fluida statik

Diktat Fisika SMA Kls XI Usep Kasman – SMAN 6 Depok

Pendahuluan Tiga keadaan umum, atau fase dari materi adalah padat, cair, dan gas. Kita dapat membedakan ketiga fase ini sebagai berikut. Benda padat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap; bahkan jika sebuah gaya besar diberikan pada sebuah benda padat, benda tersebut tidak langsung berubah bentuk atau volumenya.

Benda cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengambil bentuk tempat yang ditempatinya, tetapi seperti benda padat, benda cair tidak langsung dapat ditekan , perubahan volume yang cukup signifikan dapat terjadi jika diberikan gaya yang besar. Gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap, gas akan menyebar untuk memenuhi tempatnya. Sebagai contoh, ketika udara dipompa ke dalam ban mobil, udara tersebut tidak seluruhnya mengalir ke bagian bawah ban seperti zat cair, melainkan menyebar untuk memenuhi seluruh volume ban. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap, keduanya memiki kemampuan untuk mengalir; dengan demikian kedua-duanya sering disebut sebagai fluida.

Fluida memegang peranan penting dalam setiap aspek kehidupan. Kita meminumnya, menghirupnya, bahkan dapat berenang di dalamnya. Fluida bersirkulasi dalam tubuh kita dan mengatur keadaan cuaca kita. Pesawat udara terbang melaluinya; kapal mengapung di atasnya.

Kita mulai pelajaran kita dengan statika fluida (fluid statics), pelajaran tentang fluida yang diam pada keadaan setimbang. Seperti keadaan setimbang lain, hal ini didasarkan pada hukum pertama dan ketiga Newton. Kita akan mengem-bangkan konsep massa jenis (densitas), tekanan, gaya apung, dan tegangan permukaan. Dinamika fluida (fluid dynamics) merupakan pelajaran tentang fluida yang bergerak, yang jauh lebih kompleks.

- 34 -


Massa Jenis (Densitas) Massa jenis didefinisikan sebagai massa persatuan volume. Bahan yang homogen seperti es atau besi memiliki massa jenis yang sama pada setiap bagiannya.

Massa jenis dapat ditentukan dengan persamaan :

Satuan massa dalam SI adalah kg, untuk volume m3, sehingga satuan SI untuk massa jenis adalah kg/m3. Satuan lain yang masih sering digunakan adalah gr/cm3. Faktor konversinya adalah 1 gr/cm3 = 1.000 kg/m3.

Vm

=ρ

Contoh Soal : Sebuah balok kayu memiliki ukuran 10 cm x 20 cm x 4 m dan massa 58 kg. Tentukanlah massa jenis kayu tersebut !

Tekanan (Pressure)

Ketika fluida (baik cair maupun gas) berada dalam keadaan tenang, fluida akan memberikan gaya yang tegak lurus ke seluruh permukaan kontaknya, seperti dinding bejana atau benda yang tercelup dalam fluida. Ini merupakan gaya yang kita rasakan menekan kaki kita, ketika kita menjuntaikannya ke dalam kolam renang. Ketika fluida secara keseluruhan berada pada keadaan tenang, molekul-molekul yang menyusunnya tetap bergerak; gaya yang diberikan fluida adalah akibat tumbukan molekul-molekul dengan lingkungannya.

Tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per luas bidang itu. Secara matematis dapat ditentukan :

Dimana F adalah gaya yang satuannya dalam SI newton (N) dan Aadalah luas bidang dengan satuan m2. Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (Pa),dimana 1 Pa = 1 N/m2. Satuan lain yang sering digunakan dalam meteorologi adalah bar yang setara dengan 105 Pa dan millibar yang setara dengan 100 Pa.

AFp =

- 35 -


Dari fakta eksperimental ternyata fluida memberikan tekanan ke semua arah. Hal ini telah dikenal oleh perenang dan penyelam yang merasakan tekanan air di seluruh bagian badan mereka. Di setiap titik pada fluida yang diam, besarnya tekanan dari seluruh arah tetap sama. Hal ini diilustrasikan seperti pada gambar dibawah ini.

Besar tekanan selalu sama di semua arah pada fluida untuk kedalaman tertentu; jika tidak,

fluida akan bergerak

Anggaplah sebuah kubus kecil dalam suatu fluida yang karena bentuknya sangat kecil maka kita bisa mengabaikan gaya gravitasi padanya. Tekanan pada satu sisi harus sama dengan tekanan di sisi yang sebaliknya. Jika hal ini tidak terjadi, akan ada gaya total pada kubus dan kubus akan mulai bergerak. Jika fluida tidak mengalir, maka tekanan-tekanan harus sama.

Sifat penting lainnya dari fluida yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan dengannya.

Tekanan Hidrostatik Tekanan di dalam zat cair bergantung pada kedalaman; makin dalam letak suatu tempat di dalam zat cair, maka semakin besar tekanan pada tempat itu. Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair dalam wadah, makin berat zat cair itu, sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh beratnya dinamakan tekanan hidrostatis.

Tekanan hidrostatis (P) zat cair dengan massa jenis ρ pada kedalaman h dirumuskan dengan:

Dimana P = tekanan hidrostatik ghP ρ= g = percepatan gravitasi bumi

ρ = massa jenis zat cair h = kedalaman

Contoh soal : Permukaan air di dalam tangki penyimpanan berada 30 meter di atas keran air di dapur sebuah rumah (perhatikan gambar). Hitunglah tekanan air pada keran !

- 36 -


Tekanan atmosfer (atmospheric pressure) pa adalah tekanan atmosfer bumi, tekanan di dasar ”lautan udara” , dimana kita hidup. Tekanan ini berubah berdasarkan perubahan cuaca dan ketinggian. Tekanan atmosfer normal pada permukaan laut (tekanan rata-rata) adalah 1 atmosfer (atm), tepatnya sama dengan 101.325 Pa. Atau 1 atm = 1,013 x 105 Pa = 76 cmHg.

Tekanan pada suatu kedalaman tertentu dalam zat cair juga dipengaruhi oleh tekanan atmosfer yang menekan lapisan zat cair paling atas. Dengan demikian tekanan total pada suatu kedalaman tertentu di dalam zat cair dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dengan P = tekanan total P0= tekanan atmosfer ρ = massa jenis zat cair ghPP ρ+= 0

h = kedalaman g = percepatan gravitasi bumi

Contoh Soal :

Tentukanlah besar tekanan di dasar kolam renang yang dalamnya 2 meter dan berisi air bersih jika tekanan atmosfer 72 cmHg . ( g = 10 m/s2, ρ air = 1.000 kg/m3, ρ raksa = 13.600 kg/m3)

Hukum- hukum Dasar Statika Fluida 1. Hukum Pokok Hidrostatik

Tekanan hidrostatik pada sembarang titik yang terletak pada bidang datar di dalam zat cair yang dalam keadaan setimbang adalah sama.

Tekanan dalam zat cair pada setiap titik dengan ketinggian yang sama memiliki besar yang sama, bentuk

bejana tidak mempengaruhi tekanan

Misalnya sebuah pipa U diisi dengan dua jenis zat cair yang tidak dapat bercampur maka akan terdapat perbedaan ketinggian zat cair pada kedua kaki pipa U. Perhatikan gambar di bawah ini :

Dari gambar diperoleh : BA PP =

220110 ghPghP ρρ +=+ 2211 hh ρρ =

- 37 -


Contoh soal : Sebuah pipa U mula-mula diisi dengan raksa ( ρ =13.600 kg/m3). Jika kemudian air setinggi 68 cm dituangkan ke dalam kaki kanan, berapakah tinggi raksa di dalam kaki kiri akan naik dibandingkan tingginya semula ?

2. Hukum Pascal

Tekanan yang diberikan kepada zat cair di dalam ruangan tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.

Sejumlah alat praktis menggunakan prinsip pascal seperti rem hidrolik dan lift hidrolik pengangkat mobil seperti terdapat pada gambar di bawah ini.

Perhatikan gambar (b).Pada gambar tersebut terdapat dua penampang,1 (A masuk ) dan 2 (A keluar) yang masing-masing penampangnya memiliki luas yang berbeda. Dari gambar gaya-gaya yang ada dapat diuraikan :

Contoh Soal : Sebuah dongkrak hidrolik masing-masing penampangnya 3 cm dan 120 cm. Berapakah gaya minimum yang harus dikerjakan pada penampang kecil dongkrak tersebut untuk mengangkat mobil yang beratnya 8.000 N ?

Penerapan prinsip Pascal; (a) rem hidrolik pada mobil; (b) lift hidrolik pengangkat mobil

21 PP = 2

2

1

1

AF

AF

=

- 38 -


gmF fA =

gVF bffA ρ=

!WWFA −=

3. Hukum Archimedes Perhatikan gambar di samping.

Ketika dilakukan pengukuran berat sebuah benda di udara dan di dalam zat cair, ternyata diperoleh hasil yang berbeda. Penunjukan neraca ketika menimbang benda di udara lebih besar jika dibandingkan dengan penunjukannya ketika menimbang benda dalam zat cair. Hal ini dapat terjadi karena zat cair memberikan gaya ke atas sehingga seolah-olah benda yang berada dalam zat cair menjadi lebih ringan.

Jika berat benda di udara W, berat benda dalam zat cair W!, maka gaya ke atas FA :

Menurut Archimedes besarnya gaya ke atas yang dilakukan oleh fluida (zat cair) terhadap benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya adalah sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda yang tercelup tersebut.

Gaya ke atas = berat fluida yang dipindahkan

Dengan FA = Gaya ke atas mf = massa fluida yang dipindahkan

fρ = massa jenis fluida g = percepatan gravitasi Vbf = Volum benda yang tercelup dalam Fluida

Pada suatu benda yang tercelup ke dalam zat cair, selalu bekerja gaya ke atas FA, juga bekerja gaya berat W yang berarah ke bawah. Berdasarkan besarnya kedua gaya ini posisi benda dalam zat cair dapat digolongkan menjadi tiga yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam

5 N 3,5 N

A B

Benda terapung di dalam zat cair. Misalkan sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > W ρc . Vb . g > ρb . Vb . g

ρc > ρb

- 39 -


Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn). Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku : FA’ = W

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.

Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb = Vb1 + Vb2 Contoh soal : 1. Di dalam bejana yang berisi air

mengapung segumpal es yang massa jenisnya 0,9 gr/cm3. Jika volume es yang tercelup pada air adalah 0,18 m3 tentukanlah volume es seluruhnya !

2. Balok yang tingginya 30 cm dan massa jenisnya 0,75 gr/cm3 mengapung di atas zat cair yang massa jenisnya 1,2 gr/cm3. Tentukanlah tinggi balok yang muncul di permukaan zat cair !

Benda melayang di dalam zat cair. Benda melayang di dalam zat cair berarti benda tersebut dalam keadaan setimbang. FA = W ρc . Vb . g = ρb . Vb . g Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku : (FA)tot = Wtot

Fn = FA - W

ρc . Vb2 . g = ρb . Vb . g

FA’ = ρc . Vb2 . g

ρc = ρb

Vb1 Vb2

FA w

- 40 -


ρc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..

Contoh soal : Sepotong gabus (massa jenis 0,24 gr/cm3) dilekatkan pada 4 cm3 kaca ( massa jenis 2,5 gr/cm3). Bila seluruhnya melayang dalam air, tentukanlah volume gabus tersebut!

Benda tenggelam di dalam zat cair. Berat zat cair yang dipindahkan = mc . g = ρc . Vc . g Karena Volume zat cair yang dipindahkan = Volume benda, maka : = ρc . Vb . g Gaya keatas yang dialami benda tersebut besarnya :

FA

w

FA = ρc . Vb . g

Benda tenggelam maka : FA < W

ρb = massa jenis benda FA = Gaya ke atas ρc = massa jenis zat cair Vb = Volume benda W = Berat benda Vc = Volume zat cair yang Ws = Berat semu dipindahkan (berat benda di dalam zat cair).

ρc . Vb . g < ρb . Vb . g ρc < ρb Selisih antara W dan FA disebut Berat Semu (Ws)

Ws = W - FA Contoh soal : Diketahui berat benda di udara adalah 100 N, sedangkan bila ditimbang dalam air beratnya 50 N. Berapakah massa jenis benda tersebut ?

- 41 -


Mengukur tegangan permukaan air sabun. Kawat peluncur horizontal berada dalam

keadaan setimbang akibat aksi gaya tegangan permukaan ke atas 2γ l dan tarikan ke

bawah w + T

Tegangan Permukaan Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk meregang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.

Tegangan permukaan ( surface tension) γ (huruf yunani “gamma”) didefinisikan pula sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan F dengan panjang d dimana gaya bekerja:

lF2

=γ dF

=γ , dalam hal ini d = 2l, maka Umumnya tegangan permukaan zat cair mengalami penurunan pada saat terjadi kenaikan suhu. Saat suuhu bertambah dan molekul cairan bertambah lebih cepat, pengaruh interaksi antar molekul akan berkurang pada gerakannya dan tegangan permukaan akan berkurang.

Untuk membersihkan kain agar benar-benar bersih, air harus dipaksa melewati celah sempit di antara serat pakaian. Pekerjaan ini akan lebih mudah dilakukan dengan menurunkan nilai γ . Karena itu air yang sangat panas akan lebih efektif membersihkan kain atau dengan menambahan detergen .

Contoh Soal : Sepotong kawat dibengkokan seperti huruf U. Kemudian kawat kecil PQ bermassa 0,3 gr dipasang dalam kawat tersebut. Kawat-kawat tersebut dicelupkan ke dalam cairan sabun dan diangkat vertikal sehingga terbentang suatu lapisan sabun. Nampak kawat kecil PQ mengalami gaya tarik ke atas. Agar terjadi kesetimbangan maka kawat PQ diberi beban 0,2 gr. Jika panjang kawat PQ 10 cm dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2, tentukanlah besar tegangan permukaan lapisan sabun ini !

P Q

lapisan sabun

- 42 -


Kapilaritas Tegangan permukaan memainkan peranan penting pada fenomena menarik lainnya, kapilaritas. Merupakan hal yang umum terlihat bahwa air di dalam gelas naik sedikit di tempatnya menyentuh gelas, air dikatakan "membasahi" gelas. Di pihak lain, air raksa, turun di tempatnya menyentuh gelas, air raksa tidak membasahi gelas.

gry

ρθγ cos.2

=

Apakah zat cair membasahi permukaan yang padat atau tidak ditentukan oleh kekuatan relatif gaya kohesi antara molekul zat cair tersebut dibandingkan dengan gaya adhesi antara molekul zat cair dengan molekul tempatnya. (Kohesi adalah gaya di antara molekul-molekul dengan jenis yang sama dan adhesi adalah gaya antara molekul yang jenisnya berbeda.) Air membasahi gelas karena molekul-molekul air lebih kuat tertarik ke molekul-molekul gelas daripada dengan molekul-molekul air lainnya. Hal yang sebaliknya berlaku untuk air raksa: gaya kohesi lebih kuat dari gaya adhesi.

Pada tabung dengan diameter yang sangat kecil, zat cair tampak naik atau turun relatif terhadap tingkat zat cair yang mengelilinginya. Fenomena ini disebut kapilaritas, dan tabung-tabung tipis seperti ini disebut tabung kapiler. Jadi Gejala Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa sempit (pipa kapiler)

Gaya kohesi dan adhesi pada zat cair yang (a) membasahi dinding dan (b)

tidak membasahi dinding

Naik atau turun permukaan zat cair bergantung pada kekuatan relatif gaya adhesi dan kohesi. Dengan demikian air naik dalam tabung gelas, sementara raksa turun.

Besar naiknya (atau turunnya) bergantung pada tegangan permukaan-yang menjaga agar permukaan zat cair tidak pecah. Secara matematis ,tinggi permukaan akibat penurunan atau kenaikan zat cair pada pipa kapiler dapat ditentukan dengan :

Permukaan zat cair (a)meniskus cekung naik jika θ < 900 dan (b) permukaan zat cair meniskus cembung turun jika

θ > 900

Dengan : y = kenaikan/penurunan permukaan zat cair γ = tegangan permukaan ρ = massa jenis zat cair g = percepatan gravitasi r = jari-jari pipa kapiler θ = sudut kontak antara zat cair dengan kaca

- 43 -


Contoh Soal : Contoh Soal : Tentukanlah besarnya kenaikan air dalam pipa kapiler yang terbuat dari kaca dengan diameter 0,6 mm jika diketahui tegangan permukaan air 72,8 x 10-3 N/m ! ( ρ= 1.000 kg/m3, g = 9,8 m/s2 )

Tentukanlah besarnya kenaikan air dalam pipa kapiler yang terbuat dari kaca dengan diameter 0,6 mm jika diketahui tegangan permukaan air 72,8 x 10

-3 N/m ! ( ρ= 1.000 kg/m3, g = 9,8 m/s2 )

Viskositas dan Hukum Stokes Viskositas dan Hukum Stokes Amatilah perbedaan ketika kita menuangkan sirup dan air. Nampak bahwa lebih mudah untuk menuang air daripada sirup. Hal ini disebabkan sirup memiliki viskositas yang lebih besar daripada air. Dalam pengertian yang luas, viskositas berkaitan dengan gesekan internal antara lapisan-lapisan fluida. Viskositas berbagai zat biasanya dinyatakan dengan koefisien viskositas

Amatilah perbedaan ketika kita menuangkan sirup dan air. Nampak bahwa lebih mudah untuk menuang air daripada sirup. Hal ini disebabkan sirup memiliki viskositas yang lebih besar daripada air. Dalam pengertian yang luas, viskositas berkaitan dengan gesekan internal antara lapisan-lapisan fluida. Viskositas berbagai zat biasanya dinyatakan dengan koefisien viskositas η

Penyebab yang sama berlaku pada bola yang jatuh ke dalam fluida, di mana geraknya diperlambat olet. tahanan fluida. Gaya gesek fluida yang lazim disebut gaya viskos ini, pada umumnya bergantung pada bentuk dan kecepatan jatuh benda. Untuk sebuah bola kecil berjari-jari r yang jatuh dalam suatu fluida dengan viskositas η , George Stokes seorang fisikawan Inggris pada 1845 mendapati bahwa gaya gesek itu diberikan oleh :

vrF ...6 ηπη = mana v adalah kecepatan jatuh benda. Persamaan ini dikenal sebagai hukum Stokes, dan gaya Fη seringkali disebut gaya Stokes. Jadi, pada bola jatuh ini bekerja tiga buah gaya , yakni gaya apung (Archimedes) F, gaya gesek Fη dan gaya berat w. Kecepatan bola yang jatuh bebas pada fluida pada suatu saat akan mencapai suatu kecepatan maksimum (terbesar) yang tetap. Kecepatan ini dinamakan dengan kecepatan terminal yang besarnya dapat ditentukan dengan :

( ρρη

′−=grvt

2

92 )2 Dengan :

vt = kecepatan terminal................... m/s r = jari-jari bola............................. m η = koefisien viscositas fluida....... kg/ms ρ = massa jenis benda.................... kg/m3

ρ ′ = massa jenis zat cair.................. kg/m3

g = percepatan gravitasi................. m/s2

- 44 -


Contoh Soal Tentukan kecepatan terminal sebutir tetes air hujan yang jatuh, jika garis tengah air hujan dianggap 0,5 mm, massa jenis udara 1,3 kg/m3 dan koefisien viscositas udara 1,8 x 10-5 Pa s ! (g = 10 m/s2) ! Latihan Soal : 1. Berapa Volume dari 300 gram air raksa jika rapat massa air raksa 13,6

g/cm3?

2. Apabila sebuah kapal selam menyelam sedalam 60 m, berapa besar tekanan yang dialami kapal selam tersebut. (Rapat massa air laut = 1,03 g/cm3).

3. Seorang penyelam mengambil barang antik yang terdapat di dasar laut.

Berapakah tekanan yang diderita penyelam itu bila tekanan udara luar 1 x 105 Pa dan dalamnya laut 200 meter?

4. Sebuah pipa besi dipakai untuk menopang sebuah lantai yang melentur

yang beratnya 1500 N. Garis tengah dalam pipa itu 10 cm, garis tengah luarnya 12 cm. Hitung tekanan yang dilakukan oleh ujung bawah pipa itu pada tanah.

5. Suatu bejana berbentuk pipa U mula-mula diisi dengan air raksa yang massa

jenisnya 13,6 g/cm3, kemudian kaki kanan dituangkan 14 cm air lalu di atas air ini dituangkan minyak yang massa jenisnya 0,8 g/cm3, ternyata dalam keadaan setimbang selisih tinggi permukaan air raksa dalam kedua kaki 2 cm. Hitung berapa cm tinggi lajur minyak pada kaki kanan.

6. Dalam pipa U terdapat Hg (Rapat massa 13,6 g/cm3). Pada kaki kiri

dituangkan air setinggi 20 cm kemudian minyak (Rapat massanya 0,9 g/cm3) tingginya 8 cm. Pada kaki kanan ditambahkan alkohol (Rapat massa 0,8 g/cm3) sehingga permukaan minyak dan permukaan alkohol sebidang. Berapa beda tinggi Hg pada kedua kaki pipa ?

7. Dalam pipa U terdapat Hg (Rapat massanya 13,6 g/cm3). Pada kaki kiri

dituangkan air setinggi 30 cm. Berapa tinggi minyak pada kaki di sebelah kanan harus ditambahkan agar permukaan air dan permukaan minyak sebidang ? (Rapat massa minyak 0,9 g/cm3).

- 45 -


8. Bejana berujungan A dan B mula-mula hanya berisi air ( ρ air= 1 gr cm-3) lalu lewat mulut tabung B dimasukkan alkohol setinggi 20 cm (ρ alk = 0,8 gr cm-3) dan melaluimulut tabung A dimasukkan air raksa (ρ raksa = 13,6 gr cm-3) setinggi 1 cm. Hitunglah selisih ketinggian air ketika ketiga zat cair ada dalam tabung !

9. Ke dalam pipa U yang berdiameter π5 cm, mula-mula diisi air raksa (Rapat

massa 13,6 g/cm3). Kemudian kaki kiri diisi dengan gliserin (Rapat massa 1,25 g/cm3). Tentukan volume gliserin yang diperlukan agar air raksa pada kaki kanan naik ½ cm.

10. Penghisap sebuah pompa hidrolik mempunyai diameter pipa kecil 2 cm dan

pipa besar 20 cm. Untuk mengangkat sebuah mobil yang massanya 1,5 ton diperlukan tekanan…

11. Pada gambar di camping ini A

1 = 10 cm

2 dan

A2 = 50 cm

2. Berat beban = 10

4N. Bila berat

penghisap tidak diperhitungkan, tentukanlah gaya pada piston (penghisap) kacil agar mampu mengangkat beban tersebut!

12. Sebuah bejana berhubungan diisi dengan minyak. Luas penampang A = 10 cm

2 dan luas

penampang B = 50 cm2. Berat kedua

penghisap diabaikan. Jika percepatan gravitasi 10 m/s

2 dan pada penghisap B diberi beban

400 kg sehingga beda tinggi minyak pada bejana 2 m, tentukanlah gaya yang harus diberikan pada penghisap A !

13. Pompa hidrolik mempunyai penghisap dengan luas penampang 15 cm2 dan 3 dm2. Jika pada penghisap yang kecil diberi beban 400 N. Berapa besar gaya pada penghisap yang besar agar terjadi keseimbangan ?

14. Gaya besarnya 5 N pada penghisap yang kecil dari suatu pompa hidrolik

dapat mengangkat beban beratnya 600 N yang terdapat pada penghisap yang besar. Jika penghisap yang kecil berpenampang 400 cm2, berapakah luas penampang yang besar ?

- 46 -


15. Suatu kempa hidrolik dapat mengangkat 1 ton mobil, jika diameter penghisap besar 50 cm, diameter penghisap kecil 10 cm. Tentukan gaya yang harus dikerjakan pada penghisap kecil.

16. Sebuah kempa hidrolik mempunyai torak yang berdiameter 20 cm dan 2 m

untuk mengangkat mobil. Pada torak kecil dilakukan gaya sebesar 100 kgf, sehingga torak besar naik setinggi 1 cm. Tentukan massa mobil dan berapa m turunnya torak kecil tersebut.

17. Sebuah logam C merupakan campuran dari logam A dan B, massanya

200 gram jika ditimbang di udara, sedangkan jika ditimbang di dalam air massa yang tampak 185 gram. Jika kerapatan logam A 20 gram/cm3 kerapatan logam B 10 gram/cm3 dan kerapatan air 1 gram/cm3, tentukanlah massa logam A!

18. Sebuah logam C merupakan campuran dari logam A dan B, massanya 200

gram jika ditimbang di udara, sedangkan jika ditimbang di dalam air massa yang tampak 185 gram. Jika kerapatan logam A 20 gram/cm3 kerapatan logam B 10 gram/cm3 dan kerapatan air 1 gram/cm3,tentukanlah massa logam A

15. Batang besi dalam air berat semunya 372 N. Berapa berat semu besi

tersebut dalam cairan yang densitasnya 0,75 g/cm3 jika berat besi 472 N. 16. Suatu gelas beratnya 25 N di udara, 15 N di air, dan 7 N di dalam asam

belerang, hitung rapat massa asam belerang. 17. Sebuah benda mempunyai berat 100 N di udara dan 60 N di minyak (Rapat

massanya 0,8 g/cm3). Hitung massa jenis benda tersebut. 18. Sepotong besi massanya 450 gram, di dalam air massanya berkurang

menjadi 390 gram. Tentukan rapat massa besi. 19. Sebuah patung berongga mempunyai berat 210 N dan jika ditimbang di

dalam air beratnya 190 N. Patung tersebut terbuat dari logam (Rapat massa 21 g/cm3). Tentukan volume rongga patung tersebut. (g = 10 m/det2).

20. Sebatang emas (Rapat massa 19,3 g/cm3) dicurigai mempunyai rongga.

Beratnya di udara 0,3825 N dan di air 0,3622 N. Berapa besar rongga tersebut ?

21. 50 gram gabus (Rapat massa 0,25 g/cm3) diikatkan pada timbal sehingga

gabungan benda melayang di dalam air. Berapa massa timbal (Rapat massanya 11,3 g/cm3).

- 47 -


22. Sebuah kubus dari gabus dibebani dengan sepotong logam sehingga melayang dalam aseton. Jika massa logam 77 gram, rapat massa gabus 0,24 g/cm3, rapat massa logam 8,8 g/cm3, rapat massa aseton 0,8 g/cm3. Tentukan rusuk kubus.

23. Sebongkah es (Rapat massanya 0,9 g/cm3) terapung pada air laut (Rapat

massanya 1,03 g/cm3). Jika es yang timbul di permukaan air laut 7,8 dm3. Hitunglah volume es.

24. Sebatang kayu yang massa jenisnya 0,6 g/cm3 terapung di dalam air. Jika

bagian kayu yang ada di atas permukaan air 0,2 m3, tentukan volume kayu seluruhnya.

25. Sebuah kubus dari kayu (Rapat massanya 0,8 g/cm3), Mula-mula

dibenamkan ke dalam bejana kemudian dilepas sehingga naik ke permukaan gliserin (Rapat massa 1,25 g/cm3) dan ternyata 200 cm3 dari kayu tersebut berada di permukaan gliserin. Tentukan : a. Gaya ke atas kayu pada saat masih berada seluruhnya dalam gliserin. b. Gaya naik. c. Gaya ke atas setelah benda setimbang. d. Rusuk kubus.

26. Sebuah kawat berbentuk segitiga sama sisi diletakkan perlahan-lahan di atas

permukaan zat cair. Tegangan permukaan zat cair 74 dyne/cm. Gaya oleh tegangan permukaan 1,776 dyne. Tentukan tinggi segitiga tersebut.

27. Sebuah pisau silet uang berukuran 3 cm x 11/2 cm, diletakkan di atas

permukaan zat cair. Tegangan permukaan zat cair 72 dyne/cm. Tentukan berat minimum silet tersebut agar tidak tenggelam.

28. Untuk mengangkat sebuah jarum yang panjangnya 5 cm dari permukaan zat

cair, kecuali berat jarum itu sendiri, masih diperlukan gaya sebesar F Newton. Tegangan permukaan zat cair 63,1 dyne/cm. Tentukan F.

29. Hitunglah tekanan (turunnya tinggi) pipa kapiler berdiameter 0,4 mm dan

diletakkan vertikal yang salah satu ujungnya dicelupkan dalam bak yang berisi air raksa. (Rapat massa 13,6 g/cm3) dengan sudut kontak 1500, tegangan permukaan 450 dyne/cm.

30. Sebuah sungai lebarnya 5 meter, dengan kedalaman yang rata diberi pintu

air sehingga terjadi perbedaan tinggi air di kanan dan di kiri. Tinggi air di kanan 4 meter dan tinggi air di sebelah kiri 3 meter. Jika g = 10 m/det2 dan rapat massa air sungai 1,05 g/cm3. Tentukan perbedaan gaya hidrostatis yang dialami oleh pintu air tersebut.

- 48 -

fluida statik

Documents