YAYASAN WIDYA BHAKTISEKOLAH MENENGAH ATAS SANTA ANGELA

TERAKREDITASI AJl. Merdeka No. 24 Bandung 022. 4214714 – Fax. 022. 4222587

http//: www.smasantaangela.sch.id, e-mail : smaangela@yahoo.co.id _____________________________________________________________________

HANDOUT FISIKA KELAS X

(UNTUK KALANGAN SENDIRI)

FLUIDA

S T A T I S

Page 1 of 23

Apa yang kalian ketahui tentang fluida?

Fluida merupakan suatu himpunan yang berasal dari benda, seperti contoh; gas dan zat cair adapun sifat yang dimiliki suatu benda yang dikatakan fluida adalah memiliki suatu sifat tidak menolak pada perubahan bentuk, memiliki kemampuan untuk mengalir, dan memiliki kemampuan untuk menempati suatu wadah atau ruang.

Jika kalian sudah paham tentang pengertian fluida, apa pengertian dari statis?Statis merupakan nama sifat yang dimiliki oleh suatu objek atau benda jika berangsur-angsur dalam keadaan diam.

Jika kalian perhatikan dari dua pengertian di atas, apa yang bisa kalian simpulkan tentang pengertian “fluida statis”?Untuk pengertian fluida statis adalah suatu zat atau objek yang mempunyai kedudukan dalam keadaan diam atau tidak bergerak.

Bagaimana? Apakah sampai disini kalian dapat  memahami tentang pengertian dasar fluida statis?Baiklah, setelah kalian paham, berikut komponen-komponen yang berkaitan dengan hubungan fluida statis:

1. Massa jenisMassa jenis merupakan suatu ukuran kerapatan suatu benda, sehingga dapat dikatakan, jika suatu benda mengalami massa jenis yang besar, maka benda tersebut dapat dikatakan memiliki kerapatan yang besar pula, begitu juga sebaliknya. Berikut persamaan / rumus dari massa jenis:

Dengan keterangan sebagai berikut:ρ = lambang massa jenis atau biasa dikatakan rouh, dengan satuan (kg/m^3)

Page 2 of 23

m = massa benda, dengan satuan (kg)V = Volume benda, dengan satuan (m^3)

2. TekananTekanan (P) merupakan satuan ilmu fisika untuk menyatakan atau menyebutkan hasil dari gaya (F) dengan Luas (A), satuan tekanan digunakan dalam mengukur kekuatan dari suatu benda gas dan benda cair. Untuk lebih ringkasnya, tekanan merupakan hasil bagi antara gaya (F) dan luas penampang(A).Dengan asumsi , bahwa semakian besar gaya yang diberikan maka semakin besar pula tekanannya, akan tetapi sebaliknya, jika luas penampang tersebut besar, maka tekanan yang diberikan akan kecil.

Perhatikan persamaan berikut:

Dengan keterangan sebagai berikut:P = Tekanan, dengan satuan (pascal/Pa)F = Gaya, dengan satuan (newton/N)A = Luas penampang, dengan satuan (m2)

Tentu kalian sedikit bingung, dengan satuan yang saya cantumkan diatas, karena banyak versi pembahasan yang berbeda terkait dengan satuan tekanan, hal tersebut bukan dikarenakan ketidakpastian dari satuan tekanan tersebut, melainkan dalam satuan tekanan memiliki sifat konversi yang beragam untuk kalian pahami dalam menyelesaikan soal tentang tekanan. Dibawah ini merupakan hitungan konversinya:

Page 3 of 23

3. Tekanan hidrostatis

Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang dihasilkan oleh suatu benda atau objek yang mengalami gravitasi ketika didalam fluida. Oleh sebab itu bahwa besarnya tekanan yang dihasilkan tergantung dari massa jenis fluida, percepatan gravitasi bumi, dan ketinggian fluida atau zat cair tersebut.

Maka demikian, terkait dengan konsep tekanan hidrostatis yang saya jelaskan diatas, telah diketahui bahwa persamaan tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut:

Dengan keterangan sebagai berikut:P_h = tekanan hidrostatis (Pa)ρ = massa jenis fluida atau zat cair (kg/m^3)g = percepatan gravitasi (10 m/s^2)h = ketinggian atau kedalaman benda dari permukaan zat cair / fluida (m)

Berdasarkan rumus diatas, telah diketahui bahwa: Makin besar suatu massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan hidrostatis yang dihasilkan, dan jika semakin dalam benda pada zat cair tersebut, maka tekanan hidrostatis yang dihasilkan semakin besar pula.

Perlu diingat bahwa: mengukur besarnya kedalaman (h) harus memulai

Page 4 of 23

pengukuran dari permukaan zat cair, bukan dari bawah. Contoh mengukur ketinggian seperti diterapkan pada gambar di atas.

4. Tekanan mutlakTekanan mutlak merupakan tekanan dari keseluruhan total  yang dialami benda atau objek tersebut, sehingga mengaitkan dengan pengertian tersebut, dapat dirumuskan bahwa:

Dengan keterangan sebagai berikut:P= tekanan mutlak (Pa)P_o = tekanan udara luar (Pa)P_h = tekanan hidrostatis (Pa)

5. Hukum PascalHukum pascal yang berbunyi: "tekanan yang diberikan kepada fluida dalam sebuah ruangan tertutup akan diteruskan sama besar kesegala arah".Penerapan hukum pascal tersebut tertera, pada gambar dibawah ini:

Dengan keterangan sebagai berikut:

F1 = gaya pada permukaan A1 (N)F2 = gaya pada permukaan A2 (N)A1 = luas permukaan 1 (m2)

Page 5 of 23

A2 = luas permukaan 2 (m2)d1 = diameter permukaan 1d2 = diameter permukaan 2

6. Hukum ArchimedesHukum Archimedes menyatakan bahwa "suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya di dalam suatu zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan (didesak) oleh benda tersebut".

- Periatiwa Mengapung, Melayang, Tenggelam

Mengapung

Karena bendanya seimbang, maka :        Fy = 0    Fa – w = 0          Fa  =  w          Fa  =  mb g          Fa  = (b Vb) g(f Vbf) g = (b Vb) g

         b  = (Vbf/Vb) f Atau

b  = (Vbf/Vb) f

      = (A hbf / A hb) f

   b  = ( hbf / hb ) f

Dengan :rb  = massa jenis benda (kg / m3)

Page 6 of 23

f   = masa jenis fluida (kg / m3)hb  = tinggi benda (m)hbf = tinggi benda dalam fluida (m)

Kesimpulan :Benda  yang dicelupkan ke dalam fluida akan mengapung, bila massa jenis rata – rata benda lebih kecil daripada massa jenis fluida.

Syarat benda mengapung :

rb < rf

Melayang

Syarat benda melayang :           Fa = w(f Vbf) g = (b Vb) g           f  = b

Kesimpulan :Benda  yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang, bila massa jenis rata – rata benda sama dengan massa jenis fluida.

Syarat benda melayang:

b = f

Page 7 of 23

Tenggelam

Dengan cara yang sama di peroleh :

b > f

Kesimpulan :Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam, bila massa

jenis rata – rata benda lebih besar daripada massa jenis fluida.

7. TEGANGAN PERMUKAANTegangan PermukaanPernahkah kamu melihat nyamuk diam diatas permukaan air? atau pernahkah melihat air di daun talas membuat bulatan-bulatan air seolah tak bersatu dengan daun talas? atau mungkin sering melihat tetesan air yang bulat dari kran air? Semua itu merupakan contoh kehidupan sehari-hari dari tegangan permukaan cairan.

contoh:

Page 8 of 23

Tegangan Permukaan merupakan gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. egangan permukaan zat cair diakibatkan karena gaya yang bekerja pada zat cair tersebut.Dalam keadaan diam, permukaan zat cair akan membuat gaya tarik ke segala arah, kecuali ke atas. Hal itulah yang menyebabkan adanya tegangan permukaan.

Oleh karena itu tegangan permukaan memiliki persmaan sebagai berikut:

 Atau

Tegangan Permukaan pd Sebuah Bola

Tegangan Permukaan dalam kehidupan sehari-hari:

Page 9 of 23

gambar: wikipediaTegangan permukaan berhubungan dengan peristiwa yang disebut kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis) dan adhesi (gaya tarik menarik antara molekul tidak sejenis). Lihatlah klip kertas diatas yang berada diatas air dan tidak tenggelam meskipun memiliki massa jenis lebih besar dibandingkan dengan massa jenis air.

gambar: wikipediaDalam sebagian besar cairan, setiap molekul ditarik merata ke segala arah oleh molekul cairan tetangganya, menghasilkan gaya total dari nol.

Molekul-molekul di permukaan tidak memiliki molekul lain di semua sisinya dan oleh karena itu ditarik ke dalam.

Hal ini menciptakan beberapa tekanan internal dan memaksa permukaan cair untuk kontraksi ke daerah disekitar.

Page 10 of 23

gambar: wikipediaTegangan permukaanpun bertanggung jawab atas bentuk tetesan cairan. Meskipun mudah cacat, tetesan air cenderungditarik ke dalam bentuk bola dengan kekuatan kohesif dari lapisan permukaan.

Dengan tidak adanya kekuatan lain, termasuk gravitasi, tetes hampir semuacairan akan berbentuk bulat sempurna. Bentuk bulat meminimalkan"ketegangan dinding" yang diperlukan dari lapisan permukaan sesuai dengan hukum Laplace.

KapilaritasPeristiwa kapilaritas adalah naik turunnya permukaan zat cair melalui pipa kapiler. kapilaritas terjadi karenagaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya adhesi antara zat cair dan tabung kaca.

Seperti sebuah barometer dengan pipa kapiler yang sebagian diisi dengan air raksa, dan sebagian lagi rruang hampa udara (vakum). Perhatikan bahwa ketinggian air raksa di pusat tabung lebih tinggi dari pada tepi, membuat permukaan atas dari raksa berbentuk kubah. Pusat massa dari seluruh kolom air raksa akan sedikit lebih rendah jika permukaan atas raksa yang datar selama crossection seluruh tabung.

Page 11 of 23

Namun dengan berbentuk kubah memberikan luas permukaan sedikit kurang untuk seluruh massa raksa. Hal ini berguna untuk meminimalkan energi potensial total. Bentuk permukaan kubah diatas dikenal sebagai meniskus cembung. Jika sudut kontak antara cairan dengan tabung kapiler lebih dari 90 derajat maka bentuk permukaan cairan tertekan ke bawah yang disebut meniskus cekung. Perhatikan gambar di bawah ini:

warna merah sudut kontak kurang dari 90 derajat, warna biru sudut lebih dari 90 derajat, (wikipedia)

Adapun rumus/persamaan menghitung tinggi rendahnya atau naik turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler adalah:

Keterangan:= tinggi permukaan zat cair (m) = tegangan permukaan (N/m) = massa jenis zat cair (kg/m^3) = jari-jari (m) = percepatan gravitasi (m/s^2) = sudut kontak. Jika lebih besar dari 90°, cairan akan tertekan kebawah membentuk meniskus cekung.

Page 12 of 23

VISKOSITAS

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.AdvertismentViskositas atau Kekentalan Zat Cair

Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika kita berbicara viskositas kita berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas.Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar Fs= k η v, 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.Fs = 6 π η rv

Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.

Keterangan:

Fs : gaya gesekan stokes (N)η : koefisien viskositas fluida (Pa s)r : jari-jari bola (m)v : kelajuan bola (m/s)Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar dibawah. 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.

Page 13 of 23

Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida

Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnyasumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan berikut.

Untuk benda berbentuk bola seperti pada gambar diatas, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Keterangan:vT : kecepatan terminal (m/s)η : koefisien viskositas fluida (Pa s)R : jari-jari bola (m)g : percepatan gravitasi (m/s2)

Page 14 of 23

ρb : massa jenis bola (kg/m3)ρf : massa jenis fluida (kg/m3)

CONTOH-CONTOH DAN LATIHAN SOAL

1. Apabila sebuah kapal selam menyelam sedalam 100 m, berapa besar tekanan yang

dialami kapal selam tersebut (massa jenis air laut = 1,03 g/cm3).

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

2. Sebuah penekan hidrolik mempunyai penampang berbentuk lingkaran dengan

jari-jari pengisap kecil dan besar masing-masing 5 cm dan 40 cm. Jika pada

pengisap kecil dikerjakan gaya 200 N, berapa gaya yang dihasilkan pada

pengisap besar?\

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Page 15 of 23

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

3. Gaya sebesar 5 N pada pegisap yang kecil dari suatu pompa hidrolik dapat

mengangkat beban yang beratnya 300 N pada pengisap yang besar. Jika pengisap

yang kecil berpenampang 200 cm2, berapakah luas penampang pengisap yang

besar?

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

4. Batang jarum yang panjangnya 5 cm diletakkan perlahan-lahan diatas permukaan

air. Apabila tegangan permukaan air 8 x 10-2 N/m, berapa besarnya gaya pada

permukaan tersebut?

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Page 16 of 23

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

5. Sebuah batu yang volumenya 0,5 m3 tercelup seluruhnya ke dalam zat cair dengan

messa jenis 1,5 g/cm3. Jika percepatan gravitasi 10 ms-2, tentukan gaya ke atas

terhadap batu oleh air!

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

6. Balok kayu sedang terapung di permukaan air dan volume bagian balok yang

muncul di atas air sebesar 150 cm3. Jika massa jenis balok kayu adalah 0,6 g/cm3

dan massa jenis air 1 g/cm3. Tentukan massa balok kayu tersebut!

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Page 17 of 23

7. Tentukanlah tekanan hidrostatis yang dialami oleh seekor ikan yang sedang

berenang pada kedalaman 10 meter dari permukaan sungai.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

8. Jika seorang penyelam berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan

laut, tentukanlah tekanan total yang dialami penyelam tersebut. Diketahui

tekanan udara luar sebesar 105 N/m2.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

9. Sebuah pipa U diisi dengan minyak dan Raksa. Jika

ketinggian raksa h1 adalah 1,6 cm, maka

tentukanlah ketinggian minyak (h2 ). Diketahui

Page 18 of 23

massa jenis raksa dan minyak berturut-turut adalah 13,6 g/cm3 dan 0,8 g/cm3.

tekanan hidrostatis

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

10. Ke dalam sebuah pipa U dimasukkan air dan

minyak sehingga dicapai keadaan stabil seperti

pada gambar di bawah ini. Massa jenis air dan

minyak berturut-turut adalah 1000 kg/m3 dan

800 kg/m3. Tentukanlah perbedaan ketinggian

air dan minyak (Δh). tekanan hidrostatis

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Page 19 of 23

11. Jika sebuah benda dengan massa jenis 0,6 g/cm3 dimasukkan ke dalam air dan volume benda yang terapung 40 cm3, maka hitunglah volume benda tersebut.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Hitunglah gaya apung yang dialami oleh benda bervolume 400 cm3 yang dimasukkan ke dalam air dan berada dalam posisi melayang.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 5 N. Ketika ditimbang dalam air, beratnya seolah-olah 4 N. Hitunglah massa jenis benda tersebut.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Page 20 of 23

14. Sebuah balok bermassa jenis 0,6 g/cm3 terapung di atas minyak dengan massa jenis 0,8 g/cm3. Jika tinggi balok yang terapung adalah 4 cm, maka hitunglah tinggi total balok tersebut.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

15. Sebuah gabus terapung di atas air dengan bagian gabus yang berada dalam air sebesar 40% dari volumenya. Di atas air kemudian dituang minyak dengan massa jenis 0,8 g/cm3 sehingga 30% dari volume benda terendam dalam minyak. Hitunglah massa jenis benda tersebut.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Page 21 of 23

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

16.Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan air secara vertikalsudut

kontaknya 600, Jika tegangan permukaan air dalam 0,5N/m , maka tentukan

kenaikan air dalam tabung.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

17. Sebuah gotri yang berjari-jari 5,5 × 10−3 m terjatuh ke dalam oli yang memiliki massa

jenis 800 kg/m3 dan koefisien viskositasnya 110 × 10−3 N.s/m2. Jika massa jenis

gotri 2700 kg/m3, tentukan kecepatan terbesar yang dapat dicapai gotri dalam

fluida!

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Page 22 of 23

____________________________________________________________________Pembahasan

http://markasfisika.blogspot.com/

http://materi-forever.blogspot.co.id/2014/01/fluida-fluida-statis.html

http://bahanbelajarsekolah.blogspot.co.id/2015/03/soal-dan-pembahasan-tekanan-hidrostatis.html?en

Page 23 of 23