Suatu zat yg mempunyai kemampuan mengalir dinamakan Fluida. Cairan ialah salah satu jenis fluida yg mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang lantaran gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas pula merupakan fluida yg interaksi antar partikelnya sungguh lemah sehingga diabaikan.
Fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel & kita dapat menelaah sifatnya dgn menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita memperhatikan fluida statis contohnya di air tempayan. Berdasarkan uraian diatas, maka pada makalah ini akan dibahas mengenai fluida statis.
Daftar Isi
A. Pengertian Fluida Statis
Sebelumnya kita harus mengetahui apa itu fluida. Fluida yaitu zat yg mampu mengalir. Kata Fluida mencakup zat cair, air & gas lantaran kedua zat ini mampu mengalir, sebaliknya batu & benda-benda keras atau seluruh zat padat tak digolongkan kedalam fluida lantaran tak bisa mengalir.
Susu, minyak pelumas, & air merupakan acuan zat cair. & Semua zat cair itu dapat dikelompokkan ke dlm fluida lantaran sifatnya yg dapat mengalir dr satu daerah ke tempat yg lain. Selain zat cair, zat gas pula termasuk fluida. Zat gas pula dapat mengalir dr satu satu daerah ke tempat lain. Hembusan angin merupakan teladan udara yg berpindah dr satu daerah ke tempat lain.
Fluida ialah zat yg mampu mengalir & berubah bentuk (dapat dimampatkan) jikalau diberi tekanan. Jadi, yg termasuk ke dlm fluida adalah zat cair & gas. Perbedaan antara zat cair & gas terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair tak mampu dimampatkan. Ditinjau dr kondisi fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yg mempelajari wacana fluida atau zat alir yg membisu (tidak bergerak) & fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yg mempelajari tentang zat alir atau fluida yg bergerak. Hidrodinamika yg khusus membicarakan mengenai pemikiran gas & udara disebut aerodinamika.
Adapun pengertian dr Fluida Statis yakni fluida yg berada dlm fase tak bergerak (diam) atau fluida dlm keadaan bergerak namun tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dibilang bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dgn kecepatan seragam sehingga tak memiliki gaya geser.
Contoh fenomena fluida statis mampu dibagi menjadi statis sederhana & tak sederhana. Contoh fluida yg membisu dengan-cara sederhana adalah air di kolam yg tak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, & lain-lain yg menyebabkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yg tak sederhana ialah air sungai yg memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dr permukaan sampai dasar sungai.
B. Sifat- Sifat Fluida
Sifat fisis fluida mampu ditentukan & dipahami lebih jelas ketika fluida berada dlm keadaan membisu (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya:
-
Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu & besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, lantaran segelondong kayu yg besar jauh lebih berat daripada suatu bola besi. Pernyataan yg tepat untuk perbandingan antara kayu & besi tersebut, yakni besi lebih padat ketimbang kayu. Anda pasti masih ingat, bahwa setiap benda mempunyai kerapatan massa yg berbeda-beda serta merupakan sifat alami dr benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume.
Kaprikornus massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka makin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dgn total volumenya. Sebuah benda yg memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan mempunyai volume yg lebih rendah ketimbang benda bermassa sama yg mempunyai massa jenis lebih rendah (misalnya air).Satuan SI massa jenis yaitu kilogram per meter kubik (kg·m-3).
Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yg berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yg sama.
Secara matematis, massa jenis dituliskan selaku berikut.
ρ = m/V
Keterangan:
m = massa (kg atau g),
V = volume (m3 atau cm3), dan
ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).
Jenis beberapa materi & massa jenisnya mampu dilihat pada tabel berikut.
Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
| Bahan | Massa Jenis (g/cm3) | Nama Bahan | Massa Jenis (g/cm3) |
| Air | 1,00 | Gliserin | 1,26 |
| Aluminium | 2,7 | Kuningan | 8,6 |
| Baja | 7,8 | Perak | 10,5 |
| Benzena | 0,9 | Platina | 21,4 |
| Besi | 7,8 | Raksa | 13,6 |
| Emas | 19,3 | Tembaga | 8,9 |
| Es | 0,92 | Timah Hitam | 11,3 |
| Etil Alkohol | 0,81 | Udara | 0,0012 |
-
Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di serpihan dlm cairan suatu molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, namun di permukaan cairan tak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menimbulkan timbulnya gaya pemulih yg menawan molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yg ada di bagian bawah permukaan cairan.
Sebaliknya jikalau molekul di permukaan cairan ditekan, dlm hal ini diberi jarum atau silet, molekul serpihan bawah permukaan akan menawarkan gaya pemulih yg arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini mampu menopang jarum atau silet tetap di permukaan air tanpa tenggelam.
Gaya ke atas untuk menopang jarum atau silet biar tak tenggelam merupakan perkalian koefisien tegangan permukaan dgn dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini yakni permukaan yg bersinggungan dgn zat cair.
Kaprikornus mampu kita simpulkan bahwa penge
rtian dr tegangan permukaan ialah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya mirip ditutupi oleh suatu lapisan elastis.
-
Kapilaritas
Untuk membicarakan kapilaritas, perhatikan suatu pipa beling dgn diameter kecil (pipa kapiler) yg ujungnya terbuka dikala dimasukkan ke dlm bejana berisi air. Kita mampu menyaksikan bahwa permukaan air dlm pipa akan naik. Lain risikonya bila kita mencelupkan pipa tersebut ke dlm bejana berisi air raksa. Permukaan air raksa dlm tabung akan turun atau lebih rendah ketimbang permukaan air raksa dlm baskom. Gejala inilah yg disebut dgn tanda-tanda kapilaritas.
Pada peristiwa ini, pipa yg dipakai yakni pipa kapiler. Oleh karena itu, tanda-tanda kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dlm pipa kapiler. Permukaan zat cair yg berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca yg berupa cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa yg berupa cembung disebut meniskus cembung.
Penyebab dr gejala kapiler yakni adanya adhesi & kohesi. Kohesi yakni gaya tarik mempesona antar molekul yg sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yg satu dgn yg lain tak dapat melekat karena molekulnya saling tolak menolak. sedangkan adhesi yaitu gaya tarik mempesona antar molekul yg berlawanan jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yg satu dgn yg lain mampu menempel dgn baik karena molekulnya saling tarik menawan atau merekat.
Pada tanda-tanda kapilaritas pada air, air dlm pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air dgn beling lebih besar ketimbang kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya, pada tanda-tanda kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dgn beling lebih kecil dibandingkan dengan kohesi antar partikel air raksa. Oleh lantaran itu, sudut kontak antara air raksa dgn dinding beling akan lebih besar ketimbang sudut kontak air dgn dinding beling.
Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yg bekerja pada keliling persentuhan zat cair dgn pipa.
Berikut ini beberapa contoh yg memperlihatkan tanda-tanda kapilaritas dlm kehidupan sehari-hari:
- Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan.
- Kain & kertas isap dapat menghisap cairan.
- Air dr akar mampu naik pada batang pohon lewat pembuluh kayu.
Selain keuntungan, kapilaritas mampu memunculkan beberapa problem berikut ini :
- Air hujan merembes dr dinding luar, sehingga dinding dlm pula berair.
- Air dr dinding bawah rumah merembes naik lewat batu bata menuju ke atas sehingga dinding rumah lembab.
-
Viskositas
Viskositas merupakan pengukuran dr ketahanan fluida yg diubah baik dgn tekanan maupun tegangan. Pada problem sehari-hari (dan cuma untuk fluida), viskositas yaitu “Ketebalan” atau “pergesekan internal”. Oleh lantaran itu, air yg “tipis”, memiliki viskositas lebih rendah, sedangkan madu yg “tebal”, memiliki viskositas yg lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, kian besar pula pergerakan dr fluida tersebut. Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir & mungkin dapat dipikirkan selaku pengukuran dr pergantian fluida.
Seluruh fluida (kecuali superfluida) mempunyai ketahanan dr tekanan & oleh lantaran itu disebut kental, tetapi fluida yg tak memiliki ketahanan tekanan & tegangan disebut fluide ideal.
-
Tekanan
Tekanan (P) merupakan satuan ilmu fisika untuk menyatakan atau menyebutkan hasil dr gaya (F) dgn Luas (A), satuan tekanan dipakai dlm mengukur kekuatan dr suatu benda gas & benda cair. Untuk lebih ringkasnya, tekanan merupakan hasil bagi antara gaya (F) & luas penampang (A).
Dengan asumsi , bahwa semakian besar gaya yg diberikan maka kian besar pula tekanannya, akan namun sebaliknya, jika luas penampang tersebut besar, maka tekanan yg diberikan akan kecil.
Perhatikan persamaan berikut:
p= F/ A
Keterangan:
F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).
-
Tekanan Mutlak
Tekanan mutlak merupakan tekanan dr keseluruhan total yang dialami benda atau objek tersebut, sehingga mengaitkan dgn pengertian tersebut, dapat dirumuskan bahwa:
Dengan keterangan selaku berikut:
P= tekanan mutlak (Pa)
P_o = tekanan udara luar (Pa)
P_h = tekanan hidrostatis (Pa)
-
Hukum Pascal
Hukum pascal yg berbunyi: “tekanan yg diberikan pada fluida dlm suatu ruangan tertutup akan diteruskan sama besar kesegala arah“.
Penerapan aturan pascal tersebut tertera, pada gambar dibawah ini:
Keterangan:
F1 = gaya pada permukaan A1 (N)
F2 = gaya pada permukaan A2 (N)
A1 = luas permukaan 1 (m2)
A2 = luas permukaan 2 (m2)
d1 = diameter permukaan 1
d2 = diameter permukaan 2
Peralatan-peralatan yg menggunakan prinsi pkerja Hukum Pascal antara lain diterangkan sebagai berikut:
- Dongkrak Hidrolik
- Rem Hidrolik
- Mesin hidrolik pengangkat kendaraan beroda empat
-
Hukum Archimedes
- Gaya Archimedes
Kapal maritim yang dibuat dr materi logam. Jika kalianmasukkan sebatang logam ke dlm air pasti akan tenggelam.Tetapi kenapa kapal laut bisa terapung, bahkandapat menampung barang & orang yg cukup banyak?Fenomena inilah yg mampu diterangkan dgn hukumArchimedes.
Archimedes ialah seorang ilmuwan yg hidup sebelum masehi (287-212 SM). Archimedes telah menemukan adanya gaya tekan ke atas atau gaya apung yg terjadi pada benda yg berada dlm fluida (air). Pandangan Archimedes mampu dirumuskan selaku berikut:
“Jika benda dimasukkan dlm fluida maka benda akan merasakan gaya apung yg besarnya sama dgn berat fluida yg dipindahkan.”
Pada gambar diatas, sebuah balok dimasukkan kedalam air. Saat volume balok tercelup VTmaka fluida itu akan berpindah dgn volume VTjuga memiliki arti gaya tekan ke atas yg dicicipi balok sebesar:
FA = wzat cair yg pindah
FA = mair g
FA = ρag VT …………………………………………………6
Keterangan:
FA = gaya tekan ke atas (N)
ρa = massa jenis fluida air (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (10 m/s2)
VT = volume fluida yg dipindahkan atau volume benda
Tercelup
Gaya Archimedes arahnya ke atas maka pengaruhnya akan meminimalkan berat benda yg tercelup. Pengaruh ini dapat dirumuskan selaku berikut.
FA = w −w’ ……………………………………….7
Dengan : FA = gaya tekan keatas (N)
w = berat benda di udara (N)
w’ = berat benda di air (N)
Contoh soal:
Sebuah benda yg ditimbang di udara sebesar 12 N tetapi dikala ditimbang di air ternyata beratnya tinggal 8 N. Tentukan volume benda tersebut!
Diketahui :
w = 12 N ρa= 1g/cm3
w’ = 8 N g = 10 m/s2
Ditanyakan :
Vbenda = ?
Dijawab :
ρa= 1g/cm3 = 1x 10-3 / 10-6 = 1000 kg/m3
Gaya angkat
FA = w –w’
12 N – 8 N = 4 N
Volume benda
FA = ρag VT
VT= FA / ρag
= 4 / 1000.10 = 4.10-4 m3
- Keadaan Benda
Apakah dampak pengurangan berat benda oleh gaya Archimedes? Kalian sudah banyak melihat kejadiannya dlm kehidupan sehari-hari. Jika benda dimasukkan dlm fluida atau air maka akan ada tiga kemungkinan keadaannya, yaitu: karam, terapung & melayang.
1) Benda Mengapung
Sebuah benda dikatakan mengapung apabila gaya angkat keatas lebih besar dr gaya berat benda. Hanya sebagian kecil penggalan benda yg masuk ke dlm air. Massa jenis fluida lebih besar dr massa jenis benda.
2) Benda Melayang
Benda melayang jika seluruh benda tercelup ke air tetapi tak menjamah dasar. Gaya tekan keatas sama dgn gaya berat benda. Massa jenis benda sama dgn massa jenis fluida.
3) Benda Tenggelam
Benda tenggelam karena gaya berat benda lebih besar dr gaya tekan keatas. Gaya angkat sudah tak berpengaruh lagi menahan gaya berat sehingga benda jatuh kedasar fluida.
Syarat benda terapung, karam & terbang.
Contoh soal
Tabung kosong bermassa 2 kg memiliki volume 2.10-2 m3.Kemudian tabung diisi timah & dimasukkan ke dlm air. Berapakah massa timah maksimum biar tabung masih terapung?
Penyelesaian:
Diketahui : mtabung = 2 kg
V = 2.10-2 m3
ρa = 1000 kg/m3
Ditanyakan : mtimah = ?
Dijawab :
C. Tekanan Hidrostatis
Tekanan ialah gaya yg melakukan pekerjaan tegak lurus pada suatu permukaan bidang & dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan selaku berikut.
p= F/ A
Keterangan:
F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pasca
l).
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dgn luas permukaan bidang daerah gaya melakukan pekerjaan . Makara, untuk besar gaya yg sama, luas bidang yg kecil akan menerima tekanan yg lebih besar ketimbang luas bidang yg besar. Dapatkah Anda memberikan beberapa contoh penerapan desain tekanan dlm kehidupan sehari-hari?
Tekanan Hidrostatis yaitu tekanan yg terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yg dialami oleh suatu titik di dlm fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yg berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, berdasarkan konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dr perbandingan antara gaya berat fluida (F) & luas permukaan baskom (A).
p = F/A
Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dgn percepatan gravitasi Bumi, ditulis
p= massa x gravitasi bumi / A
Oleh karena m = ρ V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan selaku
p = ρVg / A
Volume fluida di dlm bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan ember (A) & tinggi fluida dlm bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar baskom akibat fluida setinggi h mampu dituliskan menjadi
p= ρ(Ah) g / A = ρ h g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dgn ph, persamaannya dituliskan selaku berikut.
ph= ρ gh
Keterangan:
ph= tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dr permukaan fluida (m).
Semakin tinggi dr permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dlm Anda menyelam dr permukaan bahari atau danau, tekanan hidrostatis akan kian bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yg dihasilkan oleh udara & zat cair.
Anda telah mengenali bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dr permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan kian besar seiring dgn bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah.
Contoh mengkalkulasikan tekanan hidrostatik
Tabung setinggi 30 cm diisi sarat dgn fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 & tabung berisi:
- Ph air,
- Ph raksa, dan
- gliserin
(Gunakan data massa jenis pada Tabel)
Penyelesaian :
Diketahui: h = 30 cm & g = 10 m/s2.
Ditanya :
- Ph air
- Ph raksa
- Ph gliserin
Jawab :
- Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yg berisi air:
Ph= ρ gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.000 N/m2
- Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yg berisi air raksa:
Ph= ρ gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2
- Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yg berisi gliserin:
Ph= ρ gh = (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini dipakai pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yg dipakai untuk mengukur tekanan gas, di antaranya selaku berikut:
- Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yg paling sederhana. Alat ini berupa pipa berupa U yg berisi zat cair. Ujung yg satu mendapat tekanan sebesar p (dari gas yg hendak diukur tekanannya) & ujung yang lain berafiliasi dgn tekanan atmosfir (p0).
- Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, spesialis Fisika & Matematika dr Italia. Barometer yakni alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer biasa digunakan dlm peramalan cuaca, dimana tekanan udara yg tinggi menerangkan cuaca erat, sedangkan tekanan udara rendah mengambarkan kemungkinan angin ribut. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dlm bukunya yg berjudul “A Unit of Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dgn tekanan hidrostatis raksa (mercury) yg tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya yakni sebagai berikut:
ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dlm tabung atau
(13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2
Kaprikornus, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2
- Pengukur Tekanan Ban
Alat ini dipakai untuk mengukur tekanan udara di dlm ban. Bentuknya berupa silinder panjang yg di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dr dlm ban akan masuk ke dlm silinder & menekan pegas. Besarnya tekanan yg diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dr silinder yg dihubungkan dgn skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga mampu menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dgn tekanan udara dlm ban.
D. Contoh Soal Fluida Statis
Berikut ini terdapat beberapa teladan soal fluida statis, terdiri atas:
Soal No. 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 105 N/m, tentukan :
- tekanan hidrostatis yg dialami ikan
- tekanan total yg dialami ikan
Pembahasan
a) tekanan hidrostatis yg dialami ikan
b) tekanan total yg dialami ikan
Soal No. 2
Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dgn alat seperti gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar yaitu 250 kali luas penampang pipa kecil & tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, pastikan gaya sekurang-kurangnyayg mesti diberikan anak biar kerikil bisa terangkat!
Pembahasan
Hukum Pascal
Data :
F1 = F
F2 = Wwatu = (1000)(10) = 10000 N
A1 : A2 = 1 : 250
Soal No. 3
Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat beban.
Jika jari-jari pada pipa kecil yaitu 2 cm & jari-jari pipa besar yakni 18 cm, tentukan besar gaya minimal yg dibutuhkan untuk mengangkat beban 81 kg !
Pembahasan
Data:
m = 250 kg
r1 = 2 cm
r2 = 18 cm
w = mg = 810 N
F =….
Jika dikenali jari-jari (r) atau diameter (D) pipa gunakan rumus:
Diperoleh
Demikianlah pembahasan mengenai Fluida Statis – Pengertian, Sifat, Rumus & Contoh Soal semoga dgn adanya ulasan tersebut mampu menambah pengetahuan & pengetahuan anda semua, terima kasih banyak atas kunjungannya. 🙂 🙂 🙂
Baca Juga Artikel Lainnya:
- Pengertian Dan Sejarah Ilmu Fisika Menurut Teori Riset
- Hukum Pascal
- Hukum Archimedes
- Hukum Proust (Perbandingan Tetap)