FLUIDA STATIS PERTEMUAN 7 Dr Harlinda Syofyan S

FLUIDA STATIS PERTEMUAN 7 Dr. Harlinda Syofyan, S. Si. , M. Pd PENDIDIKAN GURU SEKOLAH DASAR FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

KEMAMPUAN AKHIR YANG DIHARAPKAN Ø Memahami dasar mengenai fluida statis secara komprehensif serta dapat mengaplikasikan dalam pembelajaran fisika di sekolah dasar dan penyelesaian soal-soal yang berhubungan dengan Fluida Statis.

PETA KONSEP

FLUIDA STATIS Ø Fluida statis adalah Fluida yang berada dalam keadaan diam. Ø Sifat fisis fluida dapat ditentukan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Ø Sifat-sifat fisis fluida statis yang akan dibahas pada subbab ini di antaranya, massa jenis, tekanan, tegangan permukaan, kapilaritas, dan viskositas.

MASSA JENIS Ø Ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume.

KAPILARITAS Ø Tegangan permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada fenomenarik, yaitu kapilaritas. Ø Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah, yang dapat naik melalui sumbu kompor. Ø Selain itu, dinding rumah kita pada musim hujan dapat basah juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.

Ø Untuk membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil (pipa kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Ø Kita dapat menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Ø Lain hasilnya jika kita mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa. Ø Permukaan air raksa dalam tabung akan turun atau lebih rendah daripada permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah yang disebut dengan gejala kapilaritas. Ø Pada kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa kapiler. Ø Oleh karena itu, gejala kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler.

Ø Berikut ini beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari: § Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan. § Kain dan kertas isap dapat menghisap cairan. § Air dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh kayu.

TEKANAN HIDROSTATIS Ø Tekanan adalah gaya per satuan luas. Ø Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Ø Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Ø Kita bisa menurunkan persamaan tekanan hidrostatis dari persamaan umum tekanan yaitu gaya per luas. Ø Berikut ini adalah hasil penurunan rumus tekanan hidrostatis :

Ø Untuk satuan tekakan adalah N/m² Ø Blaise pascal sebagai penemu hukum Packal satuan ini diberi nama pascal (disingkat pa). 1 pa = 1 N/m² Ø Satuan tekanan yang umum dijumpai dalam keseharian berikut konversinya jika dinyatakan dalam N/m² atau pa.

Ø Adalah tekanan zat cair yang haya disebabkan oleh beratnya sendiri. Ø Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik kebawah. makin tinggi zat cair dalam wadah, makin berat zat cair itu sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah.

Penurunan rumus tekanan hidrostatis Bayangkan luas penampang persegi Panjang p x l, yag terletak pada Kedalaman h dibawah permukaan zat cair (massa jenis = ρ ) volum zat cat Cair didalam balok = p x l x h, sehingga massa zat cair didalam balok Adalah: m=ρxv =ρxpxlxh Berat zat cair didalam balok, F =mxg =ρxpxlxhxg

Tekanan zat cair • Ph = F/A =ρ x p x I x h x g / p x l =ρ x g x h Jadi, tekanan hidrostatis zat cair (Ph) Ph =ρ x g x h

Contoh Soal Suatu wadah berisi raksa (massa jenis 13 600 kg/m³) setinggi 76 cm. Berapa tekanan hidrostatis yang bekerja pada dasar wadah itu? Jawab : Massa jenis raksa ρ = 13 600 kg/m³ tinggi raksa h = 76 cm = 0, 76 m percepatan gravitasi = 9, 8 m/s² maka: Ph=ρ x g x h =(13 600 kg/m³ x 9, 8 m/s² x 0, 76 m)

TEKANAN GAUGE Ø Adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar). Ø Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge. Ø Adapun tekanan sesungguhnya disebut tekanan mutlak. Ø Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer Ø P = P gauge + P atmosfer

HUKUM-HUKUM DASAR FLUIDA STATIS Ø Hukum pokok hidrostatika Ø Hukum pascal Ø Hukum Archimedes

HUKUM POKOK HIDROSTATIKA Ø bahwa titik yang terletak pada Bidang datar yang sama didalam zat Cair yang sejenis memiliki tekanan (mutlak) yang sama. Ø Hukum hidrostatika kita peroleh: PA = PB P = Po+ρgh

HUKUM PASCAL Ø Ketika anda memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang, air memancar dari setiap lubang dengan sama kuatnya. Ø Hasil percobaan inilah yang diamati oleh blaise pascal. Kemudian menyimpulkan dalam hukum pascal yang berbunyi: “tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteuskan sama besar ke segala arah”

HUKUM PASCAL Ø Proses Fisika yang terjadi pada bejana U seperti itu diselidiki oleh Blaise Pascal. Ø Pascal mengemukakan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan.

Ø Tekanan oleh gaya sebesar F 1 terhadap pipa 1 yang memiliki luas penampang pipa A 1, akan diteruskan oleh fluida menjadi gaya angkat sebesar F 2 pada pipa 2 yang memiliki luas penampang pipa A 2 dengan besar tekanan yang sama. Secara matematis Hukum Pascal ditulis sebagai berikut.

Ø Hukum Pascal dimanfaatkan dalam peralatan teknik yang banyak membantu pekerjaan manusia, antara lain § dongkrak hidrolik, § pompa hidrolik, § mesin hidrolik pengangkat mobil, § mesin pres hidrolik, dan § rem hidrolik.

HUKUM ARCHIMEDES • Hukum Archimedes berbunyi benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. • Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. • Gaya ke atas ini yang menyebabkan jika anda mengangkat beban di dalam air akan terasa ringan dibandingkan dengan di luar air. • Dari hukum ini kita bisa belajar tentang mengapa suatu benda itu dapat terapung, melayang dan tenggelam. • Masih ada banyak sekali materi dari fluida statis ini diantaranya gejala kapilaritas yang memanfaatkan gaya adhesi dan kohesi, materi tegangan permukaan yang menyebabkan seekor serangga tidak tenggelam ketika berada dipermukaan air.

HUKUM ARCHIMEDES Ø Akibat adanya gaya apung, berat beda di dalam zat cair akan berkurang, sehingga benda yang diangkat di dalam zat cair akan lebih ringan dari pada benda yang diangkat di darat. Seakan benda berkurang bila benda dimasukan ke zat cair atau air. Karena adanya sebuah gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima oleh benda. Ø Maka resultan gaya antara gaya ke atas dan gaya berat adalah berat benda di dalam zat cair. Kemudian berat disebut dengan berat semu yakni berat benda tidak sebenarnya karena keadaan benda di dalam zat cair.

HUKUM ARCHIMEDES Dengan demikian, berat benda di air yaitu sebagai berikut. w’ = w – Fa Keterangan: w’ : berat semu dalam air (N) w : berat di udara (N) Fa : gaya Archimedes (N) Gaya ke atas yang dialami benda ketika berada di air disebut gaya Archimedes. Adapun besar gaya Archimedes dirumuskan sebagai berikut. Fa = ρ. g. V Keterangan: ρ : massa jenis zat cair yang didesak benda (kg/m 3) g : percepatan gravitasi (10 m/s 2) V : volume zat cair yang didesak benda (m 3)

Contoh Soal Sebuah balok bermassa 2 kg di udara. Bila volume balok 2. 000 cm 3, tentukan berat balok dalam air yang memiliki massa jenis 1. 000 kg/m 3 ? ? Penyelesaian: Diketahui: m = 2 kg V = 2. 000 cm 3 = 0, 002 m 3 ρ = 1. 000 kg/m 3 Ditanyakan: w’ =. . . ? Jawab: w’ = w – Fa w‘=m. g–ρ. g. V w’ = 2. 10 – 1. 000. 10. 0, 002 w’ = 10 N Jadi, berat balok tersebut dalam air adalah 10 N.

Asal Mula Arhimedes Menemukan Hukumnya: § Sebaiknya kita memahami arti dari “volume air yang dipindahkan. ” § Suatu benda yang dicelupkan seluruhnya dengan zat cair selalu menggantikan volume zat cair yang sama dengan volume benda itu sendiri. § Mengaitkan antara gaya apung yang dirasakan dengan volume zat cair yang dipindahkan benda.

Ø Jika suatu benda yang dicelupkan dalam suatu zat cair mendapat gaya ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya (beratnya menjadi berat semu). Ø Gaya keatas ini disebut sebagai gaya apung, yaitu suatu gaya keatas yang dikerjakan oleh zat cair pada benda. Ø Munculnya gaya apung adalah konsukuensi dari tekanan zat cair yang meningkat dengan kedalaman. Ø Dengan demikian berlaku: gaya apung = berat benda diudara - berat benda dalam zat cair.

Mengapung, Melayang, dan Akan Tenggelam Ø Benda-benda yang mempunyai massa jenis lebih besar dari massa jenis zat cair akan tenggelam dalam zat cair, karena benda yang tenggelam mempunyai gaya berat yang lebih besar daripada gaya ke atasnya (W > FA) dan seluruh volume benda tercelup ke dalam zat cair. Ø Benda-benda yang mempunyai massa jenis yang relatif sama dengan massa jenis zat cair akan melayang dalam zat cair, dan benda yang melayang dalam zat cair mempunyai berat yang sama dengan gaya ke atasnya (W = FA) dan seluruh volume benda tercelup ke dalam zat cair. Ø Benda-benda yang mempunyai massa jenis yang lebih kecil dari massa jenis zat cair akan mengapung dalam zat cair, dan benda yang mengapung dalam zat cair mempunyai gaya berat yang sama dengan gaya ke atasnya, dan tidak seluruh volume benda tercelup dalam zat cair.

Ø Tahukah Anda apa yang menyebabkan kapal selam dapat terapung, melayang, dan menyelam? Ø Kapal selam memiliki tangki pemberat di dalam lambungnya yang berfungsi mengatur kapal selam agar dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Ø Untuk menyelam, kapal selam mengisi tangki pemberatnya dengan air sehingga berat kapal selam akan lebih besar daripada volume air yang dipindahkannya. Akibatnya, kapal selam akan tenggelam. Ø Sebaliknya, jika tangki pemberat terisi penuh dengan udara (air laut dipompakan keluar dari tangki pemberat), berat kapal selam akan lebih kecil daripada volume kecil yang dipindahkannya sehingga kapal selam akan terapung. Ø Agar dapat bergerak di bawah permukaan air laut dan melayang, jumlah air laut yang dimasukkan ke dalam tangki pemberat disesuaikan dengan jumlah air laut yang dipindahkannya pada kedalaman yang diinginkan.

Aplikasi Hukum Archimedes dalam Kehidupan sehari-hari Ø Hidrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis berbagai zat cair. Nilai massa jenis zat cair dapat diketahui dengan membaca skala yang terdapat pada tabung hidrometer. Ø Kapal Laut dan Kapal Selam Kapal laut yang terbuat dari bahan-bahan berat dapat mengapung di laut atau perairan karena kapal didesain sedemikian rupa sehingga mempunyai rongga Ø Galangan Kapal Galangan kapal merupakan alat yang didesain untuk mengangkat kapal-kapal laut ke daratan. Galangan kapal akan tenggelam di laut karena air laut memasuki galangan kapal

FLUIDA DINAMIS Ø Ada beberapa ciri dari fluida ideal diantaranya Ø Fluida tidak dapat dimampatkan (incompressible), yaitu volume dan massa jenis fluida tidak berubah akibat tekanan yang diberikan kepadanya. Ø Fluida tidak mengalami gesekan dengan dinding tempat fluida tersebut mengalir. Ø Kecepatan aliran fluida bersifat laminer, yaitu kecepatan aliran fluida di sembarang titik berubah terhadap waktu sehingga tidak ada fluida yang memotong atau mendahului titik lainnya.

Persamaan Kontinuitas Ø Debit aliran adalah besaran yang menunjukkan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang setiap satuan waktu. Ø Secara matematis, persamaannya dituliskan sebagai berikut.

Persamaan Bernoulli Ø Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal. Ø Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:

Contoh Soal 1: Berapakah tekanan hidrostatik air (ρ = 1000 kg/m 3) di dasar kolam yang dalamnya 3 meter? (Gunakan g = 10 m/s 2 dan abaikan tekanan atmosfer) Penyelesaian: Diketahui: ρ = 1000 kg/m 3 h=3 m Ditanya: P = ? Jawab: P = ρgh = 1000 kg /m 3 (10 m /s 2) (3 m) = 30000 N/m 2 Jadi, tekanan hidrostatiknya adalah 30. 000 N/m 2.

UJI KOMPETENSI 1. Apa yan dimaksud dengan Fluida statis? 2. Tuliskan rumus massa jenis benda! 3. Tuliskan bunyi hukum Pascal dan hukum Archimedes! 4. Jelaskan beda tenggelam, melayang dan mengapung! 5. Apa yang dimaksud tekanan hidrostatis! 6. Tuliskan aplikasi fluida statis dalam kehidupan sehari-hari! 7. Mengapa telur bebek dapat melayang di dalam air garam?

SEMOGA BERMANFAAT & SELAMAT BELAJAR