LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK ( LKPD ) Mata
advertisement
LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK ( LKPD ) Mata Pelajaran Materi Pokok : FISIKA : Fluida Statik NAMA KELOMPOK ANGGOTA : : 1. 2. 3. 4. 5. Kompetensi Dasar Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari . Tujuan Memformulasikan konsep tekanan hidrostatika Memformulasikan hukum Pascal Menerapkan hukum Archimedes dalam masalah fisika sehari-hari Alat dan Bahan Bahan Bacaan Alat tulis LK. Tekanan Hidrostatis Besar tekanan didefinisikan = gaya tiap satuan luas . Apabila gaya F bekerja secara tegak lurus dan merata pada permukaan bidang seluas A , maka tekanan pada permukaan itu dpt dirumuskan sebagai : P = F A P = tekanan ( N/m2 ) F = gaya ( Newton ) A = luas penampang ( m2 ) Satuan lain dari tekanan adalah : atmosfir1 atm = 76 cm Hg = 1,013 x 105 Pa = 1,013 bar Ketika anda sedang menyelam di kedalaman air, maka anda akan merasakan adanya tekanan pada telinga anda . Semakin dalam menyelam maka semakin besar tekanan yang dirasakan, tekanan tersebut adalah tekanan fluida . Po Besarnya gaya tekan zat cair dalam keadaan diam yang dialami bagian zat cair tiap satuan luas , disebut tekanan hidrostatis . h Ph Besar tekanan hidrostatis dirumuskan secara matematis : mg ( V ) g F P( hA) g Ph = = = = A A A A Ph = = g = h = A tekanan hidrostatis ( N/m2 ) massa jenis zat cair ( kg/m3 ) percepatan gravitasi ( m/s2 ) kedalaman zat cair ( m ) = gh Tekanan hidrostatis Ph dinamakan juga Tekanan fluida . Tekanan di suatu titik didalam zat fluida yang sebenarnya , tekanan yang terukur disebut Tekanan absolute atau tekanan mutlak dapat dihitung dengan rumus : P = P o + Ph = P o + g h P = tekanan mutlak Po = tekanan atmosfir / tekanan udara luar . Persamaan tekanan absolute di atas biasanya digunakan untuk mengukur tekanan fluida / gas dgn menggunakan barometer atau manometer . Cara kerja alat tersebut untuk mengukur tekanan yang tak diketahui . Tekanan yang tak diketahui / yang akan diukur merupakan perbedaan antara tekanan absolute dgn tekanan atmosfir saat itu . Tekanan yang akan diukur terssbut dinamakan : tekanan gaug ( P gaug ) atau tekanan tolok . P = Po + g h P = Patm + Pgaug Pgaug = P - Patm Besar tekanan fluida mengikuti “ Hukum Utama Hidrostatika “ : semua titik yang terletak pada suatu bidang datar didalam zat cair ( bejana berhubungan ) yang sejenis memiliki tekanan yang sama . Hukum utama hidrostatika dapat diterapkan untuk menentukan massa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U atau bejana berhubungan gambar di bawah ini . P A x h1 . B h2 . y . A = Py x h1 g = y h2 g y = h1 h2 x LK. 1 - Untuk merangkum pengertian “ Tekanan Hidrostatis “ , kerjakan soal – soal di bawah ini . 1. Sebuah tangki berisi air yang massa jenisnya a dan ketinggian air dari dasar tangki adalah h . Bila percepatan gravitasi di tempat itu adalah g o dan besarnya gaya tekan yang dihasilkan air terhadap dasar tangki adalah F , maka besarnya tekanan hidrostatis yang dialami dasar tangki adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................. 2. Besar tekanan hidrostatis didalam zat cair disebabkan oleh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dan besarnya tergantung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Tabung reaksi yang luas permukaannya 5 cm2 berisi air setinggi 100 mm . Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s2 . Tentukan tekanan yang dialami dasar tabung akibat desakan air ? Berapa gaya yang bekerja pada tekanan fluida tersebut ? 100 ............................................................................. ............................................................................. ............................................... ........................ 4. Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 10 m . Jika massa jenis air danau 1 gr/cm3 dan percepatan gravitasi tempat adalah 10 m/s2 serta tekanan udara di atas permukaan danau saat itu sebesar 1 atmosfir , maka tekanan hidrostatis di dasar danau adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................... ..................................... dan tekanan total yang dialami dasar danau adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................... ..................................... 5. Sebuah ban mobil kempes dan terbaca oleh alat ukur – tekanannya sebesar 1 atm . Setelah itu di isi angin dengan pompa mesin, kemudian pada ban terbaca tekanannya menjadi 36 atm . Maka tekanan gauge yang diberikan pompa mesin tsb adalah . . . . . ....................................................................... 6. Sebuah tabung U mula-mula diisi dengan air yang massa jenisnya 1,0 gr/cm . 3 Kemudian pada kaki kanan tabung dituangkan minyak setinggi 10 cm dan massa jenis minyak 0,8 gr/cm3 . Tentukan perbedaan ketinggian permukaan air dan minyak pada Kedua kaki tabung ? ................................................................ ................................................................ h minyak air (p) LK. Hukum Pascal Jika zat cair dalam bejana diberi tekanan sebesar p , maka setiap bagian zat cair dan dinding bejana mengalami tekanan sebesar p . p1 air p2 p = p1 = p2 = p3 = p4 = p5 = p6 = p7 p7 p6 p3 Pernyataan di atas sesuai dengan Hukum Pascal , yaitu : p5 p4 “ tekanan yang diadakan dari luar kepada zat cair yang ada di dalam ruangan tertutup akan diteruskan oleh zat cair itu ke segala arah dengan sama rata “ Hukum Pascal banyak dimanfaatkan untuk membantu pekerjaan manusia , seperti pada alat : dongkrak hidrolik , mesin hidrolik pengangkat mobil , alat pengepres hidrolik dan rem hidrolik kendaraan. F1 Perhatikan pengangkat hidrolik mobil berikut ini ! penampang A1 diberi tekanan p1 dan akan diteruskan ke segala arah oleh fluida , sehingga akan menekan penampang A2 . Sehingga : p1 = p2 F1 A1 = F2 A2 A1 A2 F2 fluida / zat cair Contoh soal : Dongkrak hidrolik memiliki penampang masing-masing berdiameter 2 mm dan 100 mm . Berapa gaya minimum yang harus dikerjakan pada penampang kecil untuk mengangkat mobil yang massaya 600 kg ? penyelesaian Besaran yang diketahui : d1 = 2 mm d2 = 100 mm F2 = 600 . 10 = 6000 N gaya minimum yg harus diberikan pada penampang kecil adalah F1 F1 F2 yang dapat dihitung dgn Hukum Pascal : = A1 A2 2 karena A sebanding d , F1 d1 2 F2 2 2 maka : = F1 = ( ) . F2 = ( ) . 6000 2 2 100 d2 d2 d1 = 2,4 N LK. 2 - Untuk merangkum pengertian “ Hukum Pascal “ , kerjakan soal – soal di bawah ini . 1. Sebuah alat berupa bejana tertutup yang dilengkapi dua buah torak ( pengisap ) yang luas penampangnya berbeda yaitu A1 dan A2 (A1 < A2 ) . Jika antara torak dan dinding bejana tak ada gesekan dan bejana berisi zat cair . Saat pada torak yang luasnya lebih kecil dikerjakan gaya sebesar Fx yang arahnya ke ba wah , maka tekanan yang dialami zat cair adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tekanan fluida tadi diteruskan sama rata ke segala arah di dalam bejana , termasuk di torak yang luasnya lebih besar – sehingga gaya ke atas yang dialami torak tsb adalah F y yang besarnya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berdasarkan pernyataan di atas , persamaan tekanan yang diberikan gaya luar F x dengan tekanan fluida yang mendorong penampang torak A2 adalah : p1 = p2 ............ = ............... 2. Sebuah alat hidrolik memiliki piston besar dgn diameter 50 cm . Jika udara yang dimampatkan dgn teka nan maksimum 800 kPa diberikan pada piston kecil , maka beban maksimum yang dapat diangkat pada piston besar adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………….. 3. Sebuah dongkrak hidrolik memiliki penampang kecil dan besar yang masing-masing berjari-jari 2 cm dan 40 cm . Untuk mengangkat mobil yang bermassa 1000 kg , berapa gaya minimum yang diperlukan ? ............................................................................. ............................................................................. 4. Perhatikan system hidrolik pada gambar di bawah ini ! F Piston B yang luas penampangnya A beban 400 kg . 400 kg diberi 800 cm2 Dan piston A memiliki luas penampang 20 cm2 . Jika bejana ber 5m gram/cm3 , Berapakah B isi zat cair oli yang massa jenisnya 0,80 gaya tekan F yang diberikan agar keadaan seimbang ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................. 5. Untuk menentukan massa jenis suatu zat cair dapat menggunakan rangkaian alat seperti gambar di samping . Piston P yang luas penampangnya 2 cm2 dapat bergerak bebas 4m m Jika konstanta pegas pada piston 200 N/m dan pegas tertekan sejauh 4 cm , berapakah massa jenis zat cair yang mengisi beja na ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P ............................................................................. ............................................................................. LK. Hukum Archimedes Anda mungkin pernah mengalami bahwa benda yang berada dalam air terasa lebih ringan disbandingkan berat nya ketika di udara padahal benda itu beratnya tidak berkurang . Mengapa demikian ? Keadaan di atas dapat dijelaskan dengan “ Hukum Archimedes “ yang dinnyatakan sebagai berikut : “ Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas , yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan “ . Tinjau sebuah balok yang tercelup ke dalam bejana berisi penuh air ( gbr. 2 ) dan air akan tumpah ke bejana gbr. 3 gbr. 1 Ketika seluruh bagian balok tercelup ke dalam air , keenam permukaan balok mendapat gaya tekan yang besarnya masing masing F1 , F2 , F3 , F4 , F5 dan F6 . Gaya F1 dan F2 merupakan gaya tekan hidrostatis pada kedalaman yang berbeda . Besar gaya F1 = p1 . A1 = gh1 . A1 Besar gaya F2 = p2 . A2 = gh2 . A2 , A1 = A2 gbr. 2 h1 gbr. 3 F1 h2 F4 Bahwa gaya F2 > F1 dan selisihnya F2 - F1 adalah gaya ke atas F3 F2 yang dialami balok = gaya apung = gaya Archimedes ( Fa ) . Maka gaya Archimedes Fa = gh2 A - gh1 A = gA ( h ) Fa = gV . Gaya Archimedes merupakan gaya reaksi zat cair terhadap benda yang tercelup , sehingga benda tersebut terasa lebih ringan . Gaya ke atas = berat zat cair yang dipindahkan = m . g = ( V ) . g = gV . Baik gaya ke atas maupun berat zat cair yang dipindahkan , massa jenisnya adalah zat cair . Keadaan benda yang tercelup dalam zat cair , sebagai berikut : a. Terapung Keadaan dimana hanya sebagian volume benda yang tercelup didalam zat cair sehingga volume zat cair yang dipindahkan lebih kecil . Fa W = mg Dalam keadaan seimbang : Fy = 0 Fa = mb . g f g Vt = b Vb g Vt = b f Vb Karena Vt ( volume benda tercelup ) lebih kecil dari pada Vb (volume benda seluruhnya), maka syarat benda mengapung adalah : b < f massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida . b. Melayang Keadaan dimana volume benda yang tercelup ( volume zat cair yang dipindahkan ) sama dengan volume total benda melayang . Dalam keadaan seimbang : Fy = 0 Fa Fa = mb . g W= mg f g Vt = b Vb g f Vt = b Vb Karena volume benda yang tercelup sama dengan volume benda seluruhnya , maka syarat benda melayang adalah : b = f massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida . c. Tenggelam Keadaan dimana besar gaya apung Fa lebih kecil daripada berat benda , juga volume benda yang tercelup adalah volume benda seluruhnya namun benda bertumpu pada dasar bejana sehingga terdapat gaya reaksi / gaya N normal dasar bejana . Dalam keadaan seimbang : Fy = 0 Fa W = mg Fa + N = mb . g f g Vt + N = b Vb g N = b Vb g - f Vt g Karena volume benda tercelup sama dengan volume benda seluruhnya dan gaya normal N bernilai positif maka syarat benda tenggelam adalah : b > f benda lebih besar dari pada massa jenis fluida . massa jenis Penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan dapat dijumpai pada berbagai peralatan yang sederhana maupun yang modern seperti : hydrometer, kapal selam, galangan kapal, balon udara, jembatan ponton . N Contoh soal : Sebuah benda beratnya di udara adalah 40 N dan ketika didalam air beratnya terasa 32 N . Jika percepatan gravitasi 10 m/s2 . Berapa gaya apung benda oleh air dan massa jenis benda tersebut ? penyelesaian Besaran yang diketahui : Wu = 40 N , Wf = 32 N a = 1 gram/cm3 = 1000 kg/m3 a. Gaya apung benda : Fa = Wu - Wf = 40 – 32 = 8 Newton Fa b. Massa jenis benda b ? gaya Fa = a g Vb Vb = a g massa jenis benda b = = 5000 kg/m3 mb mb g a = Vb Fa = Wu a Fa = (40)(1000) 8 LK. 3 - Untuk merangkum pengertian “ Hukum Archimedes “ , kerjakan soal – soal di bawah ini . 1. Apa yang dimaksud dengan “ gaya apung “ dan “ berat zat cair yang dipindahkan “ , dan bagaimana korela sinya ? gaya apung = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................... ....................................... berat zat cair yang dipindahkan = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . korelasinya = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Misal air yang tumpah akibat tercelupnya sebuah benda dalam bejana – ditampung dalam sebuah gelas yang diameternya 8 cm dan kedalaman air 2 cm . Berapakah berat zat cair yang dipindahkan ke gelas tsb ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................. ............................................................................. 3. Jembatan ponton dibuat dari drum yang terapung di atas permukaan air . Setiap drum terisi udara sehing ga massanya 20 kg dan volume rata-ratanya 5 m3 . Tentukan berat beban maksimum yang dapat ditahan oleh drum tersebut ? ............................................................... ........ ............................................................................ 4. Sebuah benda bila dicelupkan dalam air maka 1/3 bagian akan muncul di permukaan . Jika benda dicelupkan ke dalam suatu larutan yang massa jenisnya 8/9 gr/cm3 , maka bagian yang muncul di permukaan adalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......................................................... ............... 5. Massa sebuah benda di udara adalah 400 gram . Jika ditimbang di dalam air massanya seolah-olah menjadi 200 gram dan jika ditimbang didalam cairan lain massanya seolah-olah menjadi 100 gram , maka massa je nis cairan tersebut adalah . . . . . . . . . . ........................................................................ ............................................................................. 6. Sebuah kubus gabus massa jenisnya 0,4 gr/cm3 dicelupkan ke dalam air . Jika volume kubus tersebut ada lah 25 m3 , Tentukan volume kubus yang tercelup dalam air ? . . . ................................. ..................................... ...................................................... .................. 7. Sebuah bola yang volumenya 32 cm2 mengapung di permukaan air dengan setengah bagian volumenya berada di atas permukaan air . Tentukan massa bola tersebut ? . . . . . ....................................................................... ...................................................... ................. EVALUASI 1. Jelaskan pengertian dari fluida statis? 2. Tabung reaksi yang luas permukaannya 5 cm2 berisi air setinggi 100 mm . Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s2. Tentukan tekanan yang dialami dasar tabung akibat desakan air ? Berapa gaya yang bekerja pada tekanan fluida tersebut ? 3. Sebutkan Bunyi hukum Pascal? 4. Sebuah dongkrak hidrolik memiliki penampang kecil dan besar yang masing-masing berjari-jari 4 cm dan 50 cm . Untuk mengangkat mobil yang bermassa 1200 kg , berapa gaya minimum yang diperlukan ? 5. Sebutkan Bunyi hukum Archimedes? 6. Sebuah benda beratnya di udara adalah 50 N dan ketika didalam air beratnya terasa 42 N. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2 . Berapa gaya apung benda oleh air dan massa jenis benda tersebut ?
