fisika statika fluidapancabudi.sch.id/wp-content/uploads/2018/02/12951625417...tegangan permukaan...
TRANSCRIPT
FISIKA
SMK PERGURUAN CIKINI
STATIKA FLUIDA
AdaptifHal.: 2 Isi dengan Judul Halaman Terkait
MASSA JENIS
Massa jenis atau kerapatan suatu zat didefinisikan se-
bagai perbandingan massa dengan volum zat tersebut
V
m Keterangan:
ρ = massa jenis zat (kg/m3)
m = massa zat kg
V = volum zat m3
Satuan massa jenis zat sering juga dinyatakan dengan I g/cm3
1 g/cm3 = 1000 kg/m3
AdaptifHal.: 3 Isi dengan Judul Halaman Terkait
TEKANAN
Keterangan:
p = tekanan (N/m2) atau Pascal (Pa)
F = gaya N
A = luas bidang tekan m2
luas
gayatekanan
A
Fp
F = w
A
Tekanan adalah gaya per satuan luas
AdaptifHal.: 4 Isi dengan Judul Halaman Terkait
TEKANAN HIDROSTATIS
h g p
Tekanan zat cair dalam keadaan diam disebut
tekanan hidrostatis
Keterangan:
ρ = massa jenis zat cair (kg/m2)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
h = kedalaman zat cair diukur dari permukaan-
nya ke titik yang diberi tekanan (m)
p = hydrostatic pressure (N/m2)
Berdasarkan rumus tekanan hidrostatis di atas, diketahui bahwa
tekanan hidrostatis bergantung pada massa jenis zat cair,
ketinggian atau kedalaman zat cair, serta percepatan gravitasi bumi
h
x
air
AdaptifHal.: 5 Isi dengan Judul Halaman Terkait
TEKANAN HIDROSTATIS
Kekuatan pancaran air atau
pancaran zat cair ini
ditentukan oleh besarnya
tekanan dalam air atau zat
cair tersebut. Hal ini berarti
semakin dalam suatu
tempat dalam air atau zat
cair dari permukaannya,
maka semakin besar
tekanan hidrostatisnya
Kegiatan ilmiah
air
lubang
pancaran air
AdaptifHal.: 6 Isi dengan Judul Halaman Terkait
HUKUM POKOK HIDROSTATIS
Source: http://superphysics.netfirms.com/t240754a.jpg
Setiap titik yang terletak pada bidang datar di dalam
suatu zat cair memiliki tekanan hidrostatis yang sama
AdaptifHal.: 7 Isi dengan Judul Halaman Terkait
HUKUM POKOK HIDROSTATIS
hA hB
minyak air
A B
Sebuah tabung berbentuk U berisi minyak dan air, seperti tampak
pada gambar di bawah:
Titik A dan titik B berada pada
suatu bidang datar dan dalam
suatu jenis zat cair. Berdasarkan
hukum pokok hidrostatis maka
kedua titik tersebut memiliki
tekanan yang sama, sehingga:
pA = pB
ρminyak g hA = ρair g hB
ρminyak hA = ρair hB
minyak
B
Aair ρ
h
hρ
Keterangan:
ρoil = massa jenis minyak
ρwater = massa jenis air
hA = tinggi kolom minyak
hB = tinggi kolom air
AdaptifHal.: 8 Isi dengan Judul Halaman Terkait
HUKUM PASKAL
Tekanan yang diberikan kepada zat cair di dalam ruang tertu-
tup akan diteruskan ke segala arah dan semua bagian ruang
tersebut dengan sama besar
Contoh pemakaian hukum paskal
2
1
12 A
A
FF
Keterangan:
F1 = gaya pada A1 (N)
F2 = gaya pada A2 (N)
A1 = luas penampang 1 (m2)
A2 = luas penampang 2 (m2)
A2
F2A1
F1
Azas dongkrak hidrolik
Source: http://home.wxs.nl/~ brink494/hydr.htg/pascal.gif
AdaptifHal.: 9 Isi dengan Judul Halaman Terkait
HUKUM ARCHIMEDES
Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke
dalam zat cair atau zat cair lain akan mengalami gaya ke
atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang
dipindahkannya
FA = wbfKeterangan:
FA = gaya ke atas
wbf = berat zat cair yang dipindahkan
FA = ρf Vbf g Keterangan:
ρf = massa jenis fluida
Vbf = volum zat cair yang dipindahkan
g = percepatan gravitasi bumi
AdaptifHal.: 10 Isi dengan Judul Halaman Terkait
HUKUM ARCHIMEDES
Benda tenggelam
FA < w
m f g < mb g
Vf ρf g < Vb ρb g
ρf < ρb
Keterangan:
mb = massa benda
m f = massa zat cair yang dipindahkan
Vb = volum benda
Vf = volum zat cair yang dipindahkan
ρb = massa jenis benda
ρf = massa jenis zat cair
Sebuah benda dikatakan tenggelam jika
benda tersebut tercelup seluruhnya dan
berada di dasar suatu zat cair
w
FA
air
AdaptifHal.: 11 Isi dengan Judul Halaman Terkait
HUKUM ARCHIMEDES
Benda melayang
FA = w
m f g = mb g
Vf ρf g = Vb ρb g
ρf = ρb
Sebuah benda dikatakan melayang jika
benda tersebut tercelup seluruhnya
tetapi tidak mencapai dasar dari zat
cair tersebut
w
FA
air
Keterangan:
mb = massa benda
m f = massa zat cair yang dipindahkan
Vb = volum benda
Vf = volum zat cair yang dipindahkan
ρb = massa jenis benda
ρf = massa jenis zat cair
AdaptifHal.: 12 Isi dengan Judul Halaman Terkait
Hukum archimedes
Benda terapung
Sebuah benda dikatakan terapung jika
benda tersebut tercelup sebagian di
dalam zat cair
FA = w
m f g = mb g
Vf ρf g = Vb ρb g
f
b
fb ρV
Vρ
karena Vf < Vb
maka ρf > ρb
w
FA
water
AdaptifHal.: 13 Isi dengan Judul Halaman Terkait
TEGANGAN PERMUKAAN
ZAT CAIR
Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel sejenis disebut
kohesi; sedangkan gaya tarik tarik-menarik antara partikel-
partikel yang tidak sejenis disebut adhesi.
Tiap partikel dalam zat cair ditarik oleh gaya yang sama
besar kesegala arah oleh partikel-partikel didekatnya,
sehingga resultan gaya yang bekerja pada partikel sama
dengan nol.
AdaptifHal.: 14 Isi dengan Judul Halaman Terkait
TEGANGAN PERMUKAAN ZAT
CAIR
Tegangan permukaan dapat diartikan sebagai besar gaya
yang dialami pada permukaan zat cair per satuan panjang.
F
panjang
gayaF
permuakaan tegangan
Keterangan:
w2
w1
Selapis air sabun
oil
AdaptifHal.: 15 Isi dengan Judul Halaman Terkait
KAPILARITAS
Peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler
dinamakan kapilaritas
kohesi > adhesi
Air dalam pipa kapiler akan terus naik sampai tercapai keseimba-
ngan, yakni berat air yang diangkat seimbang dengan gaya adhesi.
Sedangkan peristiwa turunnya raksa di dalam pipa kapiler terjadi
karena kohesi antara partikel-partikel raksa lebih besar daripada
adhesi antara partikel raksa dengan partikel kaca.
kohesi < adhesi
raksaair
AdaptifHal.: 16 Isi dengan Judul Halaman Terkait
KAPILARITAS
Banyaknya kenaikan atau penurunan zat cair pada pembuluh/pipa
kapiler dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut.
hgρ
cosθ2h
Keterangan:
h = kenaikan atau penurunan zat cair (m)
= tegangan permukaan (N/m)
massa jenis zat (kg/m3)
= sudut kontak
g = percepatan gravitasi (m/s2)
r = jari-jari pipa kapiler (m)
AdaptifHal.: 17 Isi dengan Judul Halaman Terkait
VISKOSITAS FLUIDA DAN
HUKUM STOKES
Ukuran kekentalan suatu fluida dinyatakan dengan viskositas.
Ff = k h v
Keterangan:
Ff = gaya gesekan fluida (N)
k = koefesien (tergantung pada geometrik benda)
h = koefesien viskositas (Pa s)
v = kecepatan gerak benda (m/s)
Persamaan gaya gesekan fluida untuk benda berbentuk bola
dapat dirumuskan sebagai berikut.
Ff = 6 k r h v
AdaptifHal.: 18 Isi dengan Judul Halaman Terkait
VISKOSITAS FLUIDA DAN
HUKUM STOKES
w = m g
FA
fFA
arah gerak
Perhatikan gambar di bawah ini!
Pada saat benda bergerak dengan
kecepatan terminal, pada benda
tersebut bekerja tiga buah gaya,
yaitu gaya berat, gaya ke atas
yang dikerjakan fluida, dan gaya
gesekan fluida
SF = 0
+ m g – FA – Ff = 0
m g – FA = Ff
Ff = m g – Ff
oil
AdaptifHal.: 19 Isi dengan Judul Halaman Terkait
VISKOSITAS FLUIDA DAN
HUKUM STOKES
fbT ρρ
η
grv
2
9
2
Keterangan:
vT = kecepatan terminal (m/s)
h viskositas fluida (Ns/m2)
b = massa jenis benda (kg/m3)
f = massa jenis benda (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
r = jari-jari bola (m)
AdaptifHal.: 20 Isi dengan Judul Halaman Terkait
TERIMA KASIH
SMK PERGURUAN CIKINIFISIKA
DINAMIKA
FLUIDA
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 2 DINAMIKA FLUIDA
ALIRAN LAMINER DAN TURBULEN
Garis alir pada fluida mengalir
terdapat dua jenis, yaitu:
Aliran laminar adalah aliran
fluida yang mengikuti suatu
garis lurus atau melengkung
yang jelas ujung dan pangkal-
nya serta tidak ada garis lu-
rus yang bersilangan.
1.
Aliran turbulen adalah aliran fluida yang ditandai dengan
adanya aliran berputar dan arah gerak partikelnya berbeda,
bahkan ber-lawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida.
2.
Source: http://www.math.ucsb.edu/~hdc/res/rhomesh.gif
Aliran laminer dan aliran turbulen
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 3 DINAMIKA FLUIDA
PERSAMAAN KONTINUITAS
Apabila suatu fluida mengalir dalam sebuah pipa dengan
luas penampang A dan kecepatan aliran fluidanya v, maka
banyaknya fluida (volum) yang mengalir melalui penampang
tersebut tiap satuan waktu dinamakan debit.
Dalam bentuk persamaan debit dinyatakan sebagai berikut:
vAQ t
VQ dan
Keterangan:
Q = debit aliran fluida (m3/s)
V = volum fluida yang mengalir (m3)
t = waktu (s)
v = kecepatan aliran fluida (m/s)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 4 DINAMIKA FLUIDA
PERSAMAAN KONTINUITAS
Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak melewati pipa yang
mempunyai luas penampang yang berbeda maka volum fluida yang
melewati setiap penampang itu sama besar dalam selang waktu
yang sama.
2211
21
vAvA
Persamaan kontinuitas me-
nyatakan bahwa pada aliran
fluida ideal, hasil kali laju aliran
fluida dengan dengan luas
penampangnya adalah konstan.
Keterangan:
Q1 = debit aliran fluida bagian 1 (m3/s)
Q2 = debit aliran fluida bagian 2 (m3/s)
A1 = luas penampang bagian 1 (m2)
A2 = luas penampang bagian 2 (m2)
v1 = kecepatan cairan bagian 1 (m/s)
v2 = kecepatan cairan bagian 2 (m/s)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 5 DINAMIKA FLUIDA
PERSAMAAN KONTINUITAS
Contoh
1. Kecepatan rata-rata aliran air pada sebuah selang yang
berdiameter 4 cm is 4 m/s. Hitung jumlah fluida (air) yang
mengalir tiap detik (Q)!
Penyelesaian
d = 4 cm r = 2 cm = 2 x 10-2 m
v = 4 m/s
Q = …?
Q = A v = p r2 v
= 3,14 (2 x 10-2 m) x 4 m/s
= 5,024 m3/s
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 6 DINAMIKA FLUIDA
PERSAMAAN KONTINUITAS
2. Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit
dengan diameter 8 cm. Jika kecepatan aliran di bagian pipa
yang berdiameter besar 10 cm/s, hitung kecepatannya di
ujung yang kecil.
d1 = 12 cm r = 6 cm = 6 x 10-2 m
d2 = 8 cm r = 4 cm = 2 x 10-2 m
A1 = p r12 = 3,14 x (6 cm)2 = 113, 04 cm2
A1 = p r12 = 3,14 x (4 cm)2 = 50,24 cm2
V1 = 10 cm/s and v2 = …?
A1 v1 = A2 v2
113,04 cm2 x 10 cm/s = 50,24 cm2
Penyelesaian
scmv
v
5,22
24,50
4,1130
2
2
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 7 DINAMIKA FLUIDA
AZAS BERNOULLI
Tekanan fluida tempat
yang kecepatannya besar
lebih kecil daripada
tekanan fluida di tempat
yang kecepatan-nya kecil.
konstan 2
21 vhgp
Keterangan:
p = tekanan (N/m2)
= massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian fluida dari titik acuan (m)
v = kecepatan fluida (m/s)
Persamaan bernoulli
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 8 DINAMIKA FLUIDA
AZAS BERNOULLI
Terdapat dua kasus istimewa berkenaan dengan persamaan
Bernoulli.
1. Fluida diam atau tidak mengalir (v1 = v2 = 0)
)( 1221 hhgpp
Persamaan ini menyatakan tekanan hidrostatis dalam zat
cair pada kedalaman tertentu.
Keterangan:
p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m2)
h1 dan h2 = tinggi tempat 1 dan 2 (m)
= massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasional acceleration (m/s2)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 9 DINAMIKA FLUIDA
AZAS BERNOULLI
2. Fluida mengalir pada pipa horisontal (h1 = h2 = h)
)(2
1 2
1
2
221 vvpp
Persamaan ini menyatakan jika v2 > v1, maka p1 > p2 yang
berarti jika kecepatan aliran fluida disuatu tempat besar
maka tekanan fluida di tempat tersebut kecil dan berlaku
sebaliknya.
Keterangan:
p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m2)
v1 dan v2 = kecepatan pada 1 dan 2 (m)
= massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasional acceleration (m/s2)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 10 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Menentukan kecepatan dan debit semburan air pada tangki
yang berlubang
ghv 2
ghAQ 2
Keterangan:
Q = aliran debit m3/s
v = kecepatan semburan air pada pada
bocoran itu m/s
h = tinggi air di atas lubang m
g = percepatan gravitasi m/s2
A = luas panampang lubang bocoran m2
hQ = A.v
air
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 11 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Contoh
Sebuah tangki berisi air
setinggi 1,25 m. Pada
tangki terdapat lubang
kebocoran 45 cm dari
dasar tangki. Berapa jauh
tempat jatuhnya air diukur
dari tangki (g =10 m/s2)?
Penyelesaian
h1 = 1,25 m
h2 = 45 cm = 0,25 m
v = …?smsm
msm
mmsm
hhgv
/4/16
)80,0(/20
)45,0125(/102
)(2
22
2
2
21
Kecepatan air dari lubang bocor :
1,25 cm
1,25 mair
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 12 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Lintasan air merupakan bagian dari gerak parabola dengan
sudut a = 0o (v0 arah mendatar)
st
st
t
tsmm
tsmm
tgtvy
sm
m
3,0
9,0
/545,0
)/10(045,0
sin
2
/5
45,0
22
22
21
2
21
0
2
a
m
ssm
tvx
2,1
)3,0)(1)(/4(
)(cos0
a
Jadi, air jatuhnya 1,2 m dari tangki.
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 13 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Venturimeter
]1)/[(
)(22
21
211
AA
PPv
flow velocity
v2
flow velocity
v1
Keterangan:
p1 = tekanan pada titik 1 N/m2
p2 = tekanan pada titk 2 N/m2
= massa jenis fluida kg/m3
v1 = kecepatan fluida pada titik 1 m/s
A1 = luas penampang 1 m2
A2 = luas penampang 2 m2
demonstrationSource:www.google.com
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 14 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Sebuah venturimeter memiliki luas penampang besar 10
cm2 dan luas penampang kecil 5 cm2 digunakan untuk
mengukur kecepatan aliran air. Jika perbedaan ketinggian
permukaan air 15 cm.
Hitunglah aliran air dipenampang besar dan penampang
kecil (g = 10 m/s2)?
Contoh
15 cm
A2
A1
v1 v2
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 15 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Penyelesaian
A1 = 10 cm2 = 10 x 10-4 m2
A2 = 5 cm2 = 5 x 10-4 m2
h = 15 cm = 15 x 102 m
g = 10 m/s2, v2 = …?
1105
1010
1015/102
1
2
2
24
24
22
2
2
1
m
m
msm
A
A
hgv
Untuk menentukan kecepatan v2,
gunakan persamaan kontinuitas:
sm
smm
m
vA
Av
vAvA
/2
/1105
101024
24
1
2
12
2211
Jadi, laju aliran gas oksigen
dalam pipa adalah 97,52 m/s.
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 16 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Penyemprot nyamuk
Ketika penghisap pompa ditekan, udara dari tabung selinder
dipaksa keluar melalui lubang sempit. Udara yang keluar dari
lubang sempit ini mempunyai kecepatan tinggi sehingga
menurunkan tekanan udara dibagian atas nosel.
Karena tekanan udara di
atas nosel lebih kecil
daripada tekanan udara
pada permukaan caiaran di
dalam tabung, maka cairan
akan menyemprot keluar
melalui nosel.
lubang
tekanan rendah
tekanan atmosfer
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 17 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas
oksigen yang mempunyai massa jenis 1,43 kg/m3 dalam sebuah
pipa. Jika perbedaan tinggi zat cair pada kedua kaki manometer
adalah 5 cm dan massa jenis zat cair adalah 13600 kg/m3,
Hitunglah kelajuan aliran gas pada pipa tersebut! (g = 10 m/s2)
Contoh
Penyelesaian
= 1,43 kg/m3
’= 13600 kg/m3
h = 5 cm = 0,05 m
g = 10 m/s2
v =...? sm
mkg
msmmkg
ghv
/52,97
/43,1
05,0/10/136002
'2
3
23
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 18 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Tabung pitot
Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur
laju aliran suatu gas atau udara.
ghv
'2
Keterangan:
h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair di dalam manometer (m)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
= massa jenis gas (kg/m3)
’ = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m3)
v = kelajuan aliran udara atau gas (m/s)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 19 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Gaya angkat sayap pesawat terbang
F2 = p2 A
F1 = p1 A
v2
v1
Sesuai dengan azas Bernoulli, apabila
kelajuan aliran udara pada bagian atas
sayap lebih besar daripada kelajuan
aliran udara pada bagian bawah sayap,
maka tekanan udara bagian atas sayap
lebih kecil daripada tekanan udara
dibagian bawah sayap..
AppFF )( 2121 Keterangan:
F1 = gaya dorong peasawat ke atas (N)
F2 = daya dorong pesawat ke bawah (N)
F1 – F2 = gaya angkat ke bawah (N)
p1 = tekanan pada sisi bagian bawah (N/m2)
p2 = tekanan pada sisi bagian atas (N/m2)
A = luas penampang sayap (m2)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 20 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Persamaan gaya angkat di atas dapat pula dinyatakan
sebagai berikut:
AvvFF )(2
1 2
1
2
221
Keterangan:
F1 = gaya dorong pesawat ke atas (N)
F2 = gaya dorong pesawat ke bawah (N)
F1 – F2 = gaya angkat pesawat (N)
v1 = kecepatan udara di bawah sayap (m/s)
v2 = kecepatan udara di atas sayap (m/s)
= massa jenis udara (kg/m3)
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 21 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
Jika kecepatan aliran udara dibagian bawah sayap pesawat
60 m/s, berapakah kecepatan dibagian atasnya jika tekanan
ke atas yang diperolehnya adalah 10 N/m2? ( = 1.29 kg/m3)
Contoh
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 22 DINAMIKA FLUIDA
PENERAPAN AZAS BERNOULI
sm
smv
mNsm
ppvv
ppvv
ppvv
hgvphgvp
/13,60
/5,3615
29,1
/)10(2)/60(
)(2
)(2
)(
22
1
22
122
2
2
1
122
2
2
1
12
2
2
2
121
2
2
221
21
2
121
1
Penyelesaian
p2 – p1 = 10 N/m
v2 = 60 m/s
h1 = h2
v1 = …?
Jadi, kecepatan aliran udara dibagian atas sayap pesawat adalah
60,13 m/s
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 23 DINAMIKA FLUIDA
DINAMIKA FLUIDA
Latihan!
1. Massa jenis bola yang memiliki berat 0,5 kg dengan
diameter 10 cm adalah….
2. Tekanan hidrostatis pada permukaan bejana yang
berada 30 cm di bawah permukaan air yang massa
jenisnya 100 kg/m3 dan g = 9,8 m/s2 adalah ….
3. Debit fluida memiliki dimensi….
4. Sebuah tangki yang tingginya 4 m dari tanah diisi penuh
dengan air. Sebuah katup (kran) berada 3 meter di
bawah permukaan air dalam tangki tersebut. Bila katup
dibuka, berapakah kecepatan semburan?
Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 24 DINAMIKA FLUIDA