BAB II
TEKANAN HIDROSTATIS
(HYDROSTATIC PRESSURE)
II.1. Pendahuluan
Tekanan hidrostatis menyatakan bahwa tekanan suatu zat cair sangat
tergantung pada kedalamannya. Makin tinggi kedalamannya makin tinggi
pula tinggi tekanan hidrostatisnya. Pada percobaan ini dilakukan
pengukuran dengan rumus-rumus yang didasari pada prinsip keseimbangan
momen.
Adapun tekanan hidrostatis dilakukan dengan menggunakan alat
seperempat lingkaran atau kwadran dalam 2 kondisi yaitu :
II.4.1. Kondisi benda tenggelam sebagian
L
0
a
d
Y
m.g
b
Gambar II.1. Kondisi Benda Tenggelam Sebagian
Mo
=0
m.g.L
= 0,5..g.b.Y2 ( a + d - Y/3 )
m.L
= 0,5..b.Y2 ( a + d - Y/3 )
I-26
Y/3
II-27
dimana :
m = massa anak timbangan
L = 0,275 m
b = 0,075 m
a = 0,1 m
d = 0,l m
Y = tinggi paras air
= kerapatan air
II.4.2. Kondisi benda tenggelam seluruhnya
L
0
a
(Y-d)/3
Y
d
Y/3
m.g
b
Gambar II.2. Kondisi Benda Tenggelam Seluruhnya
Mo
=0
m.g.L
= 0,5..g.b.Y2 (a + d -Y/3 ) - 0,5..b (Y - d)2(a - 1/3 (Y - d))
m.L
= 0,5..b.Y2 (a + d - Y/3 ) - 0,5..b.(Y - d)2 (a - 1/3 (Y - d))
m.L
= 0,5..b { Y2 (a + d - Y/3 ) - (Y - d)2 (a- 1/3 (Y - d))
II-28
dimana :
m
= massa anak timbangan
L
= 0,275 m
b
= 0,075 m
a
= 0,1 m
d
= 0,l m
Y
= tinggi paras air
= kerapatan air
II.2. Tujuan Percobaan
1. Untuk menentukan besarnya tekanan dan besarnya gaya yang bekerja
pada bidang rata yang tenggelam sebagian.
2. Untuk menentukan besarnya tekanan dan besarnya gaya yang bekerja
pada bidang rata yang tenggelam seluruhnya.
II.3. Alat – Alat yang Digunakan
1. Bejana yang dilengkapi dengan kaki berulir
2. Alat untuk menggantung massa
3. Benda kwadran dengan skala
4. Sekrup pemegang kwadran
5. Lengan timbangan
6. Poros yang tajam
7. Pengatur keseimbangan
8. Katup penguras
9. Nivo
10. Termometer
11. Meteran / Mistar
II-29
II.4. Prosedur Percobaan
1.
Kosongkan bejana dari air, kemudian ukur L, b, a, dan d.
2.
Letakkan bejana di atas meja dalam keadaan seimbang. Letakkan
lengan timbangan pada poros yang tajam dan gantung piringan tempat
anak timbangan pada ujung lengan timbangan. Untuk meratakan bejana
dapat dilakukan dengan mengatur penyangga berulir, rata tidaknya
dapat dilihat pada nivo. Kemudian atur posisi beban pengatur
keseimbangan pada lengan timbangan sehingga kedudukan lengan
tersebut menjadi horizontal (setimbang).
3.
Sambungkan potongan selang dalam katup penguras untuk mengalirkan
air ke luar bejana.
4.
Tutup katup penguras dan isikan air sampai permukaannya menyentuh
ujung bagian bawah dari benda kwadran. Kemudian mulailah
meletakkan anak timbangan, lalu secara perlahan masukkan atau
tambahkan air ke dalam bejana hingga lengan timbangan menjadi
horizontal kembali. Catat paras air pada bejana dan berat anak
timbangan. Untuk ketelitian pengukuran paras air dalam bejana dapat
dilakukan dengan mengisi air pada bejana terlebih dahulu baru setelah
itu secara perlahan-lahan dikurangi air melalui pipa penguras.
5.
Lakukan percobaan ini berulang kali untuk anak timbangan yang
berbeda dengan jalan yang sama seperti di atas.
II-30
II.4.1. Alat Percobaan / Peraga Tekanan Hidrostatis
Tujuan percobaan 1 :
Untuk menentukan pusat tekanan pada bidang rata yang
terbenam sebagian.
Quadran
Clamping screw
Pivot
Leam level
adication
Adjustable
Counterbalance
Scale
Weight
hanger
End Face
Drain cock
Spirit level
Levelling
feet
Pivot
(lulcrum)
Mass
m
W=mg
Gambar II.3. Alat Peraga Tekanan Hidrostatis
II-31
Pengaturan Alat :
1. Sebuah benda berbentuk seperempat lingkaran (5), terletak pada
suatu lengan timbangan (7), yang terletak pada suatu poros yang
tajam (8).
2. Garis kontak dari poros tajam tadi berimpit dengan garis aksis
dari benda seperempat lingkaran tadi. Dengan demikian maka
gaya hidrostatis yang bekerja pada benda tersebut bila
dibenamkan, hanya gaya yang bekerja pada bidang permukaan
segi empat pada ujung benda tersebut (11), yang mengakibatkan
timbulnya momen pada poros yang tajam tadi.
3. Selain sekrup pemegang benda tadi pada lengan timbangan (6),
pada salah satu ujung lengan dikaitkan sebuah piringan untuk
anak timbangan dan sebuah beban pengatur keseimbangan pada
ujung lainnya (19).
4. Bejana atau tangki (1) dapat diatur kerataan dan levelnya
melalui kaki berulir (13). Pengaturan alat rata tidaknya dapat
dilakukan dengan bantuan sebuah penyipat datar yang
diletakkan pada alas tangki/bejana. Alat penunjuk apakah lengan
timbangan (4) horizontal atau tidak, terpasang pada sisi tangki di
bagian dekat lengan yang memikul piringan timbangan.
5. Air dialirkan ke dalam tangki/bejana dengan pipa lentur dan
dikosongkan melalui
katup
penguras
(12),
yang dapat
disambungkan dengan pipa lentur sepanjang setengah inci.
Suplai air bisa didapat dari suatu meja hidraulika atau dapat juga
secara terpisah.
6. Paras air dalam tangki/bejana pada skala yang tertera pada
benda seperempat lingkaran (10).
II-32
Langkah – Langkah Percobaan :
1. Satukan benda seperempat lingkaran/kwadran dengan lengan
timbangan, menggunakan sekrup.
2. Ukur besarnya nilai L, a, d, dan b dari permukaan sisi ujung
kwadran tersebut.
3. Tempatkan bejana di atas meja hidrolika dan letakkan lengan
timbangan pada poros tajam.
4. Gantungkan piringan tempat anak timbangan pada ujung lengan
timbangan.
5. Sambungkan sepotong selang dengan katup peguras dan
sepotong lagi pada bagian suplai dari meja hidrolika untuk
dialirkan ke dalam bejana.
6. Ratakan letak bejana di atas meja hidraulika dengan mengatur
kaki penyangga yang berulir, dengan bantuan alat penyipat
datar.
7. Atur posisi beban pengatur kesetimbangan pada lengan
timbangan sehingga lengan tersebut menjadi horizontal.
8. Tutup katup penguras dan alirkan air hingga permukaannya
menyentuh ujung bagian bawah dari benda kwadran.
9. Mulai letakkan sebuah anak timbangan, kemudian secara pelan,
tambahkan air ke dalam bejana sampai lengan timbangan
menjadi horizontal kembali.
10. Catat paras air dalam bejana dan berat anak timbangannya.
11. Untuk ketelitian pengaturan paras air dalam bejana dapat
dilakukan dengan kelebihan mengisi air terlebih dahulu, baru
kemudian secara pelan dikurangi melalui katup penguras.
12. Ulangi prosedur percobaan di atas untuk setiap penambahan
beban anak timbangan di atas piringan, sampai paras air di
dalam bejana mencapai bagian atas kwadran pada sisi bagian
ujung kwadran.
II-33
13. Kurangi kembali anak timbangan di atas piringan, dan catat
setiap kali pengurangan beratnya, sekaligus juga catat tinggi
paras airnya pada masing-masing kondisi beban.
14. Lanjutkan
hingga
dipindahkan.
semua
anak
timbangan
sudah
habis
II-34
II.5. Analisa Perhitungan
Suhu air = 24 °C
ρ air
= 997,2 kg/m3
II.5.1. Interpolasi
Dengan menggunakan cara interpolasi linier diperoleh ρ, dan μ,
pada suhu 23 °C adalah sebagai berikut:
T °C
ρair (kg/m3)
20
998
24
x
30
996
ρ21C
24 30
20 30
998 x
998 996
(24-30) (998 - 996) = (20 - 30) (998 - x)
-12 = -9980 + 10x
9968 = 10x
ρ24°C = 997,2 kg/m3
II.5.2. Untuk Beban Tenggelam Sebagian
Diketahui : L
= 0,275 m
b
= 0,075 m
a
= 0,1 m
d
= 0,1 m
= 997,2 kg/m3
g
= 9,81 m/s
II.5.2.1. Massa
Massa diperoleh dari data hasil percobaan dalam satuan
gram (gr) diubah dalam satuan kilogram (kg).
II-35
II.5.2.2. Tinggi Paras Air (y)
Tinggi paras air diperoleh dari data hasil percobaan
dalam satuan mm diubah dalam satuan m.
II.5.2.3. Mencari Massa Anak Timbangan (M)(Kg)
y
0,5. .b. y 2 . a b
3
M
L
Contoh : y 0,049 m
0,052
0,5 997,2 0,075 (0,052) 2 0,1 0,075
3
M
0,0580 kg
0,275
II.5.2.4. Mencari Gaya Tekanan (Fh)
Gaya Tekan Air ( Fh ) = massa anak timbangan x gaya grafitasi
Fh
= massa x g
Contoh :
M
= 0,0580 kg
g
= 9,81 m/s2
Fb
=Mxg
= 0,0580 x 9,81
= 0,568831 N
II.5.2.5. Mencari Gaya Beban (Fp)
Gaya Beban (Fp) = massa x gaya grafitasi
Fp = massa x g
Contoh :
Fp
=mxg
= 0,060 x 9,81
= 0.5886 N
II-36
II.5.2.6. Mencari Efisiensi
Efisiensi
Fp
100%
Fh
Contoh :
Fh
= 0,568831 N
Fp
= 0.5886 N
Efisiensi Fp 100
Fb
0.5886
100
0.568831
103,4753%
II.5.2.7. Rata – Rata Efisiensi
Rata – rata effisiensi dihitung dengan menjumlahkan
seluruh nilai effisiensi dibagi dengan jumlah data effisiensi
.
Rata-rata effisiensi
1073,1680
107,317 %
10
II.5.2.8. Sudut ( ) :
β arc tan
Rata rata efisiensi
100
Contoh :
Rata – rata effisiensi = 107,317 %
β arc tan
107,317
47,021
100
