa 13,6 x 103

Zat PadatEs 0,92 x 103

Aluminium 2,70 x 103

Besi & Baja 7,8 x 103

Emas 19,3 x 103

Gelas 2,4 – 2,8 x 103

Kayu 0,3 – 0,9 x 103

Tembaga 8,9 x 103

Timah 11,3 x 103

Tulang 1,7 – 2.0 x 103

Zat GasUdara 1,293Helium 0,1786Hidrogen 0,08994Uap air(100 oC)

0,6

Kerapatan zat yang dinyatakan dalam tabel di samping merupakan kerapatan zat pada suhu 0o C dan tekanan 1atm (atmosfir alias atm = satuan tekanan)

TEKANAN HIDROSTATISTekanan zat cair dalam keadaan tidak mengalir

dan hanya disebabkan oleh beratnya sendiri disebut tekanan hidrostatika. Besarnya tekanan hidrostatika suatu titik dalam zat cair yang tidak bergerak dapat diturunkan sebagai berikut:

Tinjau zat cair dengan massa jenis  berada dalam wadah silinder dengan luas alas A dan ketinggian h seperti pada Gambar 8.1. Volume zat cair dalam wadah V -  Ah sehingga berat zat cair dalam wadah adalah:

Dengan demikian tekanan hidrostatika di sebarang titik pada luas bidang yang diarsir oleh zat cair dengan kedalaman h dari permukaan adalahPh = 𝐹𝐴= 𝜌𝑔ℎ𝐴𝐴 = 𝜌𝑔ℎ

Dengan :P adalah tekanan hidrostatik;ρ adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik);g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat);h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter).Sebuah benda padat yang terbenam dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Hal ini disebabkan oleh tekanan hidrostatik fluida.

TEKANAN GAUGETekanan gauge adalah selisih antara

tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar). Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge. Adapun tekanan sesungguhnya disebut tekanan mutlak

p = p gauge + p atm

TEKANAN MUTLAKTekanan mutlak pada kedalaman h dirumuskan oleh 𝑝= 𝑝𝑜+ 𝜌𝑔ℎ

Jika disebut tekanan pada suatu kedalaman tertentu, yang dimaksud adalah tekanan mutlak

Jika tidak diketahui dalam soal, gunakan tekanan udara luar po= 1 atm = 76 cm Hg = 1,01 x 105 Pa.

Alat ukur untuk tekanan gas adalah Manometer dan barometer yang rumusnya Pa = Pb atau P= Po +𝜌𝑔ℎ

HUKUM PASCALPada kedalaman yang sama mempunyai

tekanan yang sama. Selama variasi tekanan di dalam cairan statis hanya tergantung pada kedalamannya, maka penambahan tekanan dari luar yang dilakukan pada permukaan cairan, misalnya karena perubahan tekanan atmosfer atau tekanan piston, mestilah merupakan penambahan tekanan pada semua titik dalam cairan, seperti dikemukakan oleh Blaise Pascal (1623-1662), yang dikenal sebagai Hukum Pascal.         Tekanan yang dilakukan pada cairan dalam ruang tertutup, akan diteruskan kemana-mana sama besarnya termasuk dinding tempatnya.

Apabila kerapatan ρ (massa jenis) sangat kecil, misalnya fluida berbentuk gas, maka perbedaan tekanan pada dua titik di dalam fluida dapat diabaikan. Jadi di dalam suatu bejana yang berisi gas, tekanan gas di mana-mana adalah sama. Hal ini tentu saja bukan untuk ∆h yang sangat besar.Tekanan dari udara sangat bervariasi untuk ketinggian yang besar dalam atmosfer. Dalam kenyataan, kerapatan ρ berbeda pada ketinggian yang tidaksama dan ρ ini hendaklah kita ketahui sebagai fungsi dari h sebelum persamaan 3 di atas kita pergunakan. Marilah kita perhatikan hal berikut ini. Andaikan ke dalam pipa berbentuk U dimasukkan dua jenis cairan yang tidak dapat bercampur secara sempurna, misalnya air dengan minyak tanah.

Gambar 4. Pipa berbentuk U berisi dua jenis cairan.

Setelah cairan yang kerapatannya ρ1 dimasukkan ke dalam pipa, cairan yang kedua dengan kerapatan ρ2 (di mana ρ1 > ρ2) dimasukkan ke salah satu pipa sehingga permukaan cairan yang pertama turun setinggi 1 di bawah cairan yang kedua itu, sedangkan permukaan lainnya naik setinggi 1 seperti dilukiskan pada gambar 4 di atas. Gaya yang seimbang dengan ini adalah gaya F2 yang bekerja pada penghisap 2 ke arah bawah.

pA2 = F2 Atau 𝑝= 𝐹2𝐴2

Dengan menyamakan ruas kanan 2 dan pertama kita peroleh 𝐹2𝐴2 = 𝐹1𝐴1

𝐹2 = 𝐴2𝐴1𝑥 𝐹1

Persamaan diatas menyatakan bahwa perbandingan gaya sama dengan perbandingan luas penghisap.

Penerapan hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari

•Penghisap piston•Dongkrak hidrolik•Pompa hidrolik•Mesin pengepres hidrolik

HUKUM ARCHIMEDESHukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah

benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :

Fa = ρ v gKeterangan :Fa = gaya ke atas (N)V = volume benda yang tercelup (m3)ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)g = percepatan gravitasi (N/kg)

Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga.

- Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya =0 dan bendamelayang .- Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang- Bila FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam

Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan sama dengan rapat rapat massa benda.

Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam.Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.

TENGGELAM

•Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)lebih besar dari gaya ke atas (Fa).w > Faρb X Vb X g > ρa X Va X gρb > ρaVolume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

MELAYANGSebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbangw = Faρb X Vb X g = ρa X Va X gρb = ρaPada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :(FA)tot = Wtotrc . g (V1+V2+V3+V4+…..)  =  W1 + W2 + W3 + W4 +…..

TERAPUNGSebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair

akan terapung jika berat benda (w)lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Faρb X Vb X g = ρa X Va X gρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabustersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > Wrc . Vb . g  >  rb . Vb . g

) zat cair yang dipindahkan

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn =  FA - WBenda terapung tentunya dalam keadaan

setimbang, sehingga berlaku :FA’ = W

rc . Vb2 . g  =  rb . Vb . gFA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian

benda yang tercelup di dalam zat cair.Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.Vb2 =    Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.Vb = Vb1 + Vb 2FA’  =  rc . Vb2 . g

Berat (massa) benda terapung = berat (massa)

DAYA APUNG

•Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.

Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam penyelaman. Selamabergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutralbouyancy.

•Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?a. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.(miskonsepsi).b. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.(konsepsi ilmiah)c. Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.(konsepsi ilmiah)d. Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.(konsepsi ilmiah).e. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).f. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda(miskonsepsi).

Penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.

1. Hidrometer Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa

jenis cairan Persamaan hidrometer : ℎ𝑏𝑓= 𝑚𝐴𝜌𝑓

2. Kapal Laut 3. Kapal Selam 4. Balon Udara M assa jenis gas panas lebih kecil daripada massa jenis udara

TEGANGAN PERMUKAAN DAN VISKOSITAS ZAT CAIR. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam

yang tidak diperhatikan dengan teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa kran yang bukan sebagai suatu aliran, mainan gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan air yang terapung, naiknya air pada pipa kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan benda lain. Fenomena itu dikenal dengan tegangan permukaan.

Pengamatan untuk membuktikan tegangan permukaan pada zat cair dapat dibuktikan dengan kawat yang berbentuk U dan sepotong kawat lurus lain dipasang dapat bergerak bebas pada kaki kawat. Bila kawat tersebut dicelupkan pada larutan sabun, maka kawat lurus akan tertarik keatas. Untuk mebuat ia setimbang maka harus diberi gaya W2 sehingga dalam keadaan keseimbangan gaya tarik ke atas F = W1 + W2.

Satuan tegangan permukaan dinyatakan dalam dyne/cm (CGS) atau Newton/meter (MKS). Uraian di atas hanyalah membahas gaya permukaan zat cair, yaitu yang terjadi pada lapisan molekul zat cair, yang berbatasan dengan udara.

Fenomena fisis yang sering ditemui dimana salah satu faktor yang mempengaruhi terjadinya berupa tegangan permukaan adalah gejala kapilaritas. Kapilaritas adalah gejala fisis berupa naik / turunnya zat cair dalam media kapiler (saluran dengan diameter kecil). Besaran lain yang menentukan naik turunnya zat cair pada dinding suatu pipa kapiler selain tegangan permukaan, disebut sudut kontak yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dinding dengan dinding, Sudut kontak timbul akibat gaya tarik menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik menarik antara molekul zat yang berbeda (adhesi).

Harga dari sudut kontak berubah-ubah dari 00 sampai 180 dan dibagi menjadi 2 bagian yaitu:

Jika tabung berjari-jari R maka zat cair akan bersentuhan dengan tabung sepanjang 2𝜋R. Jika dipandang zat cair dalam silinder kapiler dengan tinggi y dan jari-jari R dan tegangan permukaan cair uap dari zat cair, maka gaya k eatas total adalah :

Gaya ke bawah adalah gaya berat zat cair yang harganya :

dari persamaan (8.12) terlihat bahwa harga-harga dan g selalu berharga positip. Sedangkan cos bisa mengahasilkan harga positip maupun negatip. Untuk 0 < < 90, maka harga cos positip, sehingga diperoleh y yang positip. Zat cair yang demikian dikatakan membasahi dinding. Contohnya air dalam pipa kapiler gelas. Untuk 90 < < 180, maka harga cos negatip, sehingga diperoleh y yang negatip zat cair

yang demikian dikatakan tak membasahi dinding. Contohnya air raksa dalam pipa kapiler gelas.

Soal Fluida Statis•UM UGM 2007Sepotong balok kayu mengapung diatas air dengan 75% volumenya tenggelam di air. Bila volume balok tersebut 5000cm3 maka dalam kilogram massa balok tersebut adalah...a. 3,75b. 5,15c. 6,25d. 7,75e. 9,50

•UM UGM 2004Permukaan air( massa jenis = 1gr/cm3) dalam pipa kapiler berdiameter dalam 1mm adalah 4 cm diatas permukaan air diluar pipa itu. Jika sudut kontak air bahan pipa kapiler 600 besar tegangan permukaan air adalah...a.0,2 b. 0,4 c. 0,6 d. 0,8 e.1,0

PEMBAHASAN•Jawab UM UGM 2007Kasus terapung= massa jenis benda x V benda= massa jenis fluida x V celupMassa jenis benda = 100%=75%Massa jenis benda = 0,75 gr/cm3

Massa benda =M= massa jenisxVolume = 0,75x5000= 3750gr=3,75kg

Jawab UM UGM 2004 Naiknya permukaan zat cair oleh tegangan permukaan 𝑦= 2𝛾𝑐𝑜𝑠𝜃𝜌𝑔𝑟

4.10-2= 2𝛾cos 601000ሺ10ሻ(0,0005) =N/m2

UCAPAN TERIMA KASIH

-Ibu Siti Zakiah, S.Pd-Bapak Toni