LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK ( LKPD ) Mata

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 : atmosfir1 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 ?