BAB V FLUIDA TAK BERGERAK 1. Pendahuluan

BAB V
FLUIDA TAK BERGERAK
1. Pendahuluan
Fluida adalah zat alir yang dapat mengalir, zat cair dan gas adalah fluida. Fluida ada 2
macam yaitu fluida tak bergerak (hidrostatis) dan fluida bergerak (hidrodinamika).
Dalam pembahasan ini fluida dibatasi hanya pada fluida ideal, kita tidak
membicarakan fluida sebenarnya atau fluida sejati. Beberaoa sifat fluida ideal dan
fluida sejati adalah sebagai berikut:
- Tidak kompressibel artinya tidak mengalami perubahan volume akibat adanya
tekanan
- Ketika bergerak tidak mengalami gesekan
- Alirannya stasioner (aliran yang konstan)
Fluida sejati:
-
Kompressibel artinya volume atau massa jenisnya berubah ketika mendapat
tekanan
Gesekan antara fluida dengan dinding tabung pengaliran tidak diabaikan
Alirannya tidak stasioner (turbulen atau bergejolak)
2. Tekanan
Tekanan merupakan suatu besaran yang didefinisikan sebagai gaya yang bekerja
persatu satuan luas benda itu
Dalam sistim internasional gaya dinyatakan dalam newton (N) dan luas dalam m2
sehingga tekanan dinyatakan dalam N/m2 dengan nama lain Paskal atau disingkat Pa.
Tekanan ban mobil biasanya dinyatakan dalam kilo Paskal atau Kpa
1 Kpa = 1000 Pa
1 atm = 76 cm Hg = 1.01 x 105 Pa
Dari definisi tekanan pada persamaan diatas menunjukkan bahwa luas penampang
yang lebih kecil makan tekanan bertambah besar. Misalnya pisau tajam memberikan
tekanan yang lebih besar dibandingkan pisau tumpul.
Terlihat bahwa tekanan tambah besar ketika luas permukaanya lebih kecil, tabel 1
menunjukkan beberapa contoh tekanan.
3. Tekanan Fluida
Fluida dapat memberi tekanan. Hal ini dapat dibuktikan dengan suatu percobaan
sederhana berikut ini. Untuk melihat tekanan zat cair ambil sebuah kotak dari karton
tebal. Isi kotak tersebut penih dengan air, kemudain beri lubang disisi tabungnya.
Tampak air memancar keluar karena tekanan yang ia berikan pada lubang
Untuk menghitung besarnya tekanan fluida dengan ?¾sebagai massa jenis fluida, g
percepatan gravitas, bila volume V berada dalam keseimbangan, maka SÀ
F = 0
sehingga diperoleh:
?á?ˆ= ?ˆg ?ˆz
Ini adalah rumus perbedaan tekanan antara permukaan atas dan permukaan bawah
volume atau rumus perbedaan tekanan pada dua titik dalam fluida yang kedalamanya
berbeda dengan ?áz
Sekarang kita hitung besarnya tekanan dalam zat cair P pada suatu kedalaman h.
Anggap tekanan dipermukaan zat cair sama dengan P0 dengan menganggap fluida
uniform didapat
?á? = -?g? z
P – P0 = -?rg(Z-Z0)
P = P0 + ?É
gh
P = tekanan pada kedalam h dinyatakan dalam N/m2
Po = tekanan pada permukaan cairan (h=0) dalam N/m2
?á= massa jenis fluida dalam kg/m3
g = percepatan gravitasi dalam m.det2
suku kedua pada persamaan di atas dinamakan tekanan zat cair atau tekanan
hidrostatika
P = - ?Eg h
Dari persaman hidrostatis diatas tekanan hanya tergantung ke dalaman, tidak
tergantung kepada bentuk bejana. Hal ini menyimpulkan bahwa setiap titik yang
terletak pada ketinggian/kedalaman yang sama mempunyai tekanan hidrostatis yang
sama pernyataan ini dikenal dengan hukum utama hidrostatika
Dimana:
4. Hukum Paskal
Hukum paskal berbunyi:
Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan
sama besar segala arah.
Manfaat dari hukum paskal ialah dengan menggunakan gaya yang kecil kita dapat
memperoleh gaya yang besar. Contoh pemakaian hukum paskal pada dongkrak
hidrolik.
5. Hukum Archimedes
Hukum archimedes berbunyi:
Seluruh benda yang berada dalam fluida (sebagian maupun seluruhnya) akan
mengalami gaya tekanan ke atas sebesar fluida yang dipindahkan benda tersebut.
Hukum archimedes membicarakan tentang gaya keatas yang dialami oleh benda
tersebut jika berada dalam fluida. Besarnya gaya keatas yang dialami oleh benda
tersebut dapat diketahui melalui persamaan berikut:
FA = ??Vc g
Keterangan : FA
= gaya archimedes
?B
= masa jenis zat cair
Vc
= volume zat cair yang dipindahkan
G
= percepatan gravitasi
Jadi sebuah benda didalam fluida:
- Mengapung jika massa jenisnya lebih kecil jika dibandingkan dengan massa jenis
fluida (?Hbenda < ?Hfluida)
- Melayang jika massa jenisnya sama dengan massa jenis fluida (?’ benda = ?’
fluida)
- Tenggelam jika massa jenisnya lebih besar dibandingkan massa jenis fluida (?—
benda > ?šfluida)
6. Tenggelam, Terapung, Melayang
Suatu benda dikatakan tenggelam jika berat benda lebih besar dari gaya keatasnya.
Jika volume benda V dan massa jenis benda ?§maka berat benda adalah
Wbenda = m g = V ?‡g
Ketika benda tenggelam volume zat cair yang dipindahkan Vp sama dengan volume
benda, sehingga gaya keatas yang diterima benda ( = berat zat cair yang dipindahkan)
adalah
FA = Vp ?ábenda g = Vp ?ázat cair g
Karena Wbenda > FA (syarat tenggelam) maka :
Wbenda = FA atau
?Æ
benda > ?Æ
zat cair (syarat tenggelam)
Jadi benda akan tenggelam jika massa jenisnya lebih besar dari massa jenis zat cair.
Suatu benda dikatakan melayang jika berat benda sama besar dengan gaya keatasnya.
Ketika benda melayang volume zat cair yang dipindahkan Vp sma dengan volume
benda V (karena seluruh benda tercelup) sehingga gaya keatas yang diterima benda (
= berat zat cair yang dipindahkan) adalah
FA = Vp ?ázat cair g = Vp ?ábenda g
Karena Wbenda = FA maka :
Wbenda = FA atau
? benda = ? zat cair (syarat melayang)
SOAL – SOAL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Apakah yang dimaksud fluida?
Sebutkan macam-macam fluida!
Sebutkan beberapa sifat dari fluida ideal dan fluida sejati!
Anggap seorang massanya 65 kg dengan luas permukaan di telapak kakinya 600
cm2. Hitung berapa tekanan yang dialami oleh lantai ketika ia berdiri dengan dua
kakinya dan bagaimana kalau satu kaki.
Tekanan pada permukaan air laut besarnya sekitar 100 kPa. Bandingkan dengan
tekanan akibat air pada kedalaman 10,2 meter g = 9,8 m/s2
Suatu kaleng minuman soda berbentuk tabung berjari-jari 3,2 cm. di dalam kaleng
tersebut tekanannya 0,7 atrn lebih besar dari tekanan afmosfer. Hitung gaya tekanan
yang dialami salah satu alas tabung ini
Di dalam sebuah bejana terdapat I liter alkohol yang massa jenisnya 0,8 gr/cm3. Jika
luar dasar bejana 50 cm2, hitonglah tekanan hidrositas pada dasar bejana.
Hitung gaya keatas yang dirasakan oleh sepotong batu yang volumenya 100cm3. Bila
dicelupkan dalam alkohol (?ò= 0.8 gr/cm3)
Sebuah gabus (?ñ=0,8 gr/cm3 ) dimasukkan di dalam air. Hitung volume gabus yang
berada dalam air dan hitung banyaknya air yang di pindahkan