praktis belajar fisika sma xi ipa aip s dkk ?· fluida 143 2. tekanan hidrostatis masih ingatkah...

Download Praktis belajar fisika SMA XI IPA Aip S dkk ?· Fluida 143 2. Tekanan Hidrostatis Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan

Post on 01-Feb-2018

303 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 141

    Fluida

    A. Fluida StatisB. Fluida Dinamis

    Perhatikanlah serangga yang sedang diam di atas permukaan air.Mengapa serangga tersebut dapat berdiri di atas permukaan air?Bagaimanakah hukum Fisika menerangkan peristiwa ini? Peristiwa seranggayang sedang berdiam diri di atas permukaan air seperti pada gambar,berhubungan dengan salah satu sifat air sebagai fluida, yaitu teganganpermukaan. Oleh karena adanya tegangan permukaan zat cair, seranggadan benda-benda kecil lainnya dapat terapung di atas permukaan air.

    Fluida, yaitu zat cair dan gas telah memberikan banyak manfaat bagimanusia karena keistimewaan sifat yang dimilikinya. Kemudahantransportasi air dan udara merupakan salah satu contoh aplikasi teknologiyang berkaitan dengan sifat fluida. Tahukah Anda sifat-sifat fluida lainnyadan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari?

    Pada Bab 7 ini, Anda akan mendalami pembahasan mengenai fluidayang ditinjau dari keadaan statis dan dinamisnya.

    Pada bab ini, Anda diajak untuk dapat menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistemkontinu dalam menyelesaikan masalah dengan cara menganalisis hukum-hukum yangberhubungan dengan fluida statis dan dinamis serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

    7B a b 7

    Sumber: www.towno lakelure.com

  • Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI142

    J e l a j a hF i s i k a

    Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapatdimampatkan) jika diberi tekanan. Jadi, yang termasuk ke dalam fluidaadalah zat cair dan gas. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak padakompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan,sedangkan zat cair tidak dapat dimampatkan. Ditinjau dari keadaan fisisnya,fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajaritentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak) dan fluida dinamisatau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluidayang bergerak. Hidrodinamika yang khusus membahas mengenai aliran gasdan udara disebut aerodinamika.

    Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluidaberada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis yang akandibahas pada subbab ini di antaranya, massa jenis, tekanan, teganganpermukaan, kapilaritas, dan viskositas. Bahasan mengenai massa jenis dantekanan telah Anda pelajari di SMP sehingga uraian materi yang disajikandalam subbab ini hanya bertujuan mengingatkan Anda tentang materitersebut.

    1. Massa JenisPernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah

    pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebuttentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih beratdaripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antarakayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu.

    Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massayang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. DalamFisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis,yaitu massa per satuan volume. Secara matematis, massa jenis dituliskansebagai berikut.

    mV

    = (71)

    dengan: m = massa (kg atau g),V = volume (m3 atau cm3), dan = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).

    Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel 7.1 berikut.

    Bahan

    AirAluminiumBajaBenzenaBesiEmasEsEtil Alkohol

    Tabel 7.1 Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)Massa Jenis

    (g/cm3)Nama Bahan Massa Jenis

    (g/cm3)

    1,002,77,80,97,819,30,920,81

    GliserinKuninganPerakPlatinaRaksaTembagaTimah Hitam

    1,268,610,521,413,68,911,3

    Ikan tulang ( ony ishes)memiliki kantung udara di dalamtubuhnya yang berfungsi sebagaipelampung renang. Agar dapattetap melayang di dalam air,tekanan udara dalam kantungdiatur menurut kedalaman air.Dengan menekan udara dalamkantung tersebut, tulang ikandapat turun lebih dalam lagi.

    Sumber: Jendela Iptek, 1997

    Ikan Tulang

    1. Sebutkanlah sifat-sifatair dan udara yang Andaketahui.

    2. Terangkanlah oleh Anda,mengapa perahu ataukapal laut dapatmengapung dipermukaan air?

    3. Jelaskanlah menurutpemahaman FisikaAnda, mengapa burungdapat terbang?

    PramateriSoal

    Sumber: ollege hysics, 1980

    A Fluida Statis

  • Fluida 143

    2. Tekanan HidrostatisMasih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang

    bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaanbidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagaiberikut.

    p = FA (72)

    dengan: F = gaya (N),A = luas permukaan (m2), danp = tekanan (N/m2 = Pascal).

    Persamaan (72) menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalikdengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gayayang sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebihbesar daripada luas bidang yang besar. Dapatkah Anda memberikan bebe-rapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari?

    Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekananhidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan olehgaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Perhatikanlah Gambar7.1. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurutkonsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gayaberat fluida (F ) dan luas permukaan bejana (A).

    = =gaya berat fluida

    luaspermukaan bejanaFpA

    Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan

    percepatan gravitasi Bumi, ditulis fluidam g

    pA

    = . Oleh karena m = V,

    persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai

    =VgpA

    .

    Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luaspermukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu,persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskanmenjadi

    ( ) = =Ah gp h gA

    Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannyadituliskan sebagai berikut.

    ph = gh (73)

    dengan: ph = tekanan hidrostatis (N/m2), = massa jenis fluida (kg/m3),g = percepatan gravitasi (m/s2), danh = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).

    Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakinberkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan lautatau danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa demikian?Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zatcair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiringbertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akanberkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akansemakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu,tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah.

    h

    Gambar 7.1Dasar bejana yang terisi denganfluida setinggi h akanmengalami tekanan hidrostatissebesar h.

  • Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI144

    Perhatikan Gambar 7.2. Pada gambar tersebut, tekanan hidrostatis dititik A, B, dan C berbeda-beda. Tekanan hidrostatis paling besar adalah dititik C. Dapatkah Anda menjelaskan alasannya?

    Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada alat-alat pengukurtekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukurtekanan gas, di antaranya sebagai berikut.a. Manometer Pipa Terbuka

    Manometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang palingsederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. PerhatikanGambar 7.3. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari gas yanghendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekananatmosfir (p0).

    Besarnya tekanan udara di titik y1 = p0, sedangkan tekanan udara dititik y2 = p. y1 memiliki selisih ketinggian =1 0y dan y2 memiliki selisihketinggian =2 .y h Berdasarkan Persamaan (73) tentang besar tekananhidrostatik, besarnya tekanan udara dalam tabung pada Gambar 7.3dinyatakan dengan persamaan berikut ini.

    pgas = p p0 = gh (74)dengan = massa jenis zat cair dalam tabung.b. Barometer

    Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli,seorang ahli Fisika dan Matematika dari Italia. Ia mendefinisikan tekananatmosfir dalam bukunya yang berjudul "A Unit of Measurement, The Torr"

    Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa(mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalahsebagai berikut.

    raksa percepatan gravitasi Bumi panjang raksa dalam tabungatau

    (13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 105 N/m2

    Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 105 N/m2 (75)

    Gambar 7.3Manometer pipa terbuka

    Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatispada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:a. air,b. raksa, danc. gliserin.Gunakan data massa jenis pada Tabel 7.1.

    JawabDiketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/s2.a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:

    Ph = gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.000 N/m2b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa:

    Ph = gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin:

    Ph = gh = (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2

    Gambar 7.4Skema barometer raksa

    Contoh 7.1

    A

    B

    C

    Gambar 7.2Semakin dalam kedudukansebuah titik dalam fluida,

    tekanan hidrostatis di titiktersebut akan semakin

    besar.

    Lakukanlah analisis oleh Anda tentang cara kerja dari barometer, kemudiandiskusikanlah bersama teman Anda dan buatlah laporan tertulisnya.

    KerjakanlahSumber: www.atmos.washington.edu

    h

    p 0

    y 1

    y 2

    pg

    tangki gas

    Sumber: Fundamental o hysics, 2001

Recommended

View more >