08 statika fluida

VIII. STATIKA FLUIDA

Dalam materi ini akan dibahas pengertian fluida, tekanan pada fluida dan hubungan antara tekanan dengan kedalaman. Selanjutnya dijelaskan hukum-hukum hidrostatika seperti Hukum Paskal dan Hukum Archimedes serta penerapannya. Selain itu dijelaskan pula pengertian tegangan permukaan dan gejala kapilaritas.

A. Standar KompetensiAgar mahasiswa memahami konsep dasar mekanika klasik Mahasiswa mampu memahami konsep dasar mekanika klasik

B. Kompetensi DasarMahasiswa dapat memahami mekanika yang terjadi pada fluida statis

C. Materi Pembelajaran

1. Pendahuluan

Tiga keadaan umum, atau fase dari materi adalah padat, cair dan gas. Banda padat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap, bahkan jika sebuah gaya yang besar diberikan pada sebuah benda padat , benda tersebut tidak langsung berubah bentuk atau volumenya. Benda cair tidak mempertahankan bentuk seperti benda padat, melainkan mengambil bentuk tempat yang ditempatinya. Tetapi seperti benda padat, benda cair tidak dapat langsung ditekan, dan perubahan volume yang cukup signifikan terjadi jika diberikan gaya yang besar. Gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Gas akan menyebar untuk memenuhi tempatnya. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap, keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir; dengan demikian kedua-duanya sering disebut Fluida.

Fluida atau zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri utama fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua melekulnya tidak tetap. Molekul-molekul di dalam fluida mempunyai kebebasan untuk bergerak sendiri-sendiri.

Dalam zat cair, gaya interaksi antara molekul-molekul yang disebut gaya kohesi masih cukup besar karena jarak antara molekul tidaklah terlalu besar. Akibatnya zat cair masih tampak sebagai satu kesatuan, masih dapat dilihat batas-batas zat cair meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya. Selain itu zat cair tidak mudah untuk dimampatkan.

Lain halnya dengan gas, molekul-molekul gas dapat dianggap sebagai sistim partikel bebas. Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil dan interaksi antar molekul terutama oleh tumbukan. Akibatnya gas cenderung memenuhi ruang. Selain itu gas lebih mudah dimampatkan daripada zat cair. Gas jika dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan berubah menjadi zat cair.

Statika fluida membahas fluida dalam keadan diam, jadi dalam keadaan setimbang mekanik. Hal ini berarti resultan gaya-gaya yang bekerja pada fluida dalam keadaan setimbang mekanik haruslah sama dengan nol. Tinjauan dalam statika fluida bersifat mikroskopik. Dan karenanya ketika kita mengambil elemen volume yang sangat kecil, maka volume ini masih jauh lebih besar dari ukuran molekul-molekul pembentuk fluida tersebut. Mekanik fluida membahas sifat-sifat gas dan zat cair yang berhubungan dengan kemampuannya untuk mengalir. Mekanika gas dan zat cair yang bergerak mempunyai perbedaan dalam beberapa hal, tetapi dalam keadaan diam keduanya mempunyai perilaku yang sama dan ini dipelajari dalam statika fluida.

2. TEKANAN PADA FLUIDA

Definisi tekanan

Jika sebuah gaya diberikan pada permukaan air maka harus melakukannya pada daerah yang agak luas dan tegak lurus permukaan zat cair tersebut. Dalam membahas gaya dalam fluida dipergunakan besaran fisi skalar yang disebut tekanan (p). Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang dialami oleh suatu titik pada suatu permukaan fluida per satuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematik tekanan P didefinisikan melalui hubungan:

Modul Fisika Dasar – Statika Fluida VIII-1

................................................................................................................................. (1)di mana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan Fluida. Satuan tekanan adalah N/m2 atau pascal (Pa).

Secara mikroskopik gaya ini merupakan pertambahan momentum per satuan waktu yang disebabkan oleh tumbukan molekul-molekul fluida di permukaan tersebut. Suatu fluida yang ditekan memberikan tekanan pada setiap permukaan yang bersentuhan dengan fluida tersebut. Permukaan ini bisa berupa permukaan batas antara fluida dengan wadahnya, tetapi ia bisa pula berbentuk permukaan imajinier yang kita buat pada fluida. Di setiap titik pada fluida yang diam, besarnya tekanan dari seluruh arah tetap sama. Hal ini dapat dijelaskan dalam Gb. 1.

Anggaplah sebuah kubus kecil dalam suatu fluida. Tekanan pada satu sisi harus sama dengan sisi yang sebaliknya. Jika hal ini tidak terjadi maka gaya total yang bekerja pada kubus tidak sama dengan nol dan kubus akan bergerak. Jika fluida tidak bergerak maka tekanan-tekanan harus sama dengan nol.

Hubungan Tekanan Dengan Kedalaman Massa jenis () sebuah benda didefinisikan sebagai massa (m) per satuan volume (V) :

.......................................................................................................................................... (2)

Satuan massa jenis adalah kg/m3. Massa jenis merupakan sifat khas dari suatu zat murni. Benda-benda bisa memiliki berbagai ukuran atau massa, tetapi massa jenis akan sama untuk seluruhnya.

Sekarang kita akan menghitung secara kuantitatif bagaimana suatu zat cair dengan massa jenis yang serba sama berubah terhadap kedalaman. Tinjau suatu elemen volume (Gb. 2) yang tebalnya dy dan luas permukaannya A. Massa elemen tersebut adalah A dy dan beratnya

. Gaya yang dikerjakan pada elemen tersebut dimanapun selalu tegak lurus permukaannya. Berdasarkan simetri, gaya resultan horisontalnya pada sisi-sisinya sama dengan nol. Gaya ke atas pada permukaan sebelah bawah adalah pA, sedangkan gaya ke bawah pada permukaan atas adalah (p + dp)A. Karena dalam kesetimbangan : , atau

......................................................................... (3)

Jika p1 adalah tekanan pada jarak y1 dan p2 adalah tekanan pada tinggi y2 diatas suatu permukaan acuan, maka integrasi persamaan (9.3) memberikan :

Misalkan titik 1 mempunyai tekanan p dan titik 2 di permukaan zat cair dimana tekanannya sama dengan tekanan atmosfir p0

(Gb.3), maka

..................................................................... (4)Persamaan ini menyatakan hubungan antara tekanan p dan kedalaman h. Hubungan ini juga menyatakan bahwa tekanan


Gambar 1. Besar tekanan sama ke segala arah

Gambar 2 Suatu elemen volume di dalam fluida

Gambar 3

pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama

1. Contoh Pemakaian 1: Tekanan AtmosfirTekanan atmosfir bumi, sebagaimana pada fluida berubah terhadap kedalaman. Dari persamaan diferensial yang sama kita dapat mencari tekanan atmosfer pada ketinggian tertentu. Persamaan keadaan gas ideal , dan jika disubtitusi ke persamaan (2), diperoleh :

Jika tersebut kita masukkan pada persamaan (3), maka kita akan memperoleh persamaan diferensial :

Untuk dapat mengintegrasikan persamaan ini, persamaan tersebut kita ubah bentuknya menjadi

Integrasi persamaan ini menghasilkan

Dimana C adalah konstanta integrasi. Dengan memasukkan syarat batas p(0) = p0 yaitu tekanan pada

permukaan laut, maka kita dapat , sehingga persamaan di atas dapat dituliskan dalam

bentuk

.............................................................................................................................. (5)

di mana p adalah tekanan udara pada ketinggian y (dinyatakan dalam kilometer) dari permukaan bumi. Persamaan ini disebut persamaan barometris. Dari persamaan ini tampak bahwa tekanan udara makin menurun pada ketinggian yang makin besar. Pada permukaan laut, rata-rata tekanan atmosfir adalah 1,013x105 N/m2 (14,7 lb/in2), yang sering juga disebut 1atmosfir (atm).

2. Contoh Pemakaian 2 : Manometer dan BarometerHubungan antara tekanan dan kedalaman tersebut merupakan prinsip kerja dari desain alat-alat

pengukur tekanan fluida. Alat untuk mengukur tekanan fluida pada suatu ruangan tertutup adalah manometer, dan untuk mengukur tekanan pada ruangan terbuka digunakan barometer. Baik manometer maupun barometer pada dasarnya adalah sebuah pipa U yang berisi cairan pengukur yang biasanya air raksa atau air. Pada manometer kedua kaki pipa U itu terbuka, sedangkan pada barometer salah satu kakinya tertutup.

Untuk manometer, tinjaulah Gb. 4. Misalkan manometer ini kita gunakan untuk mengukur tekanan gas di dalam ruang yang tekanannya p lebih tinggi dari tekanan udara p0. Permukaan air raksa pada ujung tabung yang berhubungan dengan udara luar lebih tinggi daripada yang dihubungkan dengan ruang.Tekanan di dalam pipa U dapat dikaitkan dengan tekanan dalam ruang tertutup p, Tekanan di dasar ini dapat pula kita kaitkan dengan tekanan udara luar p0 ,

Jika sistim dalam keadaan setimbang maka

Jadi tekanan di ruang tertutup adalah :......................................................................................... (6)

Alat ukur tekanan barometer ditunjukkan dalam Gb 5.Pada gambar ini dapat dilihat air raksa pada ujung pipa U yang tertutup mempunyai ketinggian h relatif terhadap permukaan air raksa di ujung yang berhubungan dengan ruang terbuka. Pada dasar pipa U dalam keadaan setimbang terdapat hubungan :


Gambar 4. Manometer

Sehingga di peroleh persamaan tekanan absolut yang di ukur dengan barometer sebesar :

................................................................................................. (7)

3. HUKUM-HUKUM HIDROSTATIKA

Dari persamaan distribusi tekanan dapat diturunkan hukum-hukum hidrostatika yang terkenal. Karena persamaan distribusi tekanan adalah konsekuensi hukum Newton, maka dapat disimpulkan bahwa hukum-hukum tersebut bukanlah hukum fundamental. Artinya, tidak memerlukan mekanika khusus untuk fluida. Berikut ini adalah penurunan hukum-hukum hidrostatika dari persamaan tekanan fluida tersebut di atas.

3.1 Hukum Pascal

Jika suatu fluida berada dalam keadaan diam, beda tekanan antara dua titik hanya bergantung pada beda ketinggian/kedalaman tempat dan massa jenis. Disamping tekanan oleh beratnya sendiri, pada suatu fluida yang memenuhi suatu tempat tertutup dapat dilakukan tekanan oleh gaya luar. Jika tekanan udara luar p0

berubah, tekanan pada setiap titik di dalam fluida akan mendapat tambahan tekanan dalam jumlah yang sama (pers. 9.4) Peristiwa ini mula-mula dinyatakan oleh ilmuan Perancis bernama Blaise Pascal (1623-1662) dan disebut Hukum Pascal. Hukum Pascal menyatakan bahwa: tekanan yang diberikan pada fluida dalam suatu tempat akan menambah tekanan keseluruhan dengan besar yang sama. Artinya bila tekanan pada suatu titik dalam zat cair di tambah dengan suatu harga, maka tekanan semua titik di tempat lain pada zat cair yang sama akan bertambah dengan harga yang sama pula.

3.1.1 Pemakaian: Pengungkit Hidrostatika

Sejumlah alat praktis menggunakan prinsip Pascal, misalnya rem hidrolik dan lif hidrolik, seperti diilustrasikan dalam Gb. 6.

Pada kasus lift hidrolik, sebuah gaya yang kecil dapat digunakan untuk memberikan gaya besar dengan membuat luas piston keluaran lebih besar daripada luas piston masukan. Untuk memahami cara kerjanya, dianggap piston masukan dan keluaran berada pada ketinggian yang sama. Pada piston masukan diberikan gaya luar Fmasuk, dengan demikian terdapat pertambahan tekanan sebesar Berdasarkan hukum Pascal, tekanan ini diteruskan k piston keluaran, pkeluar = pmasuk. Dengan demikian,

atau

3.2 Hukum Archimedes

Banda-benda yang dimasukkan pada fluida tampaknya mempunyai berat yang lebih kecil daripada saat berada di luar fluida tersebut. Sebagi contoh, sebuah batu yang besar mungkin akan sulit diangkat dari permukaan tanah, akan tetapi bias diangkat dengan mudah dari dasar sungai. Ketika batu berada dipermukaan air, tampaknya tiba-tiba menjadi lebih berat.Gejala ini dapat dijelaskan melalui hukum Archimedes yang mengatakan bahwa setiap benda yang berada di dalam suatu fluida akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkannya. Gaya ini disebut dengan gaya apung. Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental, karena dapat diturunkan dari hukum Newton. Penurunannya adalah sebagai berikut:

Tinjau sebuah balok yang berada dalam zat cair seperti dalam Gb. 7.Gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida pada bagian atas ditambah gaya berat :

Sedangkan gaya ke atas oleh zat cair pada balok :

Gaya total yang bekerja padabenda (arahnya diasumsikan ke atas)


Gambar 5. Barometer

Gambar 6. Penerapan Hukum PascalLift Hidrolik

Gambar 7. Menentukan gaya apung

dimana adalah gaya apung. Jika ,

maka............................................................... (8)

Benda akan mengapung, jika gaya apung (FA) lebih besar dari gaya berat benda (W) atau massa jenis benda fluida lebih besar daripada rapat massa benda. Jika FA lebih kecil dari gaya berat benda (W) atau massa jenis fluida lebih kecil daripada massa jenis benda, maka benda akan tenggelam. Sedangkan jika FA sama dengan W atau massa jenis fluida sama dengan massa jenis benda maka benda akan melayang.

Hukum Archimedes ini digunakan untuk membuat balon udara dan kapal selam. Dalam hal balon udara, balon di isi dengan udara panas atau gas yang lebih ringan daripada udara. Dalam kapal selam, isi air dalam kapal selam tersebut di atur agar rapat massa rata-rata kapal yang terdiri dari besi, udara dan air beserta isi kapal yang lain besarnya sama dengan rapat massa air laut agar kapal dapat melayang dalam laut.

4. TEGANGAN PERMUKAAN4.1 Pengertian dan Pengukuran Tegangan Permukaan

Sebuah silet yang terbuat dari logam dapat terapung bila diletakkan secara mendatar di atas permukaan air secara hati-hati, padahal berat jenis silet tersebut lebih besar dari pada berat jenis air (ini dapat dibuktikan bahwa bila silet ditekan ke dalam air maka silet akan terus tenggelam ke dalam bejana). Ini seolah-olah bertentangan dengan hukum Archimedes. Tetapi sebenarnya tidak demikian. Gaya apung tetap berlaku seperti biasa tetapi ada gaya lain yang bekerja pada silet yang menyebabkan gaya ke atas menjadi sama besarnya dengan gaya berat. Gaya ke atas tambahan itu disebabkan oleh adanya apa yang disebut tegangan permukaan. Tegangan permukaan ini disebabkan oleh karena permukaan zat cair dalam keadaan tegang, sehingga membentuk suatu lapisan permukaan yang seperti sebuah selaput. Selaput ini terbentuk oleh karena pada permukaan ini ikatan kohesi antar molekul hanya ada pada arah bawah dan ke samping sehingga akhirnya lebih banyak molekul cairan per satuan luas pada permukaan ketimbang pada bagian dalam. Selaput permukaan ini menarik setiap garis yang menyentuh permukaan dengan arah tegak lurus pada garis tersebut (arah gayanya adalah pada arah garis sejajar pada permukaan di titik yang di tinjau).Tegangan permukaan yang disimbolkan didefinisikan sebagai gaya F per satuan panjang L yang bekerja melintasi semua garis pada permukaan, dengan kecenderungan menarik permukaan agar tertutup.

........................................................................................................................................ (9)

Tegangan permukaan ini dapat di ukur dengan pertolongan suatu alat yang sederhana. Buatlah sepotong kawat menjadi sebuah bentuk U lalu pada kaki-kakinya dipasangkan kawat lain yang bisa bergeser bebas seperti pada Gb. 8.

Celupkan alat tersebut pada larutan sabun, maka pada alat tersebut akan terbentuk sebuah lapisan sabun tipis yang mempunyai dua permukaan. Dengan adanya tegangan permukaan, dibutuhkan gaya F untuk menarik kawat yang bisa digerakkan dan demikian menambah luas permukaan zat cair. Karena selaput mempunyai dua permukaan, maka panjang total dari permukaan adalah 2l. Dari definisi tegangan permukaan diperoleh

..................................................................................................................................... (10)

4.2 Pemakaian: Kapilaritas


(a) Tampak depan (b) Tampak samping

Gambar 8. Peralatan kawat berbentuk U, tempat satu lapisan tipis cairan untuk mengukur tegangan permukaan

Gambar B-1

Gambar B-2

Gambar B-3

Eksistensi tegangan permukaan ini akan menimbulkan adanya kecekungan atau kecembungan permukaan cairan pada dinding batas suatu bejana yang berisi cairan tersebut seperti terlihat pada gambar. Sudut antara dinding dan selaput itu di sebut sudut kontak.Besar sudut kontak itu tergantung pada jenis cairan, jenis uap di atas permukaan dan jenis tabung itu sendiri. Selanjutnya adanya sudut kontak yang tidak sama dengan 900 itu menimbulkan adanya gejala kapilaritas.

Gejala kapilaritas ini ialah menaiknya atau menurunnya permukaan cairan di dalam suatu pipa dengan diameter

yang cukup kecil bila pipa itu dicelupkan dalam suatu cairan secara tegak. Pipa tersebut di sebut juga sebagai pipa kapiler. Jika permukaaan cairan dalam pipa nampak lebih tinggi dari pada yang di luarnya, maka permukaan di dalam pipa tersebut akan nampak cekung. Sebaliknya jika lebih rendah, maka permukaan di dalam pipa nampak cembung. Hal ini dapat diterangkan dengan menggunakan hukum Newton yang sekaligus memasukkan faktor tegangan permukaan dan tekanan hidrostatika. Dengan cara itu pula kita dapat menghitung ketinggian permukaan dalam pipa. Cobalah perhatikan gambar 10 berikut.Gaya-gaya yang bekerja pada kolom cairan dalam pipa ada tiga macam. Pertama yang bersifat hidrostatika pada bagian atas dan bagian bawah kolom tersebut saling meniadakan. Jadi tinggal keseimbangan antara gaya tegangan permukaan pada dinding pipa dan gaya berat kolom zat cair. Secara matematika hal itu dapat dinyatakan sebagai :

....................................................................................................................... (11)atau

............................................................................................................................ (12)

bila sudut kontak lebih kecil dari sudut siku h positif dan ini berarti permukaan cairan dalam pipa naik. Sebaliknya jika berupa sudut tumpul maka permukaan cairan akan turun.

D. SOAL-SOAL LATIHAN

1. Sebuah tabung logam 80 kg, panjang 2 m, luas penampang 25 cm2, berdiri tegak di atas lantai. Berapakah tekanan yang dilakukan tabung pada lantai?

2. Sebuah botol (Gambar B-1) di isi dengan air raksa, dan bagian atas botol terbuka. Tekanan udara luar 1 atm. Tentukan besarnya gaya yang bekerja pada dinding AB (kulit silinder), BC (kulit kerucut, CD (kulit silinder, dan alas bawah.

3. Sebuah bendungan mempunyai bentuk seperti pada gambar. Bila AB = 20 m, BD = 100 m, dan lebar bendungan 50 m, tentukan gaya yang bekerja pada dinding AB, CD dan pada alas BD

4. Sepotong emas murni ( = 19,3 g/cm3) diduga berongga. Timbangan menunjukkan massanya 38,25 g dalam udara dan 36,22 g dalam air. Berapa volume rongga di dalamnya.

5. Sebuah menometer menunjukkan bahwa tekanan air ledeng di lantai dasar gedung adalah 270 kPa. Sampai ketinggian berapakah air dapat naik dalam pipa ledeng gedung itu ?


Gambar 9 Sudut kontak

Gambar 10 Kapilaritas

Gambar B-4

Gambar B-5

6. Gambar B-3 menunjukkan alat tekan hidrolik, pengisap besar luas penampangnya 200 cm2 dan penampang kecil luas penampangnya 5 cm2. Sebuah gaya 250 N diberikan pada pengisap kecil, berpakah gaya yang bekerja pada pengisap besar?

7. Sebuah patung kuno 70 kg dengan volume 3,0.104 cm3 terbaring di dasar laut. Berapa gaya yang diperlukan untuk mengangkatnya.

8. Sebuah benda tersusun dari kayu dan timah hitam pada bagian bawahnya (Gambar B-4). Volume kayu sebesar 10 cm3 dan massa jenisnya 0.6 gr/cm3 panjang . Berapakah volume timah hitam yang dibutuhkan jika benda tersebut tenggelam sampai sisi atasnya tepat sejajar permukaan air.

9. Sebuah pipa kapiler luas penampangnya 1 mm2 dicelupkan ke dalam bejana berisi air secara tegak lurus. Bila tegangan permukaan di pipa tersebut besarnya 0,07 N/m, tentukan beda ketinggian air di dalam pipa dan di dalam bejana?

10. Tiga buah tabung A, B, dan C saling berhubungan seperti tampak pada Gambar B-5. Luas penampang A = 4 cm2, B = 4 cm2, C = 10 cm2. Ketiga tabung diisi air raksa sampai tinggi permukaannya sama. Kemudian tabung B di tutup dengan ketinggian kolom udara di atas air raksa 10 cm. Di atas C di beri piston tepat di atas air raksa (tak ada kolom udara). Bila massa piston dan beban 5 kg, tentukan ketinggian air raksa di masing-masing tabung.

E. JAWABAN SOAL-SOAL LATIHAN

1. Dik : m = 80 kg, l = 2 m, A = 25 cm2 = 25.10-4 m2 Dit. : P = ?

Penyelesaian :

2. Dik : h = 120 m, air laut = 1,03. 103 kg/m3 Dit. : p = ?

Penyelesaian :

3. Dik.: hAB = 20 m, y = 50 m, x = 100 m Dit. : FAB = ?, FCD = ? FBD = ?Penyelesaian : Tekanan hidrostatik yang bekerja pada suatu titik dalam fluida yang berada pada kedalaman z dari permukaan air adalah . Akibatnya gaya yang bekerja pada suatu elemen luas

adalah mengarah keluar. z diambil dari permukaan air


4. Fa = massa fluida yang dipindahkan = selisih massa emas di udara – massa emas di air.Dik : e = 19,3 g/cm3, massa emas di udara, m1 = 38,25 g = 3,825.10-2 kg,

massa emas di air m2 = 36,22 g. = 3,622.10-2 kg.Dit. : Vrongga = ?Penyelesaian : ;

Volume air yang dipindahkan,

5. Manometer menunjukkan antara tekanan dalam air dan tekanan atmosfer (tekanan hidrostatiknya saja).Dik : P = 270 kPa = 2,7.105 N/m2 Dit. : h = ?

Penyelesaian :

6. Prinsip Pascal : tekanan di bawah pengisap besar = tekanan di bawah pengisap kecilDik. : A1 = 200 cm2 ; A2 = 5 cm2 ; F2 = 250 N; Dit. : F1 = ?

Penyelesaian :

7. Gaya apung pada patung yang disebabkan air sama dengan berat volume air yang dipindahkan. Dik : mp = 70 kg ; Vp = 3,0.104 cm3

= 3,0.10-2 m3 ; Dit. : Fa = ?Penyelesaian :

;

Berat patung adalah mg = (70kg)(9,8m/s2) = 6,9.102 N. Berarti gaya yang diperlukan untuk mengangkatnya adalah 690 N – 300 N = 390 N. Seakan-akan patung tersebut memiliki massa sebesar (390N)/(9,8 m/s2) = 40 kg.

8. Dik. : Vk = 10 cm3 = 10.10-6 m3, k = 0.6 gr/cm3 = 0,6.103 kg/m3

Dit. : VPb = ?Penyelesaian : Untuk mencapai kedudukan seperti Gambar B-4 :

; Pb = 11,3.103 kg/m3

Misalnya : Volume timah hitam yang yang dibutuhkan , VPb = a m3, Massa timah hitam, mPb = Pb . a = (11,3.103 ) a kg

Massa total benda :

Volume total benda :

Dan diperoleh hubungan :

Jadi volume timah hitam

9. Dik. : Ap = 1 mm2 = 1.10-?? m2, = 0.07 N/m

Dit. : h = ?Penyelesaian : ???

10. Dik. : AA = AB = 4 cm2 = 4.10-?? m2, AC = 10 cm2 = 10.10-??, h’B = 10 cm, mp = 5 kg

Dit. : hA = ?, hB = ? hC = ?


Penyelesaian : ???

F. RANGKUMAN

Tiga keadaan umum, atau fase dari materi adalah padat, cair dan gas. Banda padat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap, benda cair tidak mempertahankan bentuk, mengambil bentuk tempat yang ditempatinya, gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Zat cair dan gas memiliki kemampuan untuk mengalir, dengan demikian kedua-duanya sering disebut Fluida.

Tekanan (p) didefinisikan sebagai gaya yang dialami oleh suatu titik pada suatu permukaan fluida per satuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut : (N/m2 atau pascal (Pa)).

Massa jenis () sebuah benda didefinisikan sebagai massa (m) per satuan volume (V) : (kg/m3)

Persamaan yang menyatakan hubungan antara tekanan p dan kedalaman h dalam zat cair yang serba sama adalahAlat untuk mengukur tekanan fluida pada suatu ruangan tertutup adalah manometer, dan untuk mengukur tekanan pada ruangan terbuka digunakan barometer. Baik manometer maupun barometer pada dasarnya adalah sebuah pipa U yang berisi cairan pengukur yang biasanya air raksa atau air. Pada manometer kedua kaki pipa U itu terbuka, sedangkan pada barometer salah satu kakinya tertutup. Hukum Pascal menyatakan bahwa: tekanan yang diberikan pada fluida dalam suatu tempat akan menambah tekanan keseluruhan dengan besar yang sama. Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa setiap benda yang berada di dalam suatu fluida akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkannya. Gaya ini disebut dengan gaya apung,

Tegangan permukaan yang disimbolkan didefinisikan sebagai gaya F per satuan panjang L yang bekerja

melintasi semua garis pada permukaan, dengan kecenderungan menarik permukaan agar tertutup,

Eksistensi tegangan permukaan ini akan menimbulkan adanya kecekungan atau kecembungan permukaan cairan pada dinding batas suatu bejana yang berisi cairan. Sudut antara dinding dan selaput itu di sebut sudut kontak. Besar sudut kontak itu tergantung pada jenis cairan, jenis uap di atas permukaan dan jenis tabung itu sendiri. Selanjutnya adanya sudut kontak yang tidak sama dengan 900 itu menimbulkan adanya gejala kapilaritas yaitu menaiknya atau menurunnya permukaan cairan di dalam suatu pipa dengan diameter yang cukup kecil bila pipa itu dicelupkan dalam suatu cairan secara tegak. Pipa tersebut di sebut juga sebagai pipa kapiler.

G. TES FORMATIF

1. Pada suatu hari barometer menunujukkan ketinggian 76,0 cm. Berapakah tekanan atmosfir pada saat itu? A. 0,076 atm. B. 0,5 atm. C. 0,76 atm. D. 1,0 atm. E. 76 atm.

2. Rapat massa segumpal es 917 kg/m3. Berapa bagian segumpal es yang terapung dalam air (air = 1000 kg/m3) akan muncul di permukaan ?

A. 0.072 B. 0.72 C. 0.078 D. 0.083 E. 0.833. Sebuah bejana berhubungan berbentuk seperti pada Gambar

IV-1. Jika setiap tabung tersebut diisi dengan suatu fluida, maka :1. Tekanan pada titik A dan C serta tekanan pada titik B dan

titik D adalah sama.2. Tinggi fluida pada setiap penampang sama3. Tekanan pada titik A tidak sama dengan tekanan pada titik

B4. Tekanan pada setiap titik A dan titik C sarta tekanan pada

titik B dan D tidak sama

A. 1,2 dan 3 benar B. 1 dan 3 benar C. 2 dan 4 benarD. 4 saja yang benar E. Semua benar


Gambar IV-1

4. Sepotong benda tjampuran emas dan aluminium, massanya 10 g. Jika benda ini digantungkan pada timbangan per dan dicelupkan ke dalam air, timbangan menunjukkan 8 g. Berapakah massa emas dalam campuran itu, jika massa jenis emas 19,3 g/cm3 dan massa jenis aluminium 2,5 g/cm3?A. 2,00 g . B. 2,50 g. C. 5,74 g. D. 7,54 g. E. 19,3 g.

5. Dalam sebuah tabung kimia dituang air setinggi 8 cm, kemudian minyak sebanyak 2 cm (minyak = 0.80 g/cm3). Berapakah tekanan yang diderita dasar tabung oleh fluida di atasnya.A. 96 Pa. B.180 Pa. C. 941 Pa D. 1058 Pa. E. 1764 Pa

6. Pipa U pada Gambar IV-2 disebut manometer terbuka. Tampak bahwa permukaan raksa dalam kedua kaki tidak sama tinggi. Berapa tekanan dalam bejana, kalau tekanan luar adalah 76 cmHg? Rapat massa raksa 13,6 g/cm3

A. 95 kPa. B.76 kPa. C. 71 kPa D. 6,6 kPa. E. 5 kPa

7. Jika gaya F yang dibutuhkan untuk memindahkan kawat pada Gambar 8 adalah 5,1.10-3 N, hitung tegangan permukaan dari fluida yang berada di dalamnya. Anggap l = 0,070 mA. 0,036 N/m. B.0,0051 N/m. C. 0,14 N/m D. 0,070 N/m. E. 0,36 N/m

8. Sebuah pelampung terbuat dari plastik busa (p = 0,58 g/cm3). Hitunglah volume plastik busa yang diperlukan agar orang dengan ”berat” 80 kg tidak tenggelam, melainkan 20% dari volumenya terdapat di atas air. Rapat massa orang o = 1,04 g/cm3.A. 1,04 m3. B. 0,58 m3. C. 0.20 m3 D. 0,16 m3 E. 0.044 m3 N/m

9. Sebuah tabung kimia berisi air sebagian diletakkan di atas timbangan, dan beratnya adalah 2,30 N. Bila sebatang logam yang tergantung dengan sebuah benang dicelupkan keseluruhannya ke dalam tabung (tanpa mengenai dasar), timbangan tersebut akan terbaca 2,75 N. Berapakah volume logam tersebut.A. 46 m3. B. 46 cm3. C. 4,6 m3 D. 4.6 cm3 E. 0.46 cm3

10. Sebatang pipa gelas, diameter dalamnya 1 mm, dicelupkan vertikal ke dalam raksa hingga ujung bawahnya 1 cm di bawah permukaan raksa. Berapa tinggi kolom raksa dalam pipa gelas tersebut?A. - 0,01 m. B. - 0,1 m. C. 0 m D. 0,1 m. E. 0,01 m

H. Referensi1. Tim Fisika Dasar, Fisika Dasar I, Prodi Pendidikan Fisika, Untad, Palu2. Halliday, D dan Reisnick, R., 1994, Fisika I, Erlangga, Jakarta3. Sutrisno, 1985, Seri Fisika Dasar: Mekanika, ITB, Bandung4. Giancolli, 2001, FISIKA, Jilid 1 ed Vth, Erlangga, Jakarta.


Gambar IV-2

08 statika fluida

Documents