STATIKA FLUIDA(HIDROSTATIKA)

PHYSIC TASKDisusun sebagai salah satu tugas kelompok mahasiswa dalam bidang studi fisika kelas B

Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh:1. Ahmad Zikri NIM: 1404011122. Bima Nugraha NIM: 1404011183. Robin NIM: 1404010934. Pasaribu Octian Putra Pandapotan NIM: 1404010855. Tumpal Ramos SimangunsongNIM: 140401109

UNIVERSITAS SUMATERA UTARAMEDAN2014STATIKA FLUIDA Fluida dikatakan statis, jika fluida tersebut diam ( v = 0 ) atau bergerak dengan kecepatan tetap ( a = 0 ). Pada fluida yang diam, tidak terjadi tegangan geser () di antara partikel-partikelnya, dan untuk zat cair akan mempunyai permukaan horisontal dan tekanan yang tetap. Apabila suatu benda berada di dalam zat cair yang diam, maka akan mengalami gaya yang diakibatkan oleh tekanan zat cair.Tekanan tersebut bekerja tegak lurus terhadap permukaan benda Massa Jenis dan TekananMassa jenis () bahan yang homogeny didefinisikan sebagai massa (m) per volumenya (V);

Satuan massa jenis dalam SI adalah .Tekanan (p) secara umum didefinisikan sebagai gaya normal (F) per satuan luas perrmukaan (A).

Satuan massa jenis dalam SI adalah pascal ( singkatan Pa, 1Pa = 1 ).Hukum PascalHukum Pascal (1623-1662) menyatakan bahwa di dalam zat cair yang diam, tidak terjadi tegangan geser ( = 0 ) dan tekanan ( p ) pada suatu titik di dalam zat cair tersebut adalah sama besar ke segala arah (isotropic). Tekanan ini dinamakan tekanan hidrostatik (hydrostatic pressure).

Berdasarkan hukum Pascal, maka berlaku:p1 = p2 = p3 = p4 = p1 = p2 = p3 = p4Prinsip pascalTekanan yang diberikan suatu fluida tertutup diteruskan tanpa berkurang besarnya pada setiap bagian fluida dan dinding-dinding dimana fluida tersebut berada.Jadi bila tekanan luarnya diperbesar maka perubahan tekanan pada sembarang titik sam dengan .prinsip archimedesBila sebuah benda seluruhnya atau sebagian dicelupkan kedalam fluida yang diam mendapat gaya apung ke atas seberat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.Jadi gaya resultan ke atas mempungai besar yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut, dan garis kerjanya melalui pusar berat fluida.Contoh penerapan hokum Archimedes:1. sebuah kapal besi yang besar dapat terapung di laut.2. Kita dapat merasakan bahwa saat mandi di kolam renang tubuh akan terasa lebih ringan.3. Bagan ikan dilaut dapat terapung karena ditopang oleh pelampung di bawahnya, Naiknya balon udara.DllPersamaan hk. Archimedes: FA = .g.VKeterangan : FA = gaya keatas atau gaya Archimedes (N) = massa jenis zatcair atau fluida ( kg/m3)g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)V = volume zat cair atau fluida yang dipindahkan (m3)Peristiwa-peristiwa berdasarkan ukum Archimedes:1. Terapung ;Jika benda sebagian atau seluruh bagiannya berada diatas permukaan cairan.Gaya ke atas lebih besar daripada berat benda (FA > w)cairan . g .V cairan > benda . g . Vbendakarena : V cairan > V benda maka : cairan > benda2. Melayang; Jika seluruh bagiannya berada dalam cairan. Gaya ke atas sama dengan berat benda (FA = w)cairan . g .V cairan = benda . g . Vbenda cairan = benda3. Tengggelam Gaya ke atas lebih kecil daripada berat benda (FA < w)cairan . g .V cairan < benda . g . Vbenda cairan < benda

Variasi Tekanan dalam Fluida yang DiamBila fluida dalam keadaan diam mempunyai sebuah permukaan bebas, maka tekanan pada permukaan tersebut () sama dengan tekanan atmosfer (Pa); sehingga tekanan disuatu titik (ambil titik 1) misalkan tekanan nya , maka:

Dengan adalah kedalaman dihitung dari permukaan bebas Tekanan Atmosfer dan ManometerUdara di atmosfer mempunyai berat, oleh karena itu udara tersebut dapat menimbulkan tekanan pada permukaan bumi. Rapat massa udara tidak konstan, tergantungpada ketinggian, temperatur, dan kelembaban. Kondisi ini menyebabkan tekanan atmosfer, yang disebabkan oleh berat udara (atmosfer) di atas permukaan bumi sulit dihitung. Tekanan atmosfer dapat diukur berdasarkan tinggi kolom zat cair yang bisa ditahan. Di permukaan air laut, tekanan yangditimbulkan oleh kolom udara seluas 1 cm2 dan setinggi atmosfer adalah sebesar1,03 kgf, atau dapat juga ditunjukan oleh 10,3 m air atau 76 cm air raksa (Hg).Manometer adalah alat yang menggunakan kolom zat cair untuk mengukur perbedaan tekanan antara dua titik. Prinsip manometer adalah apabila zat cair dalam kondisi keseimbangan, maka tekanan di setiap titik pada bidang horisontal untuk zat cair homogen adalah sama. Manometer ada beberapa macam, antara lain: piezometer, manometer tabung U, manometer mikro, dan manometer differential.KESIMPULANZat 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 biasanya 10 m.s-2 atau 9,8 m.s-2 h = kedalaman ( m ) Apabila fluida terletak pada tempat yang terbuka atau berhubungan dengan udara luar maka fluida tersebut juga akan mendapatkan tekanan udara / 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 .

Contoh Soal :1. Sebuah balok dari perak bila ditimbang di udara berat 0,63 N. Jika balok tersebut diikat dengan tali yang massanya boleh diabaikan, kemudian dimasukkan me dalam minyak yang kerapatannya 870 kg/m3 dan ditimbang lagi ternyata menjadi 0,5778 N. Berapakah berat balok bila dimasukkan ke dalam bensin yang kerapatannya 700 kg/m3 ( g = 10 m/detik )Penyelesaian :

Ketika balok dimasukkan ke dalam minyak, balok tersebut mendapat gaya ke atas sehingga beratnya berkurang . Jadi, gaya ke atas dalam minyak : FA = (0,63 0,5778) N = 0,0522 NRumus , FA = V..g0,0522= V. 870 . 10 ; volume balok (V) = 6.10-6 m3FA dalam bensin= V..g= 6.10-6 . 700 . 10 = 42 . 10-3 N = 0,042 NJadi berat balok dalam bensin = berat di udara - FA dalam bensin= (0,63 0,042)= 0,588 N2. Sebuah balok kubus dari kayu yang rusuknya 10 cm dan kerapatannya 0,5 gr/cc terapung di dalam sebuah bejana berisi air.Sejumlah minyak dengan kerapatan 0,8 gr/cc dituangkan ke dalam bejana yang sama, sehingga permukaan atas lapisan minyak berada 4 cm di bawah permukaan atas balok.Jika tekanan atmosfer 1,013 x 105 N/m2, maka besarnya tekanan yang dirasakan permukaan bawah balok adalah....kilopascal.

Pembahasan:Fluida statis, data dari soal adalah sebagai berikut:b = 0,5 gr/cm3m = 0,8 gr/cm3

Sketsa kubus dalam air setelah dituang dengan minyak seperti gambar berikut: Jadi akan di cari terlebih dahulu, berapa ketebalan lapisan air dan lapisan minyak yang tentunya berubah dibandingkan sebelumnya.Gaya-gaya yang bekerja pada balok adalah berat balok (wb), gaya angkat oleh air (Fa) dan gaya angakt oleh minyak (Fm), dalam kondisi seimbang. Dengan A adalah luas penampang bawah balok, dan ketebalan minyak dimisalkan x, maka ;

Tebal minyak = 5 cm, dan tebal air = 1 cm, sehingga Dengan semua satuan ke MKS maka

3. Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat beban.

Jika jari-jari pada pipa kecil adalah 2 cm dan jari-jari pipa besar adalah 18 cm, tentukan besar gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat beban 81 kg !

Pembahasan:Diketahui : m = 250 kg r1 = 2 cm w = mg = 810 N r2 = 18 cmdit. F =.?

Jika diketahui jari-jari (r) atau diameter (D) pipa gunakan rumus: Maka dapat diperoleh ;

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)!

Pembahasan:Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.

5. Perhatikan gambar berikut: Sebuah pipa U diisi dengan 4 buah zat cair berbeda hingga seperti gambar. Tentukan persamaan untuk menentukan besarnya massa jenis zat cair 1

Pembahasan: PA = PB P1 + P4 = P2 + P31 g h1 + 4 g h4 = 2 g h2 + 3 g h3g bisa dicoret sehingga didapatkan

1 h1 + 4 h4 = 2 h2 + 3 h3 1 h1 = 2 h2 + 3 h3 - 4 h4Sehingga,1 = ( 2 h2 + 3 h3 - 4 h4) : h1

6. Sebuah benda berbentuk balok berada pada bejana yang berisikan air dan minyak. 50% dari volum balok berada di dalam air, 30% berada dalam minyak seperti terlihat pada gambar berikut. Tentukan massa jenis balok tersebut! Diketahui massa jenis air adalah 1 g/cm3 dan massa jenis minyak 0,8 g/cm3

Pembahasana) Gaya-gaya yang bekerja pada balok adalah sebagai berikut: Berat benda; w = mg Karena massa benda belum diketahui, masukkan m = vB sehingga w = v g dengan vB adalah volum balok.Gaya ke atas yang bekerja pada balok oleh air; Fair = a va g dengan va adalah volume air yang dipindahkan atau didesak oleh balok (50%v = 0,5 vB).Gaya ke atas yang bekerja pada balok oleh minyak; Fm = m vm g dengan vm adalah volume minyak yang dipindahkan atau didesak oleh balok (30% vB = 0,3 vB).Gaya yang arahnya ke atas sama dengan gaya yang arahnya ke bawah:

7. Sebuah pipa vertikal terpasang di dalamnya sebuah pegas dan sebuah penampang lingkaran dari karet berjari-jari 10 cm seperti terlihat pada gambar berikut. Suatu zat cair dengan massa jenis 800 kg/m3 kemudian dimasukkan ke dalam pipa hingga setinggi 35 cm. Pegas tertekan ke bawah hingga posisinya setinggi h. Jika konstanta pegas adalah 200 N/m dan percepatan gravitasi 10 m/s2 tentukan nilai h!Pembahasan:Tentukan dulu perubahan panjang pegas akibat diisinya pipa dengan cairan:Gaya dari pegas = Gaya dari zat cair

Dengan demikian, h = 50 cm 44 cm = 6 cm

8. Sebuah balok yang memiliki massa 4 kg dan volume 5 104 m3 berada di dalam air digantung menggunakan sebuah pegas seperti gambar berikut.

Jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan konstanta pegasnya 140 N/m maka pertambahan panjang pegas ditinjau dari saat pegas tanpa beban adalah.... PembahasanGaya-gaya yang bekerja pada balok yaitu gaya berat balok w = mbg arahnya ke bawah, gaya angkat yang berasal dari air Fa = agVa arahnya ke atas, dan gaya pegas Fp = kx arahnya ke atas. Ketiganya dalam kondisi seimbang. Karena seluruh balok berada di dalam air, maka volume air yang dipindahkan sama dengan volume balok. Dengan massa jenis air a =1000 kg/m3 dan g = 10 m/s2 diperoleh hasil:

DAFTAR PUSTAKAhttp://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/37-fluida-statis

http://fisikastudycenter.com/olimpiade-fisika/317-soal-pembahasan-osn-guru- fisika-sma-part-2

http://juhernaidi.blogspot.com/2013/06/materi-dan-contoh-soal-fluida- statis.htmlFuroidah inany. 1994. FISIKA DASAR I. penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.