MODUL FLUIDA STATIS

| MODUL FISIKA SMA XI 1

FLUIDATekanan HidrostatikakkkCair

Tegangan Permukaan

Hukum Pokok Hidrostatika

Fluida Dinamik

Fluida Statis

Gass

Fluida Archimedes

Gaya Angkat ke Atas

Hukum Pascal

Tekanan yang Diteruskan ke Segala Arah

memenuhi

Diklasifikasikan dalam keadaan keadaan

Dapat berwujud

memiliki

Diatur oleh Diatur oleh

Menyatakan adanya Menyatakan adanya

memiliki

PETA KONSEP


Perhatikanlah serangga yang sedang diam di atas permukaan air.

Mengapa serangga tersebut dapat berdiri di atas permukaan air?

Bagaimanakah hukum Fisika menerangkan peristiwa ini? Peristiwa

serangga yang sedang berdiam diri di atas permukaan air seperti pada

gambar, berhubungan dengan salah satu sifat air sebagai fluida, yaitu

tegangan permukaan. Oleh karena adanya tegangan permukaan zat

cair, serangga dan benda-benda kecil lainnya dapat terapung di atas

permukaan air

1. Fluida

Materi dibedakan menjadi tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas. Benda

padat, cair dan gas. Benda padat mempunyai tidak dapat

berubah bentuk dan ukurannya juga tetap sehingga tidak


Gambar: Air dalam gelas adalah fluida statik

langsung terjadi perubahan volume ataupun bentuk jika terdapat gaya yang

bekerja pada benda itu. Keadaan yang berbeda terjadi pada zat cair dan gas. Zat

cair tidak mempunyai bentuk yang berbeda dan volume nya tetap sedangkan gas

tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap. Oleh karena itu, zat cair dan gas

memiki kemampuan mengalir.Zat yang memiiliki kemampuan mengalir

digolongkan ke dalam fluida.

Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir dibatasi pada zat

mengalirkan seluruh bagian-bagiannya ke tempat lain dalam waktu yang

bersamaan. Zat alir mencakup zat yang dalam wujud cair dan gas. Fluida statik

meninjau fluida yang tidak bergerak. Misalnya air di gelas, air di kolam renang,

air dalam kolam, air danau, dan sebagainya.

Penggolongan fluida menurut sifat-sifatnya dibedakan menjadi dua, yaitu

fluida ideal dan sejati. Fluida ideel hanya sebgai

permodelan dan tidak ada dalam kehidupan. Adapun ciri-

ciri fluida ideal antara lain: tidak dapat di kompresible atau ditekan dan

berpindah tanpa adanya gesekan. Fluida sejati merupakan jenis fluida yang

terdapat dalam kehidupan dengan ciri-ciri antara lain fluida dapat dikompresible

dan mengalami gesekan saat berpindah atau mengalir.

Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida

berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis yang akan

dibahas pada subbab ini di antaranya tekanan dan tekanan hidrostatik, tekanan

total, Hk. Pascal, Hk. Archimedes, tegangan permukaan, gejala kapilaritas, gejala

meniscus dan viskositas serta gaya stokesnya.

2. Massa Jenis

Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah

pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya

kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada

sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi

tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa

setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat

alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda

| MODUL FISIKA SMA XI 5Dimana :

= tekanan (N/m2)

F = gaya (N)

A = Luas (m2)

homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Secara matematis,

massa jenis dituliskan sebagai berikut.

Fluida memiliki beragam massa jenis tergantung pada jenis masing-

masing fluidanya, seperti yang tertera pada tabel 1:

Tabel 1. Bahan Zat dan Massa jenisnya


ρ=mV

Dimana :

= tekanan (N/m2)

F = gaya (N)

A = Luas (m2)

Dimana :

= tekanan (N/m2)

F = gaya (N)

A = Luas (m2)

P= FA

1 P

a: 1

N/m

21

atm

:76

cm H

g1

mb

:0,0

01 b

ar1

bar

:105

Pa

1atm

:1,0

1x10

5 P

a

NOTE

3. Tekanan3.1. Tekanan Pada Zat Padat

Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu

permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara

matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.

Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan

bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang

yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas

bidang yang besar.

Satuan dan dimensi tekanan

Satuan SI untuk gaya adalah N dan luas adalah m2sehingga sesuai

dengan persamaan (2), maka:

Satuan tekanan = satuan gaya

satuan tekanan =

N

m2 = N. m−2

Dan untuk menghormati Blaise

Pascal, seorang ilmuwan berkebangsaan

Prancis yang menemukan prinsip Pascal,

maka satuan tekanan dalam SI dinamakan

juga dalam Pascal (disingkat Pa), 1 Pa = 1

Nm-2. Untuk keperluan lain dalam

pengukuran, besaran tekanan juga biasa

dinyatakan dengan: atmosfere (atm), cm-raksa (cmHg), dan milibar

(mb).


Dimana :

P = tekanan (N/m2)

F = gaya (N)

A = Luas (m2)

Sebuah kursi yang massanya 6 kg memiliki empat kaki yang luas penampangnya

masing- masing adalah 1 x10−3 m2. Tentukan tekanan kursi trrhadap lantai jika

percepatan gravitasi g=10 m /s2

Penyelesaian :

Lantai mengalami tekanan akibat berat kursi yang tertumpu pada keempat

kakinya.

Berat kursi

w = m. g= (6kg) (10 m/s2) = 60 N

Luas alas keempat kaki kursi,

A = 4 (1 x10−3 m2 ) = 4 x 10−3 m2

Tekanan Kursi terhadap lantai

p = FA =

wA =

60 N

4 x 10−3 m2 = 15 x 103 Pa

CONTOH SOAL


Gambar 1. Bejana terisi fluida setinggi h, akan mengalami tekanan hidrostatik sebesar ph

3.2. Tekanan HidrostatisTekanan hidrostatis disebabkan

oleh fluida tak bergerak. Tekanan

hidrostatis yang dialami oleh suatu

titik di dalam fluida diakibatkan oleh

gaya berat fluida yang berada di atas

titik tersebut. Perhatikanlah Gambar 1. Jika besarnya tekanan hidrostatis

pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat

dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan

bejana (A) sehingga dirumuskan :

p = FA =

Gaya Berat fluidaLuas permukaan bejana

Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan

percepatan gravitasi bumi, ditulis p=mfluida g

A . Oleh karenam=ρ V ,


1. Sebuah balok memiliki panjang, lebar, dan tinggi berturut- turut 80 cm,

50 cm dan 20 cm. Hitunglah tekanan maksimum dan minimum yang

dapat dilakukan balok pada suatu permukaan datar, jika massa jenis

balok 5 g/cm3 dan percepatan gravitasi (g= 10 m/s2) adalah…?

2. Berapakah gaya yang diberikan pada bola dengan jari bola 14 m

dengan tekanan 3 x 105 Pa..?

Latihan 1

Gambar 2. Tekanan hidrostatik pada titik A-B-C-D-E besarnya sama

CONTOH SOAL

persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai p= ρ VgA

. Volume fluida

di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana

(A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan

di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi:

p = ρ ( A h ) g

A = ρ h g

Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya

dituliskan sebagai berikut:

Tekanan hidrostatis pada suatu

perairan sedalam 8 km lebih besar

dibandingkan dengan perairan yang

kedalamanya 5 km, mengapa demikian?

Perhatikan gambar 2. Manakah yang memiliki

tekanan hidrostatis paling besar ? Besarnya

tekanan hidrostatis pada gambar 2 adalah

sama besar. Hal ini karena besarnya tekanan

hidrostatis hanya bergantung pada kedalaman

suatu permukaan bukan bentuk

permukaannya.


Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan

hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s² dan tabung berisi:

a. air,

b. raksa, dan

Penyelesaian;

Diketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/s²

a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:

Ph = gh = (1.0001.000 kg /m3) (10 m/s²

) (0,3 m) = 3.000 N/m²

b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa:

Ph = ρgh = (13.6001.000 kg /m3) (10 m/s²

) (0,3 m) = 40.800 N/m²

ph = ρ gh

Dimana ph : tekanan hidrostatis (N/m2),

: massa jenis fluida (kg/m3),g : percepatan gravitasi (m/s2), danh : kedalaman titik dari permukaan

CONTOH SOAL

Gambar. Tekanan hidrostatik pada titik a sebesar pa

3.3. Tekanan Mutlak


Seekor ikan berada pada kedalaman 4 m dari permukaan air sebuah danau. Jika

massa jenis air 1.000 kg /m3, tentukan tekanan hidrostatik yang dialami ikan,Penyelesaian:

Kedalaman h = 4 m ❑air = 1.000 kg /m3

Po = 1 atm = 1 x 105 N/m²

Tekanan hidrostatik yang dialami ikan

Ph = g h = (1.000 kg /m3 ¿ x (10 m/s²) x 4 m = 4 x 104N/m²

Latihan 2

1. Tabung setinggi 25 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan

hidrostatik pada dasar tabung, jika g= 10 m/s² dan tabung berisi:

a. Air, = 1.000 kg /m3

b. Raksa, = 13.600 kg /m3

c. Etanol, = 810 kg /m3

2. Di dalam sebuah tabung yang tingginya 1 meter, terdapat air dan raksa.

Tentukan perbandingan tinggi air dan raksa dalam tabung agar tekanan

hidrostatik di dasar tabung 44,8 x 103 Pa. (Diketahui: ❑air = 1 g /c m3, ❑raksa =

13,6 1 g /c m3dan g =10 m/s2)

CONTOH SOAL

Bagaimana besar tekanan jika pada permukaan terkena udara luar ?

Perhatikan gambar 3. Pada permukaan fluida yang terkena udara luar,

bekerja tekanan udara luar yang dinyatakan dengan p.

Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan, besarnya tekanan total atau

tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida sebesar .


Dimana :

p0 = tekanan udara luar = 1,013 × 105 N/m2,

pA = tekanan total di titik A (tekanan

mutlak).

Suatu tempat didasar danau memiliki kedalaman 20 m. Jika massa jenis air

danau 1 g/ cm3, percepatan gravitasi g = 10 m/s2

, dan tekanan diatas permukaan

air sebesar 1 atm, tentukan:

a. Tekanan hidrostatika di tempat tersebut,

b.Tekanan total di tempat tersebut.

Penyelesaian:

Tekanan hidrostatik

Ph = ρa g h = 1000 kg¿m3 x 10 m/s2

x 20 m = 2 x 105 Pa

Tekanan total adalah jumlah tekanan hidrostatika dan tekanan

atsmosfer

P = Po + Ph = 1,03 x 105 Pa + 2 x 105

Pa = 3.013 x 105 Pa

Latihan 3

Tekanan total di titik A dan B

pada bejana U yang terisi

fluida homogen adalah sama

besar, pA = pB.

4. Hukum Pokok Hidrostatis

Tekanan hidrostatik pada suatu titik

bergantung pada massa jenis dan letak titik

tersebut dibawah permukaan zat cair. Hal ini

berarti tekanan hidrostatik hanya bergantug

pada letak titik tersebut atau kedalaman. Hal ini dapat ditarik kesimpulan bahwa

semua titik yang terletak pada bidang datar di dalam satu jenis fluida zat cair

memiliki tekanan yang sama. Pernyataan ini disebut “hukum pokok

hidrostatika”

Sehingga dapat dirumuskan :

Pa=Pb

P0+ρ1 h1 g=P0+ρ2 h2 g

ρ1 h1=ρ2 h2


1. Seekor lumba- lumba menyelam dalam laut dan mengalami tekanan hidrostatik

sebesar tiga kali tekanan atsmosfer. Jika massa jenis laut = 920 kg¿m3, tentukan

kedalaman lumba- lumba tersebut. (1 atm= 1,03 x 105 Pa dan g= 10 m/s2)

2. Tabung setinggi 20 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan total pada

dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:

Air, ❑air = 1.000 kg /m3 Etanol, ρ = 810 kg /m3

Sebuah pipa Uberisi air dan minyak ditunjukan pada gambar. Selisih tinggi kolom minyak dan air`pada kedua kaki adalah 3 cm. Jika massa zat cair 1000 kg/m3. Tentukan massa jenis minyakPenyelesaianPa=Pb

P0+ρminyak ha g=P0+ρair hb g

CONTOH SOAL

Dimana

ρ1 : massa jenis benda 1

ρ2 : massa jenis benda 2

h1 : jarak titik A terhdap permukaan fluida 1

h2 : jarak titik B terhdap permukaan fluida 2

5. HUKUM PASCAL

Suatu fluida yang berada di dalam ruang tertutup terdapat dua macam

tekanan yang bekerja pada fluida tersebut, yakni tekanan oleh gaya beratnya dan

tekanan yang dipengaruhi oleh udara luar. Jika tekanan udara luar pada

permukaan zat cair ndapat tambahan tekanan dalam jumlah yang sama.


Sebuah pipa Uberisi air dan minyak ditunjukan pada gambar. Selisih tinggi kolom minyak dan air`pada kedua kaki adalah 3 cm. Jika massa zat cair 1000 kg/m3. Tentukan massa jenis minyakPenyelesaianPa=Pb

P0+ρminyak ha g=P0+ρair hb g

Sebuah tabung berbentuk huruf U mula-mula diisi dengan air yang massa jenisnya

1gr/cm3. Pada kaki kiri tabung kemudian dituangkan minyak yang massa jenisnya

0,8 gr/cm3 setinggi 10 cm. Tentukan perbedaan ketinggian permukaan air dan

minyak pada kaki tabung.

Latihan 4

Gambar 4. Prinsip hukum pascal

Blaise Pascal (1623 – 1662) merupakan tokoh yang menyimpulkan

hasil penelitian yaitu tekanan yang diberikan kepada fluida pada ruang tertutup

akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar tanpa mengalami

pengurangan. Pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum pascal.

5.1. Persamaan Hukum Pascal

Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan

sebuah penghisap yang dapat bergerak maka

tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya

ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan

air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh

penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida

yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas

penampang berbeda. Penghisap pertama

memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yang

kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar)

Persamaan hukum pascal dirumuskan sebagai berikut:

P1=P2

F1

A1

=F2

A2

Sehingga :


Dimana

F1 = gaya pada pengisap pipa 1,

A1 = luas penampang pengisap pipa 1,

F2 = gaya pada pengisap pipa 2, dan

A2 = luas penampang pengisap pipa 2.

Sebuah dongkrak memiliki penghisap kecil 6cm dan penghisap besar diameternya 30 cm. Apabila penghisap kecil ditekan dengan gaya 400 N. Berapagaya yang dihasilkan pada penghisap besar ?Penyelesaian:

F2=( 306 )

2

× 400=10000 N

Contoh soal

Gambar 5. Dongkrak hidrolik

5.2. Penerapan Hukum Pascal

Peralatan yang menerapkan prinsip hukum pascal antara lain

dongkrak hidrolik, mesin pengangkat mobil dan resm hidrolik

a. Dongkrak hidrolik

Prinsip kerjanya

memanfaatkan hukum pascal

yakni Tekanan yang diberikan

pada suatu fluida dalam ruang

tertutup akan diteruskan ke

segala arah sama rata”.

Dongkrak hidrolik terdiri dari

dua tabung yang berhubungan


1. Dongkrak hidrolik memiliki penampung masing-masing berdiameter 20 mm

dan 50 mm. Berapa gaya minimum yang harus dikerjakan pada penampang

kecil untuk mengangkat mobil yang beratnya 5000 N

2. Pada tabung besar diletakkan mobil yang hendak diangkat. Ketika pengisap

pada tabung kecil diberi gaya, ternyata mobil terangkat ke atas. Jika berat

mobil 3 ton, diameter pengisap tabung besar 30 cm dan tabung kecil 5 cm,

serta g = 10 m/s2, maka hitunglah gaya yang harus diberikan agar mobil

terangkat naik!

Latihan 5

yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup

dan diisi cairan seperti pelumas (oli dkk). Apabila tabung yang

permukaannya kecil ditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut

tertekan. Besarnya tekanan yang diberikan oleh tabung yang permukaannya

kecil diteruskan ke seluruh bagian cairan. Akibatnya, cairan menekan pipa

yang luas permukaannya lebih besar hingga pipa terdorong ke atas

b. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Mesin hidrolik pengangkat mobil ini

memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak

hidrolik. Perbedaannya terletak pada

perbandingan luas penampang pengisap yang

digunakan. Pada mesin pengangkat mobil,

perbandingan antara luas penampang kedua

pengisap sangat besar sehingga gaya angkat

yang dihasilkan pada pipa berpenampang

besar dan dapat digunakan untuk mengangkat

mobil

6. Hukum Archimedes6.1. Gaya Apung dan Persamaan hukum Archimedes

Lakukan percobaan berikut: Ikatlah batu dengan benang,

kemudian pegang ujung lainnya secara vertikal, tarik tali perlahan- lahan

ketika batu masih di udara. Rasakan gaya tarik batu yang bergantung!

Sekarang celupkan batu kedalam ember, lalu tarik batu dengan

perlahan- lahan, lalu tarik dan rasakan gaya tarik yang anda berikan saat

batu tercelup semuanya.

Berdasarkan percobaan tersebut, berat benda di udara lebih berat

daripada berat benda di fluida. Berat benda di fluida sebenarnya tidak


Gambar benda terapunghttp://fisikamaker.blogspot.com

Gambar benda tenggelamhttp://fisikamaker.blogspot.com

berubah, tetapi air memberikan gaya ke atas kepada batu yang disebut

dengan gaya apung. Gaya apung diberi simbol Fa . Fa adalah selisih berat

benda di udara dengan berat benda yang tercelup oleh fluida.

Besarnya gaya apung dapat dirumuskan sebagai berikut:

6.2. Pengaruh Hukum Archimedes pada benda Gaya apung keatas memberikan pengaruh terhadap benda yaitu

a. Mengapung, Melayang dan TenggelamJika balok kayu dicelupkan seluruhnya ke dalam air, gaya apung lebih besar daripada gaya balok sehingga Fa w sehingga balok bergerak ke atassampai sebagian permukan balok muncul ke permukaan air Jika logam dimasukkan seluruhnya

ke dalam gelasyang berisi air tawar maka gaya apung lebih kecil dari gaya berat (Fa W) akibatnya logam bergerak ke bawah sampai menyentuh dasar gelas, peristiwa ini disebut tenggelam


Dimana:

FA = gaya ke atas (N),

ρ f = massa jenis fluida (kg/m3),

Vf= volume fluida yang

dipindahkan (m3), dan

g = percepatan gravitasi (m/s3).Sebuah kubus dengan sisi 0,2 m digantung secara vertikal dengan seutas

kawat ringan. Tentukan gaya yang dikerjakan fluida pada kubus itu:

a. Kubus dicelupkan seluruhnya kedalam air jika

b. Kubus dicelupkan

c. Penyelesaian

Kubus tercelup seluruhnya

V b , f =V kubus=0,2 x0,2 x0,2=0,008 m3

Fa=ρ f V bf g=1000 x0,008 x10=80 N

Gambar benda melayanghttp://fisikamaker.blogspot.com

Jika sebutir telur dicelupkan ke dalam air asin, maka gaya apung telur menjadi lebih besar daripada gaya beratnya

Fa W sehingga telur bergerak keatas sampai berhenti ketika telur berada diantara permukaan air dan dasar gelas. Peristiwa ini disebut melayang.

b. Syarat Benda Terapung, Tenggelam dan Melayang Adapun syarat benda dapat terapung, tenggelam dan melayang terlihat tabel 1.

Tabel 1. Kondisi bendaNo Kondisi benda Syarat1 Terapung Fa = w

(ρ¿¿b V b) g=( ρf V bf ) g¿

ρb=ρf V b , f

V b

ρb< ρf

Vb Vbf

2 Tenggelam Fa wρb> ρf

Vb=Vbf

3 Melayang Fa = wρb=ρf

Vb=Vbf


http://fisikamaker.blogspot.com/

http://fisikamaker.blogspot.com/

6.3. Penerapan Hukum Archimedesa. Kapal Laut


Sebuah benda memiliki volume 20 m3 dan massa jenisnya = 800 kg/m3. Jika

benda tersebut dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kg/m3,

tentukanlah volume benda yang berada di atas permukaan air.

PenyelesaianFa = w

(ρ¿¿b V b) g=( ρf V bf ) g¿800 x20=1000 xV bf

16000=1000 x V bf = 16Vbenda yngberada dipermukaan=20−16=4 m3

1. Sebuah benda terapung pada zat cair yang massa

jenisnya 800 kg/m3. Jika ¼ bagian benda tidak tercelup

dalam zat cair tersebut maka massa jenis benda ...

Latihan

Gbr. Kapal Laut sebagai aplikasi hukum archimedeshttp://sumedewiblog.wordpress.com

Gb. Galangan kapal yng menerapkan hk. Archimedeshttp:// mts-cibentang.blogspot. com

Gbr. Hidrometer sebagai aplikasi hk archimedeshttp://ainnurohmanovic.blogspot.com

Kapal laut terbuat dari baja

atau besi, dimana massa jenis baja

atau besi lebih besar daripada massa

jenis air laut. Tetapi mengapa kapal

laut bisa terapung?

Berdasarkan Hukum

Archimedes, kapal dapat terapung

karena berat kapal sama dengan gaya

ke atas yang dikerjakan oleh air laut, meskipun terbuat dari baja atau

besi. Badan kapal dibuat berongga agar volume air yang dipindahkan

oleh badan kapal lebih besar. Dengan demikian, gaya ke atas juga lebih

besar sehingga volume yang dipindahkan juga semakin besar. Kapal

laut didesain bukan hanya asal terapung, melainkan harus tegak dan

dengan kesetimbangan stabil tanpa berbalik. Kestabilan kapal saat

terapung ditentukan oleh posisi titik berat benda, dan titik di mana gaya

ke atas bekerja.

b. Galangan kapal

Untuk memperbaiki kerusakan pada

bagian bawah kapal, maka kapal

perlu diangkat dari dalam air. Alat

yang digunakan untuk mengangkat

bagian bawah kapal tersebut

dinamakan galangan kapal.Setelah

diberi topangan yang kuat sehingga

kapal seimbang, air dikeluarkan secara perlahan-lahan. Kapal akan

terangkat ke atas setelah seluruh air dikeluarkan dari galangan kapal.

c. Hidrometer

Hidrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa

jenis zat cair. Semakin rapat suatu cairan, maka semakin besar gaya dorong ke

arah atas dan semakin tinggi

hidrometer. Hidrometer terbuat dari

tabung kaca yang dilengkapi dengan

skala dan pada bagian bawah


Tegangan permukaan menyebabkan air yang

jatuh pada daun membentuk permukaan sekecil

mungkin. Peristiwa tersebut disebabkan adanya

gaya kohesi antarmolekul air lebih besar

daripada gaya adhesi antara air dan daun.

dibebani butiran timbal agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair. Jika

massa jenis zat cair besar, maka volume bagian hidrometer yang tercelup lebih

kecil, sehingga bagian yang muncul di atas permukaan zat cair menjadi lebih

panjang, Sebaliknya, jika massa jenis zat cair kecil, hidrometer akan terbenam

lebih dalam, sehingga bagian yang muncul di atas permukaan zat cair lebih

pendek.

7. Tegangan Permukaan

Jika kita meletakkan

sebuah jarum atau kilp kertas

dengan hati- hati, maka kedua

benda tidak tenggelam. Hal ini

karena adanya tegangan permukaan.

Perhatikan gambar disamping ini,

Mengapa bisa terjadi?

Perhatikan gambar ini

pada keadaan setimbang, gaya tarik

peluncur ke bawah sama dengan tegangan permukaan yang diberikan selaput

tipis larutan sabun pada peluncur. Berdasarkan gambar, gaya tarik peluncur ke

bawah adalah

F = w + T

Jika l adalah panjang peluncur kawat maka gaya F bekerja pada panjang

total 2l karena selaput tipis air sabun memiliki dua sisi permukaan. Dengan

demikian, tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya

tegangan permukaan F dengan panjang d tempat gaya tersebut bekerja yang

secara matematis dinyatakan dengan persamaan

Oleh karena d = 2 l, tegangan permukaan dinyatakan dengan persamaan


: tegangan permukaanF : gaya yang menyinggung

permukaan (N)l : panjang (m)

Gbr. Peristiwa kapilaritashttp://aktifisika.wordpress.com

Tegangan permukaan suatu zat cair yang bersentuhan dengan uapnya

sendiri atau udara hanya bergantung pada sifat-sifat dan suhu zat cair itu.

8. Kapilaritas

Kapilaritas disebabkan oleh interaksi

molekul-molekul di dalam zat cair. Di dalam zat

cair molekul-molekulnya dapat mengalami gaya

adhesi dan kohesi. Gaya kohesi adalah tarik-

menarik antara molekul-molekul di dalam suatu zat

cair sedangkan gaya adhesi adalah tarik menarik

antara molekul dengan molekul lain yang tidak

sejenis, yaitu bahan wadah di mana zat cair


Batang jarum yang panjangya 5cm diletakan secara perlahan- lahan di atas permukaan air. Apabila tegangan permukaan air 0,07 N/m. Tentukan besarnya gaya tegang permukaan pada jarum!

PenyelesaianF=γ .l

0,07 x 0,05=0,00035 N

Contoh soal

Mengapa mencuci dengan air hangat menghasilkan cucian yang lebih bersih daripada dengan air dingin ?

Latihan 7

Gbr. Contoh peristiwa kapilaritashttp://aktifisika.wordpress.com

Gbr. Digram gaya pada kapilaritashttp://budisma.web.id

berada. Apabila adhesi lebih besar dari kohesi seperti pada air dengan permukaan

gelas, air akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas sehingga air membasahi

kaca dan juga permukaan atas cairan akan melengkung (cekung). Keadaan ini

dapat menyebabkan cairan dapat naik ke atas oleh tegangan permukaan yang

arahnya keatas sampai batas keseimbangan gaya

ke atas dengan gaya berat cairan tercapai. Jadi air

dapat naik keatas dalam suatu pipa kecil yang

biasa disebut pipa kapiler. Inilah yang terjadi

pada saat air naik dari tanah ke atas melalui

tembok.

Air dapat merembes ke atas melalui

retakan tembok sehingga membasahi tembok. Satu

contoh kapilaritas. Gejala alam kapilaritas ini memungkinkan kita menghitung

tinggi kenaikan air dalam suatu pipa kapiler

berbentuk silinder/tabung dengan jari-jari r.

Kapilaritas dipengaruhi oleh adhesi dan kohesi. Untuk zat cair yang

membasahi dinding pipa (θ < 90°), permukaan zat cair dalam pipa naik lebih

tinggi dibandingkan permukaan zat cair di luar pipa. Sebaliknya, untuk zat cair

yang tidak membasahi dinding pipa (θ < 90°) permukaan zat cair di dalam pipa

lebih rendah daripada permukaan zat cair di luar pipa.

Misalkan Bentuk permukaan air

di dalam pipa kapiler yang berjari-jari

kapiler r, teganagn permukaan zat cair γ ,

massa jenis zat cair ρ, dan besarnya sudut

kotak θ. Permukaan zat cair menyentuh

dinding pipa sepanjang keliling lingkaran

2π .r. Permukaan zat cair menarik

dinding dengan gaya F = 2π .r.γ ,

membentuk sudut θ terhadap dinding ke

bawah.Sebagai reaksinya, dinding

menarik zat cair ke atas dengan gaya F = 2π .r.γ , membentuk sudut θ terhadap


dinding ke atas. Komponen gaya tarik dinding ke atas sebesar F. cos θ, diimbangi

dengan gaya berat zat cair setinggi y sehingga perumusannya:

Y =2. γ . cosθ

ρ .r . g

W = F . cos θ

m . g = 2π . r .γ . cos θ

ρ . V . g = 2π . r .γ . cos θ

ρ . π . r2 . y . g = 2π . r .γ . cos θ

Jadi:

9. Viskositas dan Hukum Stokes

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar

kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka

makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam

fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara

molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat

tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara

kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untuk

koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika Anda


y=2 . γ . cosθρ . r . g

Dimana:

y = naik/turunnya zat cair dalm kapiler (m)

γ= tegangan permukaan zat cair (N/m)

θ = sudut kontak

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

r = jari-jari penampang pipa (m)

Latihan 8

jika pembuluh xylem (pipa kecil yang mengangkut bahan makanan

dari tanah ke bagian atas sebuah pohon) memiliki radius 0,0010 cm,

hitunglah ketinggian air yang akan naik. Anggaplah sudut konak

0o,tegangan permukaan air = 0,072 N/m, dan g = 9,8 m/s2.

berbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak

mempunyai koefisien viskositas. Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan

v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebut

akan mengalami gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yang

bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium,

pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang

bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6 π r. Bila nilai k dimasukkan ke

dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut:

Perhatikan sebuah bola yang jatuh

dalam. Gaya-gaya yang bekerja pada bola

adalah gaya berat w, gaya apung Fa, dan

gaya lambat akibat viskositas atau gaya

stokes Fs. Ketika dijatuhkan, bola

bergerak dipercepat. Namun, ketika

kecepatannya bertambah, gaya stokes juga

bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang

sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan

terminal. Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama

dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka

pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan :

∑ F=0

Fa+ FS=W

ρ f V b ,f g+6 π r V T = ρb V b g

6 π rV T = ρb V b g−ρf V b , f g

6 π rV T = V b g ( ρb− ρf )


Fs = gaya stokes (N)

= koefisien viskositas (Nsm-2)

r = jari-jari bola (m) v= kece patan relative bola terhadapa

fluida (ms-1)

http://erviaudina.files.wordpress.com/2011/02/picture1.jpg

http://erviaudina.files.wordpress.com/2011/02/picture6.jpg

Maka: V T=V b g ( ρb−ρf )

6 π r

Untuk benda berbentuk bola, maka persamaannya menjadi seperti berikut :

w = Fs + FA

w FA =Fs

43 . r3 b. g –

43 r3 f g = 6 r v

43 . r3 g (b – f) = 6 r v

23 r2 g (b – f) = 3 v

=

29 r2 g (

ρb−ρc

v ) , disebut persamaan viskositas fluida.

Sedangkan persamaan kecepatannya adalah sebagai berikut.

v =

29 r2 g (

ρb−ρc

η )


V T=V b g ( ρb−ρf )

6 π r

dimana

η = koefisien visakositas (Nsm-2)

r = jari-jari bola (m)

g = percepatan gravitasi (ms-2)

v = kecepatan maksimum bola (ms-1)

ρb = massa jenis bola (kgm-3)

ρf = massa jenis fluida (kgm-3)


1. Sebuah bola baja massa jenisnya 8.000 kgm-3, dijatuhkan kedalam

gliserin yang massa jenisnya 1.300 kgm-3. Bola tersebut telah

bergerak beraturan (mencapai kecepatan maksimum), menempuh

jarak 20 cm dalam waktu 5 sekon. Jika jari-jari bola 1,5 mm,

percepatan gravitasi bumi 9,8 ms-2, berapa koefisien viskositas

gliserin?

Penyelesaian

v = st

= 4 x 10-2 m/s

η = 29

r 2. g

v (ρ’ – )

= 29

2,25 x 10−6 x 9,8

4 x 10−2 x 6.700

= 82,075 x 10 -2

= 8,2075 x 10-1 Ns/m2

2. Sebuah kelereng memiliki massa jenis 0,9 g/cm3 yang jari-jarinya

1,5 cm dijatuhkan bebas dalam sebuah tabung yang berisi oli yang

mempunyai massa jenis 0,8 g/cm3 dan koefisien viskositas 0,03 Pa

s. Tentukan kecepatan terminal kelereng tersebut?

Penyelesaian:

Contoh soal

http://duniafisikaasyik.files.wordpress.com/2012/06/anh.jpg


1. Sebuah kelereng dengan garis tengah 1 cm dijatuhkan bebas dalam oli yang berada dalam sebuah tabung, Tentukan kecepatan yang dapat dicapai kelereng tersebut di dalam oli. Jika massa jenis oli 800 kg/m3, koefisien viskositasnya 0,003 Pa s, massa kelereng 0,0026 kg dan percepatan gravitasinya 10 m/s2

2. Sebuah benda berbentk bola dengan diameter 2 cmdijatuhkan secara bebas dalam cairan tertentu yang massa jenisnya700 kg/m3. Tentukan koefisien fluida jika kecepatan terminal 4,9 m/s, massa jenis benda 7900 kg/m3 dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2

Latihan 9

RANGKUMAN

1. Fluida adalah suatu zat yang dapat berubah bentuk sesuai dengan wadahnya dan

dapat mengalir (zat cair & gas)

2. Fluida statis adalah fluida yang berada dalam suatu wadah yang akan

memberikan tekanan terhadap wadah

3. Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas

4. Hukum utama hidrostatik menyatakan bahwa tekanan hidrostatik pada

sembarang titik yang terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat cair

besarnya sama.

5. Hukum pascal menyatakan bahwa tekanan yang di berikan pada zat cair di dalam

ruang tertutup di teruskan sama besar ke segala arah.F1

F 1A 1 =

F 2A 2

6. Hukum Archimedes menyatakan bahwa jika sebuah benda tercelup sebagian atau

seluruhnya di dalam fluida akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama

dengan berat fluida yang di pindahkan.

7. Syarat benda

Benda akan terapung jika ρb < ρz,

Benda akan melayang jika ρb = ρz

Benda akan tenggelam jika ρb > ρz

8. Tegangan permukaan adalah kecenderungan zat cair seolah-olah terdapat selaput

atau lapisan yang tegang, sehingga dapat menahan benda. Hal ini terjadi karena


adanya gaya tarik menarik antara partikel zat cair (kohesi).

contoh: serangga air dapat berjalan di atas permukaan air, silet yang

mengambang dipermukaan air

9. Kapilaritas adalah peristiwa naik turunya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa

yang diameternya sangat kecil).

10.Viskositas adalah suatu kekentalan dari suatu fluida yang dimana kekentalan ini

dapat menentukan aliran

Tes Uji Kompetensi

A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!

1. Jika sebongkah batuan pada gambar bekerja dengan tekanan 50.000Pa, maka

massa bongkahan itu adalah ….

a. 10.000 kg

b. 25.000 kg

c. 50.000 kg

d. 100.000 kg

e. 250.000 kg

2. Suatu titik A dan B berada dalam air, kedalaman titik A dan B daripermukaan

masing-masing 10 cm dan 40 cm. Perbandingan tekanan hidrostatis di titik A

dan B adalah ….

a. 1:5

b. 4:1

c. 3:2

d. 1:4

e. 1:1


http://budisma.web.id/wp-content/uploads/2012/04/img12.png

3. Pada gambar diketahui massa jenis air 1gr/cm3, massa jenis minyak 0,8/cm3.

Jika balok kayu dengan sisi 10cm dan 20% bagiannya berada dalam air, maka

massa balok kayu ….

a. 440 gram

b. 640 gram

c. 840 gram

d. 940 gram

e. 1.040 gram

4. Segumpal es dalam keadaan terapung dilaut. Volume seluruhnya adalah 5.150

dm3. Jika massa jenis es = 0,9 kg/dm3, massa jenis air laut = 1,03 kg/dm3, maka

volume es yang menonjol dipermukaan air laut adalah ….

a. 550 dm3

b. 600 dm3

c. 650 dm3

d. 700 dm3

e. 750 dm3

5. Suatu kubus dari kayu dengan rusuk 10 cm massa jenisnya 0,6 gr/cm3. Pada

bagian bawahnya digantungkan sepotong besi yang volumenya

31,25cm3 dengan cara mengikat dengan benang, ternyata semuanya melayang

dalam minyak yang massa jenisnya 0,8 gr/cm3, maka massa jenis besi tersebut

adalah …

a. 7,8 gr/cm3

b. 7,6 gr/cm3

c. 7,4 gr/cm3

d. 7,2 gr/cm3

e. 7,0 gr/cm3


http://budisma.web.id/wp-content/uploads/2012/04/img22.png

6. Gaya apung terjadi karena adanya peningkatan kedalaman dalam suatu fluida,

maka ….

a. massa jensia berkurang

b. massa jensia bertambah

c. tekanan tetap

d. tekanan bertambah

e. tekanan berkurang

7. Sutu benda di udara yang beratnya 5 N dimasukan seluruhnya ke dalam air

yang mempunyai massa jenis 1 gr/cm3, ternyata melayang di dalam air. Besar

gaya ke atas yang dialami oleh benda tersebut adalah ….

a. 1 N

b. 2 N

c. 3 N

d. 4 N

e. 5 N

8. Sepotong kayu terapung dengan 1/5 bagian tercelup di dalam air. Jika ρair =

1.103kg/m3, maka massa jenis kayu adalah … kg/m3

a. 150

b. 175

c. 200

d. 250

e. 300

9. Gaya apung terjadi karena dengan meningkatnya kedalaman dalam suatu

fluida, maka ….

a. tekanan bertambah

b. tekanan berkurang

c. tekanan tetap

d. massa jenis bertambah

e. massa jenis berkurang

10. Sebuah tabung berdiameter 0,4 cm dimasukkan secara vertikal ke dalam air.

Sudut kontak antara dinding tabung dan permukaan air 60°. Jika tegangan


permukaan air = 0,5 N/m dan g = 10 m/s2, air pada tabung akan naik setinggi

….

a. 0,015 m

b. 0,025 m

c. 0,035 m

d. 0,045 m

e. 0,055 m

B. Uraian

1. Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.

Jika massa jenis air 1000 kg/m3 , percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan

tekanan udara luar 105N/m, tentukan :

a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan

b) tekanan total yang dialami ikan

2. Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti

gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas

penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa

diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan

anak agar batu bisa terangkat!

3. Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah

gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas

ukur seperti terlihat pada gambar berikut:

Jika percepatan gravitasi bumi adalah

10 m/s2 tentukan berat semu benda di

dalam air!


http://3.bp.blogspot.com/-9YDKUgPG9_s/TrqEsqUVuYI/AAAAAAAAAfY/9srO2gwzmUA/s1600/uhfluidastatis2.png

http://4.bp.blogspot.com/-RhPsfu_K-HQ/TrqEvIEybnI/AAAAAAAAAfw/35oT3KEC4hA/s1600/uhfluidastatis5.png

KUNCI JAWABAN SOAL

Latihan 5

1. 800 N

2. 8,44 N

Latihan 6

2700 kg/m3

Latihan 9

1. 3,3 m/s

2. 0,32 Pa s

Uji Kompetensi

Pilihan ganda

1. A

2. D

3. C

4. C

5. D

6. C

7. E

8. C


9. C

10. A

Uraian

1. 1,5 x 105 N/m2 dan 2,5 x 105 N/m2

2. 40 N

3. 3 N

DAFTAR PUSTAKA

1. Su’ud Z, 2010. Physics Bringing Science To Your Life SMA/MA.

Jakarta: Bumi Aksara

2. Kanginan M. 2000. Fisika SMA XI. Jakarta: Erlangga

3. Supiyanto. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Phibheta


MODUL FLUIDA STATIS

Education

Transcript of MODUL FLUIDA STATIS