Download - 5. zat padat dan fluida
Fisika
• Zat Padat dan Fluida Kerapatan dan Tekanan Gaya Apung Prinsip Archimedes Gerak Fluida
Topik hari ini:Topik hari ini:
Pertanyaan
Apa itu fluida?
1. Cairan2. Gas3. Sesuatu yang dapat mengalir4. Sesuatu yang dapat berubah mengikuti bentuk wadah
Keadaan Bahan: Transisi Fasa
ESES AIRAIR UAPUAP
Tambah panas
Tambah panas
Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan yang lain)
Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan yang lain)
Tambah panas
Tambah panas
Keadaan Bahan
• Padat Volume tetapVolume tetap
Bentuk tetapBentuk tetap
Molekul-molekulnya Molekul-molekulnya berada pada posisi berada pada posisi yang tetap karena gaya yang tetap karena gaya listrik dan bergetar listrik dan bergetar terhadap posisi terhadap posisi kesetimbangankesetimbangan
Dapat dimodelkan Dapat dimodelkan sebagai pegas-pegas sebagai pegas-pegas yang menghubungkan yang menghubungkan tiap molekultiap molekul
Keadaan Bahan• Padat
Padat KristalPadat Kristal Atom-atomnya Atom-atomnya
memiliki struktur memiliki struktur yang teratur yang teratur
Contoh pada garam Contoh pada garam (bola merah adalah (bola merah adalah ion Naion Na++ , bola biru , bola biru adalah ion Cladalah ion Cl--))
Padat AmorfPadat Amorf
Atom-atomnya tidak Atom-atomnya tidak teraturteratur
Contoh pada kacaContoh pada kaca
Keadaan Bahan
• Cair Volumenya tetapVolumenya tetap
Bentuk tidak tetapBentuk tidak tetap
Ada pada temperatur Ada pada temperatur yang lebih tinggi yang lebih tinggi dibanding padatdibanding padat
Molekul-molekul bergerak Molekul-molekul bergerak secara acaksecara acak
Gaya antar molekul Gaya antar molekul tidak cukup kuat untuk tidak cukup kuat untuk menjaga molekul tetap menjaga molekul tetap pada posisinyapada posisinya
Keadaan Bahan
• Gas
Volume tidak tetapVolume tidak tetap
Bentuk tidak tetapBentuk tidak tetap
Molekul-molekulnya bergerak Molekul-molekulnya bergerak acakacak
Molekul-molekulnya hanya Molekul-molekulnya hanya memberikan gaya lemah pada memberikan gaya lemah pada molekul yang lainmolekul yang lain
Jarak rata-rata antar molekul Jarak rata-rata antar molekul lebih besar dibanding ukuran lebih besar dibanding ukuran molekulmolekul
Keadaan Bahan
• Plasma
Bahan dipanaskan sampai Bahan dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggitemperatur yang sangat tinggi
Banyak elektron menjadi bebas Banyak elektron menjadi bebas dari intidari inti
Menghasilkan kumpulan-Menghasilkan kumpulan-kumpulan bebas, ion bermuatan kumpulan bebas, ion bermuatan secara listriksecara listrik
Plasma terdapat dalam bintang-Plasma terdapat dalam bintang-bintang, reaktor eksperimen atau bintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensibola lampu cahaya fluoresensi
Kerapatan• Kerapatan bahan yang komposisinya uniform didefinisikan
sebagai massa bahan per satuan volume:
Contoh:
• Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidak berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan
• Kerapatan dari gas berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan
V
m
Satuan
SI kg/m3
CGS g/cm3 (1 g/cm3=1000 kg/m3 )
3kubus
2silinder
3bola
aV
hRV
R3
4V
Tekanan
• Tekanan dari fluida adalah perbandingan dari gaya yang diberikan oleh fluida pada benda terhadap luas benda yang dikenai gaya
A
FP
Satuan
SI Pascal (Pa=N/m2)
Tekanan dan Kedalaman
• Jika sebuah fluida dalam keadaan diam pada wadah, semua bagian fluida haruslah dalam keadaan kesetimbangan statis
• Semua titik pada kedalaman yang sama haruslah berada dalam tekanan yang sama (kecuali jika fluida tidak dalam kesetimbangan)
• Tiga gaya eksternal bekerja pada bagian benda seluas A
Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)
AghρAPPA:jadiAh,ρVρM:tapi
0,APMgPA0F
0
0
ghPP 0
Tes Konsep 1
Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil:
a. 1-2-3b. 2-1-3c. 3-2-1d. sama pada ketiganya
10 cm
1 2 3Jawab d
Tekanan dan Persamaan Kedalaman
• Po adalah tekanan atmosfir normal– 1.013 x 105 Pa = 14.7
lb/in2
• Tekanan tidak bergantung pada bentuk wadah
ghPP o
Satuan tekanan yang lain: Satuan tekanan yang lain:
76.0 cm dari 76.0 cm dari raksaraksa
Satu atmosfir 1 atm =Satu atmosfir 1 atm = 1.013 x 1.013 x 101055 Pa Pa
14.7 lb/in14.7 lb/in22
Prinsip Paskal
• Tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.
• Dongkrak hidrolik adalah aplikasi yang penting dari Prinsip Paskal
• Juga digunakan dalam rem hidrolik, pengangkat mobil dll.
2
2
1
1
A
F
A
FP
Karena Karena AA22>A>A11, maka , maka FF22>F>F11 !!!!!!
Pengukuran Tekanan
• Pegas dikalibrasi dengan gaya yang diketahui
• Gaya yang dikerjakan fluida pada piston dapat diukur
Salah satu ujung tabung Salah satu ujung tabung U terbuka ke atmosferU terbuka ke atmosfer
Ujung yang lain Ujung yang lain dihubungkan dengan dihubungkan dengan tekanan yang akan di tekanan yang akan di ukurukur
Tekanan pada B adalah Tekanan pada B adalah PPoo+ρgh+ρgh
Tabung tertutup Tabung tertutup panjang diisi dengan panjang diisi dengan raksa dan dibalikan raksa dan dibalikan posisinya dalam posisinya dalam bejana berisi rakasa bejana berisi rakasa jugajuga
Tekana atmosfer Tekana atmosfer terukur adalah ρghterukur adalah ρgh
Pertanyaan
Andaikan anda menempatkan sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda?
a. Sama.b. Tekanan di atas lebih besar.c. Tekanan di bawah lebih besar.
Gaya ApungGaya Apung
Berapa besarnya gaya ini?Berapa besarnya gaya ini?
P1A
P2A
mg
!
:,
,
gVghAAPghPB
makaghPP
:engandAPPBF
fluidafluida11
12
12
Gaya Apung (lanjutan)
• Besarnya gaya apung selalu sama dengan berat fluida yang dipindahkan
• Gaya apung adalah sama untuk benda yang ukuran, bentuk, dan kerapatannya sama
• Gaya apung adalah gaya yang dikerjakan oleh fluida• Sebuah benda tenggelam atau mengapung
bergantung pada hubungan antara gaya apung dan gaya berat
fluidafluida wVgB
Prinsip Archimedes
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan
Gaya ini disebut gaya apung.gaya apung.Penyebab fisis: Penyebab fisis: perbedaan tekanan antara bagian perbedaan tekanan antara bagian atas dan atas dan
bagian bawah bendabagian bawah benda
Prinsip Archimedes:Benda Terendam
• Gaya apung ke atas adalah B=ρfluidagVbenda
• Gaya gravitasi ke bawah adalah w=mg=ρbendagVbenda
• Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda
Benda akan Benda akan mengapungmengapung atau atau tenggelamtenggelam, , bergatung pada arah bergatung pada arah gaya netogaya neto
• Kerapatan benda lebih kecil dari fluida ρbenda<ρfluida
• Benda mengalami gaya neto ke atas
Gaya netoGaya neto adalah adalah B-w=(ρB-w=(ρfluidafluida--ρρbendabenda)gV)gVbendabenda
Kerapatan benda Kerapatan benda lebih lebih besar besar dari fluida dari fluida ρρbendabenda>>ρρfluidafluida
Gaya neto Gaya neto ke bawahke bawah, , sehingga percepatan sehingga percepatan benda ke bawahbenda ke bawah
Prinsip Archimedes: Benda Mengapung
• Benda dalam kesetimbangan statis• Gaya apung ke atas diseimbangkan
oleh gaya gravitasi ke bawah• Volume fluida yang dipindahkan
sama dengan volume benda yang tercelup dalam fluida
benda
fluida
fluida
benda
V
V
ataugVgV:mgBJika bendabendafluidafluida ,
Tes Konsep 2
Dua gelas identik diisi air dengan ketinggian permukaan yang sama. Dalam salah satu gelas terdapat sepotong es yang mengapung. Gelas mana yang lebih berat bila ditimbang?
a. Gelas tanpa ice cubes.b. Gelas dengan ice cubes.c. Beratnya sama.
Tes Konsep 3
Dua gelas identik diisi air dengan ketinggian permukaan yang sama. Dalam salah satu gelas terdapat sepotong es yang mengapung. Ketika es mencair, gelas mana yang permukaan airnya lebih tinggi?
a. Gelas tanpa es.b. Gelas dengan es.c. Ketinggian airnya sama.
Gerak Fluida: Aliran Streamline
• Aliran Streamline– Setiap partikel yang melewati sebuah titik
bergerak tepat sepanjang lintasan yang diikuti oleh partikel-partikel lain yang melewati titik sebelumnya
– di sebut juga aliran laminar
• Streamline adalah lintasan– streamline yang berbeda tidak saling memotong– streamline pada suatu titik menyatakan juga arah
aliran fluida pada titik tersebut
Gerak Fluida: Aliran Turbulen
• Aliran menjadi tak tentu– Tidak mencapai sebuah nilai kecepatan
tertentu– Muncul keadaan yang menyebabkan
perubahan kecepatan secara tiba-tiba
• Arus Eddy (arus pusar) merupakan sifat dari aliran turbulen
Aliran Fluida: Viskositas
• Viskositas adalah kadar gesekan internal dalam fluida
• Gesekan internal diasosiasikan dengan resistansi (hambatan) antara dua lapisan fluida yang bergerak relatif satu terhadap yang lain
Sifat Fluida Ideal
• Nonviskos– Tidak ada gesekan internal antar lapisan dalam fluida
• Incompressible– Kerapatannya konstan
• Steady– Kecepatan, kerapatan dan tekanan tidak berubah
terhadap waktu
• Bergerak tanpa adanya turbulen– Tidak ada arus eddy yang muncul
Persamaan Kontinuitas
• A1v1 = A2v2
• Perkalian antara luas penampang pipa dengan laju fluida adalah konstan– Laju fluida tinggi ketika
fluida di pipa yang luas penampangnya sempit dan laju fluida rendah ketika fluida di tempat yang luas penampangnya besar
• Av dinamakan laju alir
Persamaan Bernoulli• Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan
ketinggian• Persamaan Bernoulli adalah konsekuensi dari
kekekalan energi yang diaplikasikan pada fluida ideal• Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan
mengalir tanpa turbulen• Menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik
per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume mempunyai nilai yang sama pada semua titik sepanjang streamline
tetap gyv2
1P 2