More Related Content
What's hot (20)
Similar to MATERI FLUIDA STATIS (TEKANAN HIDROSTATIS, HUKUM PASCAL, DAN HUKUM ARCHIMEDES) (20)
Recently uploaded (20)
MATERI FLUIDA STATIS (TEKANAN HIDROSTATIS, HUKUM PASCAL, DAN HUKUM ARCHIMEDES)
- 1. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Fluida memiliki beberapa sifat, di antaranya adalah tidak menolak pada perubahan bentuk, memiliki kemampuan untuk mengalir, dan memiliki kemampuan untuk menempati suatu wadah atau ruang. Dari jenis-jenis zat yang telah diketahui, yang memiliki sifat fluida tersebut hanyalah zat cair dan gas. Fluida dibagi menjadi dua, yaitu fluida statis dan fluida dinamis. Pada sesi ini, kita akan belajar tentang fluida statis, yaitu fluida yang diam/tidak mengalir. Ada beberapa hukum dasar dalam fluida statis. Namun, sebelum mempelajarinya, kita harus mengetahui beberapa sifat penting dan besaran-besaran yang terlibat dalam pembahasan fluida berikut ini. Cairan dan gas dapat dibedakan dari segi kompresibilitasnya. Kompresibilitas adalah kemampuan suatu zat untuk dimampatkan. Cairan merupakan zat yang tak kompresibel atau tidak dapat dimampatkan karena tidak ada perubahan volume ketika ditekan. Sementara itu, gas merupakan zat yang kompresibel atau dapat dimampatkan karena ada perubahan volume ketika ditekan. Massa jenis merupakan ukuran kerapatan suatu benda. Oleh karena itu, jika suatu benda mempunyai massa jenis yang besar, maka benda tersebut dapat dikatakan mempunyai kerapatan yang besar pula, begitu juga sebaliknya. Massa jenis suatu benda dapat didefinisikan sebagai massa per satuan volume benda. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. Keterangan : = massa jenis benda ( 3 ) = Volume benda (3 ) = Massa benda (kg) FLUIDA STATIS A. Fluida 1.Kompresibel dan Tak Kompresibel 2. Massa Jenis =
- 2. Berikut ini merupakan massa jenis beberapa zat pada suhu 0属C dan tekanan 1 atm. Massa Jenis Beberapa Zat pada Suhu 0属C dan Tekanan 1 atm No. Nama Zat Massa Jenis No. Nama Zat Massa Jenis kg/m3 g/cm3 kg/m3 g/cm3 1. Air (4属C) 1.000 1 10. Seng 7.140 7 , 14 2. Alkohol 790 0,79 11. Es 920 0 , 92 3. Air raksa 13.600 13,60 12. Gula 1.600 1 , 60 4. Alumunium 2.700 2,70 13. Garam 2.200 2 , 20 5. Besi 7.900 7,90 14. Kaca 2.600 2 , 60 6. Emas 19.300 19,30 15. Tembaga 8.900 8 , 90 7. Kuningan 8.400 8,40 16. Minyak Tanah 800 0 , 80 8. Platina 10.500 10,50 17. Oksigen 1,3 0,0013 9. Timah 11.300 11,30 18. Helium 0,179 0,000179
- 3. Tekanan Hidrostatis Mengapa Penyelam perlu menggunakan Oksigen dan set alat penyelam ketika menyelam? Mengapa Bagian bawah bendungan selalu dibuat lebih tebal dari pada bagian atas ? Pertanyaan ini merupakan pertanyaan yang dapat Anda jawab setelah mempelajari Tekanan Hidrostatis Tekanan selalu tekait dengan gaya. Tekanan yang besar selalu dihasilkan oleh gaya yang besar dan sebaliknya. Namun pengertian tekanan tidak hanya sampai disini. Terdapat perbedaan hasil tekanan yang diberikan oleh benda yang memiliki ujung runcing/tajam dengan benda yang memiliki ujung tumpul. A. Tekanan Gambar 1 . Kedua balon ditekan dengan gaya yang sama oleh jarum dan jari tangan. Tetapi mengapa balon pecah ketika ditekan oleh jarum ? Pernahkah kalian memikirkan ?????
- 4. Perhatikan tekanan yang diberikan pada sebuah balon oleh jarum dan jari tangan seperti pada gambar 1. Jarum dan jari tangan menekan balon dengan gaya yang sama, tetapi jarum dapat memecahkan balon sedangkan jari tangan tidak. Dari sini terlihat pada luas permukaan yang dikenai gaya juga berpengaruh terhadap tekanan. Luas permukaan yang tajam menghasilkan tekanan yang lebih besar daripada luas permukaan tumpul. Berdasarkan hal tersebut, dapat disimpulkan bahwa tekanan sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan luas permukaan. Rumus Tekanan : Keterangan : = gaya tekanan (N) = luas bidang tekan (2 ) = tekanan ( 2 ＄ ) FISIKA DI SEKITAR KITA Tahukah anda ?? Dari rumus diatas dapat dihitung tekanan dengan mudah misalnya orang yang beratnya 800 N berdiri dengan kedua kakiny. Jika luas permukaan kedua kakinya adalah 400 2 , maka tekanan orang tersebut terhadap tana adalah : = = = 800 0,04 = 20.000 2 Jika orang tersebut berdiri dengan salah satu kakinya, beratnya tidak berubah tetapi luas penampangnya menjadi setengahnya. Dengan demikian tekanannya menjadi dua kali lipatnya atau 40.000 2 . = Gambar 2. Sepatu hak tinggi mempunyai luas bidang sentuh yang leih kecil dari pada sepatu dengan hak lebar. Hal ini mengakibatkan kedua tungkai memperoleh beban yang cukup besar untuk menopang berat tubuh
- 5. Zat cair dalam wadah selalu tertarik ke bawah karena adanya gaya gravitasi. Adanya gaya tarik ke bawah ini menyebabkan adanya tekanan zat cair pada dasar wadahnya. Tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh gaya beratnya sendiri disebut Tekanan Hidrostatis. Besarnya tekanan hidrostatis dipengaruhi oleh massa jeni zat cair, kedalaman zat cair dan percepatan gravitasi. Perhatikan gambar 3. Sebuah titik dalam zat cair yang tterletak pada kedalaman Dari permukaan zat cair mengalami gaya berat zat cair diatasnya. Gaya berat tersebut terbagi secara merata pada luas penampang sehingga menghasilkan tekanan hdrostatis, yaitu : = = = ... = . . Jadi rumus tekanan hidrostatis adalah : B.Tekanan Hidrostatis Tekanan Hidrostatis Tekanan pada zat cair yang disebabkan oleh fluida tak bergerak yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada diatas titik tersebut. Gambar 3. Titik dalam zat cair pada kedalaman dan luas penampang =
- 6. Pada lapisan atas zat cair bekerja tekanan atmosfer. Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi. Di permukaan laut tekanan atmosfer bernilai 1 105 . Tekanan atmosfer = 1 atm = 76 cm Hg = 105 N/m2 . Perhatikan Gambar 4. Tekanan pada permukaan zat cair adalah . Maka tekanan mutlak atau tekanan total yang dialami titik pada kedalaman adalah : Keterangan : = tekanan total/ tekanan mutlak ( ＄ 2 ) = tekanan hidrostatis ( ＄ 2 ) = tekanan atmosfer (1 ＄ = 1 105 ) = massa jenis zat cair ( 3 ) = kedalaman () = percepatan gravitasi bumi ( 2 ) Tabel 1. Massa jenis beberapa zat cair C.Tekanan Mutlak Gambar 4. Pada permukaan zat cair bekerja tekanan atmosfer = +
- 7. Hukum Utama Hidrostatis ini berbunyi Tekanan Hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada satu bidang mendatar di dalam zat cair (fluida) yang diam besarnya sama. Berdasarkan Hukum Pokok Hidrostatika, maka tekanan di titik A, B, dan C besarnya sama. Tekanan Hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana melainkan bergantung pada kedalaman (h), percepatan gravitasi (g), dan massa jenis zat cair (). Bagaimana jika bejana berhubungan diisi dengan dua zat cair yang berbeda? Bila bejana berhubungan diisi dengan dua jenis zat cair, Hukum utama hidrostatis tetap berlaku, yaitu tekanan hidrostatis di 1 sama dengan tekanan hidrostatis di 2. Hukum Utama Hidrostatis ini biasanya berlaku pada pipa U (bejana berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur. Jadi konsep hukum utama hidrostatis ini dapat dipakai untuk mengetahui massa jenis () zat lain. Hukum Pokok Hidrostatika dapat digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U sebagai berikut : Hukum Utama Hidrostatis menyatakan bahwa tekanan hidrostatis pada setiap titik yang berada di kedalaman yang sama dalam keadaan setimbang adalah sama. Berdasarkan hukum utama hidrostatis tersebut, besar tekanan pada titik P1 dan P2 dalam gambar 5 adalah sama. D. Hukum Utama Hidrostatis PA = PB = PC = .g.h Gambar 5. Pipa untuk menentukan massa jenis zat cair 1 = 2 1 = 2
- 8. Perhatikan Gambar Berikut !! Gambar 6. Tiga buah bejana diatas meskipun memiliki perberbedaan bentuk dan diisi air yang sama dengan ketinggian yang sama memiliki tekanan hidrstatis yang sama besar ditiap bejana, sedangkan berat zat cair tiap bejana berbeda, jadi dapat disimpulkan bahwa tekanan hidrostats tidak dipengaruhi oleh betuk wadah. Dalam bejana berhubungan yang diisi dengan suatu jenis zat cair, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair terletak dalam satu bidang datar. Ingat, ya !! 1 = 2 1. . 1 = 2. . 2 1. 1 = 2. 2 1 = 2.2 1 Hukum Utama Hidrostatis Hukum utama hidrostatis menyatakan Bahwa Tekanan hidrostatis suatu zat cair hanya bergantung pada kedalaman zat cair (h), massa jenis zat cair dan percepatan gravitasi. Tidak brgantung pada bentuk dan ukuran bejana.
- 9. Pemasangan Infus Seseorang yang sedang menyelam dan berenang Pemasangan Bendungan E. Penerapan Tekanan Hidrostatis dalam Kehidupan Sehari-hari
- 10. Blaisse Pascal, seorang ilmuwan Prancis tahun 1623-1662. Blaisse Pascal menyelidiki setiap kenaikan tekanan di permukaan zat cair akan diteruskan ke setiap titik di dalam zat cair tersebut. Pascal merumuskan prinsip yang dikenal sebagai hukum pascal, yakni Tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dan ke semua bagian ruang tersebut dengan sama besar. Secara sederhana, suatu perlatan hidrolik, misalnya dongkrak hidrolik seperti pada gambar di bawah, terdiri atas bejana tertutup U yang dilengkapi dengan dua buah pengisap pada kedua kakinya. Misalnya luas penampang pengisap 1 adalah A1 dan luas penampang 2 adalah A2, dengan A1 < A2. Jika pengisap 1 diberi gaya sebesar F1 ke bawah maka zat cair yang berada dalam bejana tersebut akan mengalami tekanan P1. Prinsip Kerja Dongkrak Hidrolik
- 11. Berdasarkan Hukum Pascal, tekanan P1 akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar ke pengisap 2. Jadi, pengisap 2 dengan luas penampang A2 menerima tekanan P1. Jika gaya yang dihasilkan oleh tekanan P1 pada penampang A2 adalah F2 maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut : 1 = 2 sehingga 1 1 = 2 2 Keterangan : F1 = Gaya yang bekerja pada piston 1 (N) F2 = Gaya yang bekerja pada piston 2 (N) A1 = Luas permukaan piston 1 (2 ) A2 = Luas permukaan piston 2 (2 ) a. Dongkrak Hidrolik b. Kempa Hidrolik Contoh Alat Penerapan Hukum Pascal dalam Kehidupan Sehari-hari
- 12. c. Rem Hidrolik d. Alat Pengangkat Mobil
- 13. Hukum Archimedes Mengapa kapal-kapal pesiar yang terbuat dari logam berat dapat terapung di perairan? Mengapa balon udara bisa terbang tinggi dengan membawa beban yang berat? Pertanyaan ini merupakan pertanyaan yang dapat Anda jawab setelah mempelajari hukum Archimedes. Pernahkah kalian memikirkan ????
- 14. Seorang ilmuwan Yunani yang bernama Archimedes (187 212 SM) menemukan bahwa benda-benda yang tercelup dalam air seolah-olah kehilangan beratnya. Hal ini karena air memberikan gaya ke atas yang menopang benda secara keseluruhan. Akan tetapi kejadian tersebut tidak hanya terjadi pada zat cair saja, melainkan pada seluruh fluida. Archimedes 187-212 SM Suatu benda yang dicelupkan dalam zat cair mendapat gaya ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya (beratnya menjadi berat semu). Gaya ke atas ini disebut sebagai gaya apung (buoyancy) , yaitu suatu gaya ke atas yang dikerjakan oleh zat cair pada benda. Munculnya gaya apung adalah konsekuensi dari tekanan zat cair yang meningkat dengan kedalaman. Dengan demikian berlaku : Archimedes adalah seorang ilmuwan yang hidup sebelum masehi (187-212 SM). Mari ikuti mula-mula Archiemedes menemukan hukumnya. Pertama, sebaiknya kita memahami arti dari volume air yang dipindahkan. Jika kita celupkan batu ke dalam sebuah bejana berisi air, permukaan air akan naik (gambar 1). Ini karena batu menggantikan volume air. Jika batu Anda celupkan pada bejana yang penuh berisi air, sebagian air akan tumpah dari bejana (gambar 2). Volume air tumpah A. Pengantar Hukum Archimedes Gaya apung = berat benda di udara berat benda dalam zat cair Gambar 1. batu dicelupkan ke dalam air Gambar 2. percobaan memahami gaya apung
- 15. yang ditampung tetap sama dengan volume batu yang menggantikan air. Jadi, Kedua, Archiemedes mengaitkan antara gaya apung yang dirasakannya dengan volum cat zair yang dipindahkan benda. Dari sinilah Archiemedes menemukan hukumnya, yaitu hukum Archiemeds yang berbunyi : Apakah penyebab munculnya gaya apung yang dikerjakan oleh suatu fluida kepada benda yang tercelup dalam fluida? Ternyata gaya apung ini muncul karena selisih antara gaya hidrostatis yang dikerjakan fluida terhadap permukaan bawah dengan permukaan atas benda. Gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostasisnya. Ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada tekanan bagian atasnya. Sebuah silinder dengan tinggi h dan luas A yang tercelup seluruhnya di dalam zat cair dengan massa jenis . Fluida melakukan tekanan hidrostatis P1 = . . 1 pada bagian atas silinder. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F1 = P1A = . . 1A berarah ke bawah Fluida melakukan tekanan hidrostatis F1 = P2A = . . 2A dengan arah ke atas. Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Hukum Archiemedes Suatu benda yang dicelupkan seluruhnya dalam zat cair selalu menggantikan volum zat cair yang sama dengan volum benda itu sendriri. B. Penurunan Rumus Hukum Archimedes
- 16. Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa. Jadi, Fa = F2 F1 = . . 2A - . . 1A = . . (h2-h1) = . . . = . . Jadi, gaya apung Fa yang dikerjakan fluida pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh silinder. Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang dan terapung. A. Benda Tenggelam Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada dasar tempat zat cair berada. Pada benda tenggelam terdapat 3 gaya, yaitu : W = gaya berat benda Fa = gaya Archimedes N = gaya normal Perhatikan : f . Vf = mf adalah massa fluida yang dipindahkan oleh benda f . Vf . g = mf . g adalah berat fluida yang dipindahkan oleh benda Fa = f . Vf . g Hukum Archimedes berlaku untuk semua fluida (zat cair dan gas) Vf adalah volume benda yang tercelup dalam fluida. Jika benda tercelup seluruhnya Vf = volume benda Jika benda tercelup sebagian Vf = volume benda yang tercelup dalam fluida saja C. Mengapung, Melayang dan Tenggelam
- 17. Dalam keadaan seimbang maka W = N + Fa, sehingga : W > Fa m . g > cair . Vb . g b . Vb . g > cair . Vb . g b > cair b = massa jenis benda cair = massa jenis zat cair B. Benda Melayang Benda melayang dalam zat cair apabila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada. Pada benda melayang terdapat 2 gaya, yaitu : 1. Fa 2. W Dalam keadaan seimbang, maka : W = Fa b . Vb . g = cair . Vb . g b = cair C. Benda Terapung Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul di permukaan zat cair dan sebagian terbenam dalam zat cair. Pada benda terapung terdapat 2 gaya, yaitu : 1. Fa 2. W Dalam keadaan seimbang, maka : W = Fa b . Vb . g = cair . V2 . g b. Vb = cair . V2 karena Vb > V2 maka b < cair < sehingga < = >
- 18. 1. Penerapan hukum archimedes untuk menentukan massa jenis benda = = (ingat hukum archimedes tentang = ) 2. Penerapan hukum archimedes dalam bidang teknik Penerapan hukum Archimedes dapat dijumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih, misalnya hidrometer, kapal laut, kapal selam, galangan kapal, balon udara, dan jembatan ponton. a. Hidrometer Hidrometer merupakan alat untuk mengukur berat jenis atau massa jenis zat cair. Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Hidrometer banyak digunakan untuk mengetahui besar kandungan air pada bir atau susu. (a) Hidrometer (b) Bagian-bagian hidrometer. Sumber Nurachmandani, Setya.2009.FISIKA 2:Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta:Pusat Perbukuan Hidrometer terbuat dari tabung kaca. Supaya tabung kaca terapung tegak dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbal. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. Tangkai tabung kaca hidrometer didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam massa jenis zat cair) menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangki yang tercelup di dalam zat cair. Artinya perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas. b. Jembatan Ponton Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip D. Penerapan Hukum Archimedes
- 19. benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untukn keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air Jembatan ponton. Sumber Nurachmandani, Setya.2009.FISIKA 2:Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta:Pusat Perbukuan c. Kapal Laut Pada saat kalian meletakkan sepotong besi pada bejana berisi air, besi akan tenggelam. Namun, mengapa kapal laut yang massanya sangat besar tidak tenggelam? Bagaimana konsep fisika dapat menjelaskannya? Agar kapal laut tidak tenggelam badan kapal harus dibuat berongga. hal ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar. Berdasarkan persamaan besarnya gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan, sehingg gaya apungnya menjadi sangat besar. Gaya apung inilah yang mampu melawan berat kapal, sehingga kapal tetap dapat mengapung di permukaan laut. d. Kapal Selam dan Galangan Kapal Pada dasarnya prinsip kerja kapal selam dan galangan kapal sama. Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah. Pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan, menyebabkan kapal selam
- 20. dapat menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Jika akan mengapung, maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan. Berdasarkan konsep tekanan hidrostastis, kapal selam mempunyai batasan tertentu dalam menyelam. Jika kapal menyelam terlalu dalam, maka kapal bisa hancur karena tekanan hidrostatisnya terlalu besar. Untuk memperbaiki kerusakan kapal bagian bawah, digunakan galangan kapal. Jika kapal akan diperbaiki, galangan kapal ditenggelamkan dan kapal dimasukkan. Setelah itu galangan diapungkan. Galangan ditenggelamkan dan diapungkan dengan cara memasukkan dan mengeluarkan air laut pada ruang cadangan. (a) Galangan kapal (b) Prinsip mengapung dan tenggelam pada sebuah kapal selam. Sumber Nurachmandani, Setya.2009.FISIKA 2:Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta:Pusat Perbukuan