Satuan Pendidikan : SMA

Kelas/Semester : X/2

Mata Pelajaran : Fisika

Materi Pokok : Fluida Statis

A. Kompetensi Inti1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya2. Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli, santun, ramah

lingkungan,  gotong royong, kerjasama, cinta damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

3. Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan,  kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.

4. Mengolah,  menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak  terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

B. Kompetensi Dasar3.7 Mendeskripsikan hukum-hukum pada fluida statis dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari4.7 Merancang dan membuat sesuatu peralatan yang memanfaatkan sifat-sifat fluida untuk mempermudah suatu pekerjaan

Peta Konsep

Materi

A. Hukum-Hukum pada Fluida Statis

Zat yang mengalir digolongkan sebagai fluida. Dengan demikian, zat cair dan zat gas merupakan fluida. Contoh fluida yang paling sering kita jumpai adalah air. Sebagian besar struktur bumi tersusun atas air. Siapakah pencipta air? Tuhan telah menciptakan air dengan segala keajaibannya. Bayangkan jika tidak ada air di dunia. Apa yang akan terjadi? Sudah pastikan tidak akan ada kehidupan di bumi ini.Fluida dibagi menjadi dua, fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak/mengalir). Namun pada kali ini, kita hanya akan membahas fluida statis.

Tekanan HidristatisHukum Pokok HidrsotatikManometer/BarometerFluidaFluida StatisHukum ArchimedesGaya Angkat KeatasHidrometer,Kapal laut,Kapal selam,balon udaraHukum PascalTekanan diteruskan ke segala arahDongkrak Hidrolik, Pompa HidrolikCairTegangan PermukaanAyo kita lihat fenomena sekitar : Apa yang akan terjadi jika air dan minyak kita satukan dalam satu wadah? Mengapa?

Untuk mempelajari fluida statis, kita harus memahami hukum-hukum dasar fluida. Sebelum itu, mari kita identifikasi masalah berikut :- Mengapa ketika semakin dalam kita menyelam, maka makin besar tekanannya?- Mengapa kapal laut yang terbuat dari besi dapat mengapung diatas laut?- Mengapa balon udara yang berisi gas panas dapat naik ke udara?

Massa Jenis adalah perbandingan antara massa benda dengan volume benda. Massa jenis diberi lambang ρ (rho)Dilihat dari pengertian tersebut, maka dapat dirumuskan

Dimana,ρ = massa jenis zat (kg/m3)m = massa zat (kg)V = volume zat (m3)

1. TekananTekanan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas. Jika gaya sebesar F bekerja secara merata dan tegak lurus pada suatu permukaan yang luasnya A,maka tekanan P pada permukaaan itu:

P= FA

Suatu tekanan dalam S.I adalah N/m2 yang disebut pascal (Pa).

1 Pa=1 N /m2

(cari gambar barometer)1 mb=0,001 ¿̄1 ¿̄105 Pa1 atm=7 g cmHg=1,01 x105 Pa=0,01 ¿̄1 torr=1mmHga. Aplikasi Tekanan dalam Keseharian

Jarum memiliki ujung yang sangat runcing dibagian ujungnya. Apa yang akan terjadi ketika ujung jarum tidak runcing? Tentu saja jarum tersebut akan sangat susah menancap. Hal ini memnggunakan prinsip tekanan. Semakin kecil luas permukaan (dalam hal ini berarti semakin runcing jarum) maka tekanannya akan semakin besar. Antara gaya dan luas permukaan akan selalu berbading terbalik. Coba kita amati jejak kaki bebek dan jejak kaki ayam dalam lumpur. Jejak manakah yang lebih dalam? Mengapa demikian?Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair dalam suatu wadah,makin berat zat cair itu,sehingga makin makin besar juga tekaanan zat cair pada dasar wadahnya. Tekanan zat cair hanya disebabkan oleh beratnta sendiri disebut tekanan hidrostatis.

Mislanya kita anggap zat cair terdiri atas beberapa lapis. Lapisan bawah ditekan oleh lapisan-lapisan diatasanya sehingga menderita tekanan yang lebih besar. Lapisan paling atas hanya ditekan oleh udara sehingga tekanan pada permukaan zat cair sama dengan tekanan atmosfir.(cari gamabr tekanan hidrostatis)

b. Penurunan Rumus tekanan hidrostatisTekanan di dalam fluida yang diakibatkan oleh gaya gravitasi disebut tekanan hidrostatis.“Tekanan hidrostatik di sembarang titik di suatu bidang datar di dalam fluida sejenis dalam keadaan seimbang adalah sama”Tekanan hidrostatis yang dialami sebuah titik dalam zat cair bergantung pada massa jenis zat cair dan letak titik tersebut dari fluida statis. Sobat hitung bisa menyimpulkan bahwa tekanan yang dialami suatu titik tergantung dari kedalamannya jika diukur dari permukaan fluida. Semakin mendekati dasar semakin besar tekanan yang dialami. Titik-titik yang berada pada kedalaman yang sama (terletak pada satu bidang datar) akan menerima tekanan yang sama.Perhatikan gambar berikut !

Bayangkan luas penampang persegi panjang pl yang terletak pada kedalaman h dibawah permukaan zat cair. Volume zat cair dalam balok adalah V=pl h,sehingga massa zat cair adalah

m=ρV m=ρpl hBerat zat cair dalam balok

F=m gF=ρpl h gTekanan zat cair di sembarang titik pada luas alas adalah

Ph=FA

= ρplh gpl

=ρ gh

p l

h

c. Tekanan GaugeTekanan gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfir (tekanan udara luar). Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge. Adapun tekanan sesungguhnya disebut tekanan mutlak.Tekanan mutlak=tekanan gauge+tekanan atmosfer

P=Pgauge+Patm

d. Tekanan Mutlak pada Suatu Kedalaman Zat CairTelah disebutkan sebelumnya bahwa pada lapisan atas zat cair bekerja tekanan atmosfir. Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi.Pada tiap bagian atmosfer bekerja gaya tarik gravitasi. Makin kebawah,makin berat lapisan udara yang diatasnya. Oleh karena itu, makin rendah suatu temat makin tinggi tekanan atmosfernya. Di permukaan laut, tekanan atmosfernya kira-kira bernilai 1 atm atau 1,01 x 105 Pa.Tekanan pada permukaan zat cair adalah tekanan atmosfer p0 . Tekanan hidrostatis zat cair pada kedalaman h adalah ρg h .Tekanan hidrostatis zat cair ρg h dapat kita miripkan dengan tekanan gauge. Dengan demikian mutlak pada kedalaman h dapat dirumuskan

P=Po+ ρg h2. Hukum Pokok Hidrostatik

Dari pecobaan yang dilakukan, kekuatan air yang memancar keluar dari keempat lubang yang sama. Ini ditunjukkan okeh mendaratnya air di tanah pada jarak mendatar yang sama dari pinggiran botol. Dapat kita simpulkan bahwa semua titik yang terletak pada bidang datar yang sama di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan (mutlak) yang sama. Pernyataan inilah yang disebut hukum pokok hidrostatis.

Berdasarkan hukum utama hidrostatika dapat dirumuskan :

PA = PB = PC

PD =PE

Hukum utama hidrostatika dapat diterapkan untuk menentukan masa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U. Perhatikanlah gambar berikut!

Dalam hal ini, dua cairan yang digunakan tidak akan tercampur. Pipa U mula-mula diisi dengan zat cair yang sudah diketahui massa jenisnya, kemudian salah satu kaki dituangi zat cair yang di cari massa jenisnya hingga setinggi h1. Kemudian, tarik garis mendatar AB sepanjang pipa. Ukur tinggi zat cair mula-mula di atas garis AB (misal : h2)Menurut hukum utama hidrostatika, tekanan di A sama dengan di B.

Alat ukur tekanan gas

Pernahkah anda melihat orang mengisi angin pada ban sepeda motor atau mobil? Biasanya alat pengisi angin pada ban dilengkapi dengan alat pengukur tekanan udara. Alat pengukur tekanan udara di dalam ban tidak sama dengan alat ukur tekanan udara di luar (terbuka). Tekanan udara di dalam ban merupakan tekanan udara tertutup. Tahukah Anda alat pengukur tekanan udara di dalam ban?

Udara di dalam ruang tertutup memiliki ciri yang berbeda dengan udara di ruang terbuka (atmosfer). Ciri-ciri tersebut menyangkut volume, tekanan, dan suhu. Alat pengukur tekanan udara dalam ruang tertutup disebut manometer.

Manometer raksa terbuka terbuat dari pipa berbentuk U, Disebut manometer raksa terbuka karena salah satu ujung pipa terbuka atau terhubung dengan udara luar (tekanan atmosfer), sedangkan kaki lainnya dihubungkan ke ruang yang akan diukur tekanan gasnya (kaki tertutup).

PA=PBPgas=P0+ ρgh

Untuk barometer

PA=PB

P0= ρ g h

3. Hukum Pascal

Gambar diatas melukiskan bahwa jika klep penyumbat pada alat penyemprot pascal ditekan ternyata zat cair yang berada di dalam alat penyemprot Pascal keluar melalui lubang dengan kecepatan yang sama. Hal tersebut menyatakan bahwa "tekanan yang diberikan pada zat cair yang berada di dalam ruang tertutup akan diteruskan oleh zat cair itu ke segala arah dengan sama rata".Sebuah penarapan sederhana dari hukum pascal adalah dongkrak hidrolik.

Pemanfaatan Hukum Pascal yang sangat penting dan berguna sekali adalah dalam hal "memanfaatkan gaya yang kecil menghasilkan gaya yang besar contohnya adalah pompa hidrolik. Pompa ini memiliki 2 buah tabung yang luas penampang tabungnya antar keduanya berbeda. Pada tabung kecil dikerjakan dengan gaya F1. Tekanan yang dihasilkan pada cairan adalah 

P=F1

A1

dengan A1 adalah luas penampang dari tabung yang kecil. Tekanan sebesar ini kemudian diteruskan ke permukaan cairan dalam tabung yang besar. Gaya yang bekerja pada permukaan cairan dalam tabung besar adalah 

F2=P A2

F2=F1

A2

A1

dengan A2 adalah luas penampang tabung besar.Melihat rumus diatas, maka gaya F2 pada tabung besar dapat diusahakan sebesar mungkin dengan perbandingan A2/A1. Dengan kata lain, luas penampang A2 harus berkali-kali lipat luas penampang A1.

Penerapan Hukum Pascal Pada Kehidupan Sehari-hariBerdasarkan hukum pasacal, kita ketahui bahwa dengan memberikan gaya yabg kecil pada pengisap (piston) berdiameter (atau luas penampang) kecil dapat diperoleh gaya yang besar pada pengisap berdiameter besar. Prinsip inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak membantu pekerjaan kita. Contoh alat-alat yang memanfatkan hukum pascal adalah

4. Hukum Archimedes

Masih ingatkah tentang gaya apung yang dialami suatu benda pada zat cair?Perhatikan gambar berikut !

Ukurlah berat beban dengan neraca pegas di udara (gambar (a)) dan catatlah hasilnya, Wu = ... Newton. Ukurlah berat beban dengan neraca pegas di mana beban di dalam air dalam gelas berpancur (gambar (b)) dan catatlah hasilnya, Wa = ... Newton. Ukurlah berat air yang tumpah pada gelas ukur dengan neraca duduk (gambar (c)) dan catatlah hasilnya, W = ... Newton. Masukkan data-data yang Anda dapatkan di atas dalam tabel. Adapun kolom-kolom pada tabel yang dibuat adalah: Berat benda di udara, Berat benda di air (Wa), Berat air yang dipindahkan benda (W), dan Wu - Wa.

Ayo lihat fenomena sekitar :

Apa yang akan terjadi ketika abtu dicelupkan ke dalam gelas yang penuh dengan air? Berapa banyak air yang akan tumpah?

Buatlah kesimpulan dari percobaan di atas!Catatan: selisih berat benda di udara dan berat benda di air sama dengan gaya archimides yang dialami benda di air.Bunyi Hukum Archimedes. Hukum Archimedes adalah sebuah hukum tentang prinsip pengapungan diatas benda cair yang ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga merupakan penemu pompa spiral untuk menaikan air yang dikenal dengan istilah Sekrup Archimedes. Hukum Archimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukan kedalam air. Bunyi Hukum Archimedes

Catatan :a. Volum zat cair yang dipindahkan oleh benda sebesar volum benda yang masuk ke

dalam zat cair.b. Dalam keadaan seimbang FA = W dengan W = berat benda

Mari berkegiatan :Siapkan tabung kaca yang terbuka pada kedua ujungnya, tutup yang diikat dengan benang, dan air dalam wadah secukupnya.

Langkah-langkah:

" Benda di dalam zat cair baik sebagian ataupun seluruhnya akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkan

oleh benda tersebut."

Tutuplah ujung bawah tabung kaca dengan penutup dan tahanlah dengan memegang ujung benang yang bebas beberapa saat. Kemudian lepaskan ujung tali yang Anda pegang. Apa yang terjadi dengan penutup?Ulangi kegiatan paragraf dua, kemudian masukkan tabung kaca yang tertutup ke

dalam wadah yang berisi air, kemudian lepaskan ujung benang yang Anda pegang. Apa yang terjadi dengan penutup? Dalam keadaan (b) isilah tabung kaca dengan air melalui ujung atas sampai sesaat tutup akan lepas dan perhatikan tinggi air dalam tabung sampai saat tutup akan lepas. Berapakah tinggi air dalam tabung kaca? Apa kesimpulan Anda?

Dengan adanya gaya ke atas (gaya archimides) yang bekerja pada benda yang berada di dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan keadaan benda di dalam zat cair, yaitu mengapung, melayang, atau tenggelam

F A=W ρc .V 2 . g=ρb . V b . g

ρc .V 2=ρb .V b

Keterangan :

Benda A terapung dalam zat cair Benda B melayang dalam zat cair Benda C tenggelam dalam zat cair Untuk benda A, dalam keadaan seimbang

Keterangan :ρc=massa jenis zat cairρb=massa jenisbenda

V 2=massabenda tercelupV b=massa jenisbenda

Karena V2 < Vb maka ρc > ρbDengan demikian syarat benda terapung dalam zat cair jika ρc > ρb

Penerapan Hukum Arcimedes dalam Kehidupan Sehari-hari1. Teknologi perkapalan seperti Kapal laut dan kapal Selam

Teknologi perkapalan merupakan contoh hasil aplikasi atau penerapan hukum Archimedes yang paling sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kapan laut

terbuat dari besi atau kayu yang di buat berongga dibagian tengahnya. Rongga pada bagian tengah kapal laut ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan badan kapal besar. Aplikasi ini bedasarkan bunyi hukum Archimedes dimana gaya apung suatu benda sebanding dengan banyaknya air yang ipindahkan. Dengan menggunakan prinsip tersebut maka kapal laut bisa terapung dan tidaktenggelam. Berbeda dengan kapal selam yang memang di kehendaki untuk bisa tenggelam di air dan juga mengapung di udara. Untuk itu pada bagian tertentu dari kapal selam di persiapkan sebuah rongga yang dapat menampung sejumlah air laut yang bisa di isi dan di buang sesuai kebutuhan. Saat ingin menyelam, rongga tersebut di isi dengan air laut sehingga berat kapal selam bertambah. Sedangkan saat ingin mengapung, air laut dalam rongga tersebut di keluarkan sehingga bobot kapal selam menjadi ringan dan mampu melayang di permukaan.

2. Alat pengukur massa jenis (Hidrometer)Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Hidrometer merupakan contoh penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari yang paling sederhana. Cara kerja hidrometer merupakan realisasi bunyi hukum archimedes, dimana suatu benda yang dimasukan kedalam zat cair sebagian atau keseluruhan akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Seberapa banyak air yang dipindahkan oleh hidrometer akan tertera pada skala yang terdapat pada alat hidrometer.

3. Jembatan PotonJembatan poton adalah sebuah jembatan yang terbuat dari kumpulan drum-drum kosong yang melayang diatas air dan diatur sedemikian rupa sehingga menyerupai sebuah jembatan. Jembatan poton disebut juga jembatan apung. Untuk bisa dijadikan sebagai jembatan, drum-drum tersebut harus berada dalam kondisi kosong dan tertutup rapat sehingga udara di dalamdrum tidak dapat keluar dan air tidak dapat masuk kedalam. Dengan cara itu berat jenis drum dapat diminimalkan sehingga bisa terapung di atas permukaan air

4. Teknologi Balon UdaraBalon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Jadi ternyata aplikasi hukum Archinedes tidak hanya berlaku untuk benda cair tetapi juga benda gas. Untuk dapat terbang melayang di udara, balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer, sehingga, balon udara dapat terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang dipanaskan. Udara yang dipanaskan memiliki tingkat kerenggangan lebih besar daripada udara biasa. Sehingga masa jenis udara tersebut menjadi ringgan.

Soal-soal :1. Mengapa air dan minyak tidak bisa bersatu?

A. Karena beratnya berbedaB. Karena massa jenisnya berbedaC. Karena pengaruh sifat kohesiD. Karena penaruh sifat adhesiE. Karena massanya berbeda

2. Besar tekanan hidrostatis pada dasar bejana :(1) Sebanding dengan berat zat cair(2) Sebanding dengan tinggi permukaan zat cair dari dasar bejana(3) Sebanding dengan luas alas bejana(4) Sebandinf dengan berat jenis zat cairnyaPernyataan yang tepat adalah ....A. (1),(2), dan (3)B. (1) dan (3)C. (2) dan (4)D. (4) sajaE. Semuanya benar

3. Titik A dan B berada dalam air. Kedalaman titik A dan B dari permukaan air masing-masing 10 cm dan 40 cm. Perbandingan tekanan hidrostatis di titik Adan titik B adalah .... A. 1 : 5 B. 4 : 1 C. 3 : 2D. 1:4E. 1:1

4. Perhatikan ganmbar berikut !

Jika A2=3A1 dan F2=0,75F1 , berapakah nilai P2?A. 0,25 P1

B. Sama dengan P1

C. Lebih besar dari P1

D. 3 P1

E. 2,25 F1

5. Perhatikan gambar berikut !

Berapakah massa zat air yang dioindahkan?A. 20 gramB. 60 gramC. 80 gramD. 168 gramE. 140 gram

Uraian 1. Pada sebuah pipa U mula-mula dimasukkan air, kemudian pada kaki kiri pipa U

dimasukkan lagi suatu zat cair setinggi 20 cm yang menyebabkan tinggi permukaan air pada kaki kanan pipa U lebih tinggi 16 cm terhadap permukaan air yang ada pada kaki kiri pipa U. Jika massa jenis air = 1 gr/cm3, maka berapakah massa jenis zat cair tersebut?

2. Sebuah dongkrak hidrolik mempunyai dua buah torak yang masingmasing luas penampangnya 25 cm2 dan 45 cm2. Pada torak yang kecil diberi gaya sebesar 200 N ke bawah. Berapakah gaya yang bekerja pada torak yang besar?