MAKALAH FISIKATENTANG “FLUIDA STATIS”

DISUSUN OLEH :

KELOMPOK 7

MA UMMATAN WASATHAN PESANTRENTEKNOLOGI RIAU

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Alah Swt. Yang telah melimpahkan taufq, hidayah dan

rahmat -Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan makalah “Fluida Statis” ini dalam

waktu yang telah ditentukan.

Sholawat serta salam selalu tercurahkan buat rasulullah SAW yang telah

mengubah zaman sehingga kita bisa menentukan yang haq dan yang bathil.

Dengan adanya penulisan makalah ini semoga dapat membantu dalam

pembelajaran kita dan bisa menyelesaikan masalah-masalah, yang khususnya dalam

ruang lingkup fluida statis.

Disaming itu penulis menyadari bahwa munkin terdapat banyak kesalahan baik

dari penulisan ataupun dalam penyusunannya yang tidak penulis ketahui.

Kamis, 06 Februari 2010

Penulis

 

FLUIDA STATIs 

PENDAHULUAN

          Suatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir dinamakan

fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai

kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang

karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan

fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga

diabaikan. Dengan demikian kerapatannya akan lebih kecil.

          Karena itu, fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan

kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep

mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan

siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida statik, misalnya air di

tempayan. Sistem ini tidak mengalami gaya geser tetapi mempunyai

tekanan pada dinding tempayan.

          Berdasarkan uraian di atas, maka pada modul ini akan dibahas

dulu mengenai fluida statik. Pada kegiatan berikutnya akan dibahas

secara khusus fluida dinamik. Pembahasan sering menggunakan

konsep umum maupun prinsip mekanika partikel. Dengan

mempelajari modul ini berarti Anda akan dapat mengkaji sifat fluida

statik dan fluida dinamik dengan menggunakan mekanika partikel.

Setelah Anda mempelajari modul ini, Anda dapat:

a. Menjelaskan makna hukum utama hidrostatik.

b. Menggunakan hukum utama hidrostatik untuk menjelaskan

sifat-sifat khusus fluida statik.

c. Membedakan macam-macam aliran fluida.

d. Menghitung debit aliran fluida.

e. Menjelaskan makna hukum Bernoulli.

f. Menggunakan hukum Bernoulli untuk menjelaskan sifat-sifat

aliran fluida.

g. Menjelaskan masalah fluida pada kehidupan sehari-hari

dengan menggunakan konsep fisika.

Fluida ( zat alir ) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan dinamis.

FLUIDA STATIKA

Pada kegiatan pertama ini dibahas mengenai fluida statik.

Pada kehidupan sehari-hari, sering digunakan air sebagai contoh.

Marilah kita perhatikan air tenang yang berada di tempayan.

 

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada dinding tempayan

tempat fluida adalah gaya normal

 

          Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang

seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri

diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan

dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan

gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan

dasar bejana sebagaimana diperhatikan oleh bagian cairan dalam

kolom kecil pada gambar 2. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam

keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya

melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom

tersebut:

W = m g = ρ V g                                            (1)

di mana ρ adalah kerapatan zat cair dan V adalah volume kolom. Jika

V = h ∆A, kita dapatkan:

W = ρ h ∆A g                                                 (2)

Jika berat itu ditopang oleh luasan ∆A, yang sebanding dengan luas

∆A, akibatnya gaya ini tersebar rata di permukaan dasar bejana.

          Tekanan sebagai perbandingan gaya dengan luas, seperti

diilustrasikan pada gambar 2.

                                gaya                      ρ h ∆A g    

p =                =                     = ρ g h         (3)

                                 luas                  ∆A

 

Di mana p adalah tekanan yang dialami dasar bejana. Dalam satuan

tekanan diukur dalam N/m2, dan dinamai Pascal yang disingkat Pa.

 

FLUIDA STATIKA

Pada kegiatan pertama ini dibahas mengenai fluida statik. Pada kehidupan sehari-hari, sering digunakan air sebagai contoh. Marilah kita perhatikan air tenang yang berada di tempayan.

 

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada dinding tempayan

tempat fluida adalah gaya normal

 

          Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang

seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri

diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan

dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan

gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan

dasar bejana sebagaimana diperhatikan oleh bagian cairan dalam

kolom kecil pada gambar 2. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam

keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya

melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom

tersebut:

W = m g = ρ V g                                            (1)

di mana ρ adalah kerapatan zat cair dan V adalah volume kolom. Jika

V = h ∆A, kita dapatkan:

W = ρ h ∆A g                                                 (2)

Jika berat itu ditopang oleh luasan ∆A, yang sebanding dengan luas

∆A, akibatnya gaya ini tersebar rata di permukaan dasar bejana.

          Tekanan sebagai perbandingan gaya dengan luas, seperti

diilustrasikan pada gambar 2.

                                gaya                      ρ h ∆A g    

p =                =                     = ρ g h         (3)

                                 luas                  ∆A

 

Di mana p adalah tekanan yang dialami dasar bejana. Dalam satuan

tekanan diukur dalam N/m2, dan dinamai Pascal yang disingkat Pa.

 

Untuk cairan pertama : p1 g 2 1

          Untuk cairan kedua    : p1 g 2 1

Sehingga :

          ρ1 g 2 1 = ρ2 g (d + 2 1)

atau

          ρ2          2    ρ1       d + 2 1

 

Perbandingan kerapatan suatu bahan terhadap kerapatan air

dinamakan kerapatan relatif atau gravitas spesifik dari bahan

tersebut.

          Archimedes mendapatkan suatu prinsip sebagai berikut.

Apabila suatu benda dicelupkan ke dalam cairan (seluruhnya atau

sebagian), benda itu mengalami gaya ke atas sebesar berat cairan

yang dipindahkannya.

          Apabila sebuah benda dicelupkan ke dalam cairan, seperti

ditunjukkan dalam gambar 5, total gaya ke atas atau gaya angkat,

dilakukan pada benda. Akibat gaya ini terdapat perbedaan tekanan

pada bagian bawah dan bagian atas benda. Selama tekanan ini

tergantung pada kedalaman cairan, dengan mudah dapat kita hitung

gaya ke atas untuk sederhana, antara lain untuk balok tegar di mana

salah satu permukaannya horizontal.

Gambar 5. Gaya-gaya yang dialami benda di dalam cairan.

 

          Benda yang bentuknya sembarang, agak sulit kita

menentukan tekanan karena bervariasinya titik-titik permukaan

benda. Untuk itu prinsip Archimedes sangat membantu. Andaikan

benda dikeluarkan dari dalam cairan akan menggantikan tempat

benda sebanyak tempat yang tadinya ditempati oleh benda. Jika

volume tempat benda itu telah diisi oleh cairan, ini menunjukkan

bahwa adanya keseimbangan gaya yang terjadi antar cairan

penyelubung dengan bagian cairan yang menggantikan tempat

benda tersebut. Jadi gaya netto yang arahnya ke atas adalah sama

dengan m1 g, di mana  m1  adalah massa cairan yang mengisi volume

yang ditinggalkan oleh benda.

          Sekarang kita tinggalkan pengandaian tadi dengan benda

sesungguhnya yang massanya mo. Cairan mestilah melakukan

kontak dengan setiap titik pada permukaan benda yang memberikan

gaya-gaya sama di mana-mana. Gaya ini mestilah sama dengan

gaya penopang cairan yang volumenya adalah sama. Gaya ini adalah

gaya angkat (ke atas) yang besar.

Fb = mf g = ρ1 Vg                                                                         (5)

Di mana m1 adalah massa cairan yang dipindahkan oleh benda yang

tercelup ke dalam cairan adalah kerapatan cairan. Gaya angkat ini

arahnya vertikal ke atas.

          Persamaan 5 dinamakan Prinsip Archimedes yang

dikemukakan oleh Archimedes pada tahun 250 SM. Jika gaya ke atas

lebih kecil daripada berat benda yang dicelupkan, mala benda itu

akan tenggelam. Jika berat benda lebih kecil daripada gaya ke atas,

benda itu akan terapung. Seandainya ρo adalah kerapatan benda,

dengan volume V, maka beratnya

W = mo g = ρo V g

Gaya ke atas dinyatakan oleh persamaan 5.

Fb = ρ1 V g                                                    (6)

Netto gaya ke atas ketika benda semuanya tercelup dalam cairan

Fnet = Fb . W =( ρf. ρo) V g                               (7)

Jadi benda dengan kerapatan lebih besar dari kerapatan cairan akan

tenggelam, dan yang lebih kecil akan terapung.

Sekarang Anda lakukan latihan sebagai berikut.

1.      Sebuah balon terbuat dari karet massanya 2 g diisi dengan gas

helium yang massanya ¾ g. JIka volume balon itu 41, akan kita

cari gaya ke atas netto yang bekerja pada balon.

2.      Balok kayu yang kerapatannya 0,6 cm-3 berupa kubus dengan

rusuk 10 cm terapung di dalam air seperti dilukiskan pada

gambar 6. Akan kita tentukan bagian kayu yang tidak tercelup

dalam air.

 

Gambar 6.

Gambar 6.

1.      Prinsip Archimedes di atas tidak hanya berlaku untuk cairan,

tetapi berlaku juga untuk gas. Balon yang berisi gas helium

memindahkan udara sebanyak volume balon yaitu 41.

Balon memindahkan 41 udara. Jika kerapatan udara 1,29 g/1 atau

1,29 x 10-3 kg/1, maka massa udara yang volumenya 41 adalah

5,1 x 103 kg, sehingga gaya ke atas

Fb = Wu = mu g = (5,1 x 10-3 kg) (9,8 m/s2)

            = 5 x 10-2 N (arah ke atas)

Wbalon = (2,75 x 10-3 kg) (9,8 m/s2)

         = 2,7 x 10-2 N (arah ke bawah)

Jadi gaya ke atas netto

Fnet = (5. 2,7) x 10-2 N = 2,3 x 10-2 N

 

2.      Berat kubus kayu

Wk = ρ k Vk g di mana = 0,6 x ρa

Gaya ke atas

Fb = Wa = (f Vk) g

Di mana f adalah bagian kubus yang di bawah permukaan air

(yang tercelup). Dalam keadaan setimbang, gaya netto adalah

nol, sehingga

ρ k Vk g = ρa (f Vk) g atau

ρ k = ρa f sehingga

                        0,6 ρa

f = ρ k/ρa =             = 0,6

                          ρa

 

Jadi 0,6 bagian kubus kayu tercelup di dalam air, sedang yang

tidak tercelup 0,4 bagian atau setinggi h = 4 cm.

Rangkuman

Besaran tekanan hidrostatik dinyatakan dengan rumus P = ρ

gh. Tekanan pada fluida statik akan diteruskan oleh fluida itu ke

segala arah sama rata.

 

TEKANAN HIDROSTATIS

Tekanan hidrostatis ( Ph) adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya. Dengan rumus :

P=

Keterangan : p : Tekanan (Nm ) F : Besar Gaya (N) A : Luas permukaan tempat gaya bekerja (m )

PARADOKS HIDROSTATIS

Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair ( )dalam bejana.

Ph = g hPt = Po + PhF = P h A = g V

= massa jenis zat cairh = tinggi zat cair dari permukaang = percepatan gravitasiPt = tekanan totalPo = tekanan udara luar

HUKUM PASCAL

Tekanan yang dilakukan pada zat cair akan diteruskan ke semua arah sama. Contoh hk. Pascal dalam peralatan adalah hidrolik.

P1 = P2 F1/A1 = F2/A2 atau

Contoh Soal :

Sebuah pengankat hidrolik bekerja berdasarkan tekanan air. Dari gambar tentukan besar gaya F yang

dibutuhkan untuk mengangkatsebuah mobol yang masanya 1.200 kg, grafitasi 10 ms , A : 20 cm Dan A :

400 cm . Jika masa masa pengisap dan masa alas tempat mobil diabaikan.

Jawab : Dik : A : 20 cm A : 400 cm m :1.200 kg g : 10 ms

Dengan persamaan :

jadi besar gaya yang dibutuhkan adalah 600 N....

Prinsip PascalPengantar

Pernahkah kamu jalan-jalan ke bengkel ? Jangan jauh-jauh ke bengkel, mungkin kamu pernah melihat mobil mogok di jalan karena ban dalam mobil tersebut kempis alias pecah ?… nah, ketika roda mobil mengalami kerusakan maka om sopir atau kondektur harus menggantinya dengan roda yang lain. Atau kadang mobil harus digiring ke bengkel, soalnya yang nyetir pake dasi. Agar roda mobil yang rusak bisa diganti maka digunakan bantuan dongkrak hidrolis. Tahukah kamu bagaimana prinsip kerja dongkrak hidrolis ? mobil yang begitu berat bisa diangkat dengan mudah. Aneh bin ajaib. Hehe… semuanya karena fisika.

HUKUM ARCHIMEDES

Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan.

Rumus : F p V g

F Gaya keatas didalam air p =Massa jenis zat cair

V =Vol. zat cair g=Grvfitasi

Gaya keatas yang dialami sebuah benda akan berbeda-beda jika dicelupkan pada beberapa jenis fluida. Hak ini disebabkan oleh massa jenis fluida berbeda-beda.

Contoh soal :

Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 200N. Ketika beda ditimbang didalam air, berat benda menjadi 100N. Akan tetapi dalam caira lain beratnya menjadi 120N. Jika massa jenis air 1 gcm dan percepatan gravitasi bumi 10 ms . Tentukan massa jenis cairan tersebut ?

Jawab : Dik : W =200N W =100N W =120N p =1 gcm=10kgm =10 ms

Ketika ditimbang didalam air, gaya keatas yang dialami oleh benda adalah

F W - W

F 200N-100N=100N

Sehingga didapatkan

F p V g

100N = 10. V .10 V =10 m =10 cm

Ketika ditimbang didalamcairan,gaya keatas yang dialami adalah

F W - W

F 200N-120N = 80N

Sehingga didapatkan

F p V g 80N= p (10)(10) = 80N=0,1 p

p =

TEGANGAN PERMUKAAN

Tegangan permukaan ( ) adalah besar gaya ( F ) yang dialami pada permukaan zat cair persatuan panjang(l).

Dengan rumus:

Ket : Tegangan permukaan (Nm ) F= Gaya (N) L= Panjang garis pada permukaan (m)

KAPILARITAS

Kapilaritas ialah gejala naik atau turunnya zat cair ( y ) dalam tabung kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena pengarah adhesi dan kohesi. Dengan rumus:

h=

Contoh soal:

Sebuah pipa kapiler yang diameternya 4mm dan kaedua ujung pipa simaska scara tegak lurus kedalam embr yange berisi air., jika koefisien tegangannya permukaan air adalah7,27 Nm , sudut kontak permukaan cair sebesar 37 massa jenis air 2 gcm dan gravitasi bumi 10ms . Tentukan tigggi kenaikan air didalam pipa?

Jawab: Dik: = 7,20 Nm R=2mm=2 m g=10ms cos 37=0,8 p =1gcm =10 kgm dengan menggunakan persamaan :

h= = =0,58cm m=0,58cm

jadi kenaikan air didalam pipa kapiler sebesar0.58 cm

PENUTUP

Dengan rasa syukur penulis mengucapkan Alhamdulillah karena bisa

meyelesaikan makalah fisika ini. Dan penulis berterima kasih kepada seluruh rekan-

rekan yang telah banyak membantu dalam pembuatan makalah ini.

Adapun penutup kata kami dalam makalah ini adalah kami berharap dengan

adanya makalah ini semoga dapat dipergunakan sebaik-baiknya dan bisa membantu

banyak dalam proses belajar mengajar disekolah.

Wassalam...