Fluida Statis Fluida tidak mengalir biasa disebut fluida statis. Pada

A. Fluida Statis
Fluida tidak mengalir biasa disebut fluida statis. Pada fluida tidak mengalir, seperti zat
cair yang berada di dalam bejana yang tidak berlubang, terlihat secara langsung atau tidak
langsung tentang tidak adanya perpindahan bagian-bagian zat itu.
1.
Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas
bidang itu. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan. Gaya yang
diberikan pada bidang tekan disebut gaya tekan. Tekanan dirumuskan sebagai berikut.
p
1 Pa
1 bar
2.
Keterangan: •
p = tekanan, satuannya pascal (Pa)
F = gaya tekan, satuannya newton (N)
A = luas bidang tekan, satuannya m2
F
A
= 1 N/m2
= 1,0 x 105 Pa
1 atm = 101.325 Pa
1 atm = 760 mmHg
Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis yaitu tekanan zat cair yang hanya dise'babkan oleh berat zat
cair tersebut. Tekanan hidrostatik dirumuskan sebagai berikut.
p h  pgh
Keterangan:
Ph = tekanan hidrostatik (N/m2 atau Pa)
p = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman dari permukaan zat cair (m)
Semakin tinggi permukaan zat
cair dalam wadah, zat cair . tersebut
akan semakin berat sehingga tekanan
yang dikerjakan zat cair pada dasar
wadah akan semakin besar.
Gambar 2.1 bejana berhubungan
Gambar 2.1 Tekanan hidrostatis pada bejana berhubungan
dengan bentuk yang berbeda. Tekanan
pada bejana dengan bentuk/luas permukaan yang berbeda tetap sama.
a. Tekanan hidrostatis pada bejana berisi gabungan fluida
Tekanan hidrostatis di dasar bejana.
p
h
N
 pi ghi
i 1
Gambar 2.2 Bejana berisi gabungan fluida
b. Tekanan hidrostatis pada pipa U berisi gabungan fluida
Pada kedalaman yang sama, pada bejana ber- '-I
hubungan memiliki tekanan hidrostatik yang
sama sehingga berlaku persamaan berikut.
Gambar 2.3 Tekanan hidrostatis pada pipa U
3.
p2 
h1
p1
h2
Tekanan Absolut
Penunjukan tekanan dalam ruang tertutup oleh alat ukur tekanan disebut tekanan
terukur atau tekanan gauge. Alat ukur tekanan pada alat semprot dinamakan manometer
tertutup. Udara di bumi atau yang dinamakan atmosfer memiliki tekanan ke segala arah.
Tekanan atmosfer dapat diukur menggunakah barometer. Tekanan mutlak
dirumuskan sebagai berikut.
pG  p  p A
Keterangan:
p = tekanan mutlak
pA =
pG = tekanan terukur
Tekanan hidrostatik merupakan tekanan terukur. Jekanan mutlak di dalam fluida
merupakan jumlah dari tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer.
p  p0  pgh
4.
Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang.
Tegangan permukaan zat cair didefinisikan sebagai berikut.
F


Keterangan:
 = tegangan permukaan (N/m2)
F = gaya(N)

= panjang permukaan (m)
Selain pada zat cair, tegangan permukaan juga terjadi pada selaput. Pada selaput
tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan
persatuan panjang permukaan pada arah tegak lurus terhadap gaya tersebut. Besar
tegangan permukaan suatu benda yang dipengaruhi oleh selaput sabun dirumuskan
sebagai berikut.
w

2L
5.
Keterangan:
W = berat kawat penutup (N)
L = panjang kawat penutup (m)
 = tegangan permukaan zat cair (N/m)
Kapilaritas
Kapilaritas merupakan peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler (pipa
sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair
dengan dinding kapiler.
Kenaikan atau penurunah zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya
tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa dirumuskan sebagai berikut.
h
2 cos 
pgr
Keterangan:
h = kenaikan dan penurunan permukaan fluida dalam pipa kapiler (m)
 = sudut kontak (derajat)
r = jari-jari pipa kapiler (m)
p = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
6.
Hukum-Hukum Dasar Fluida Statik
a. Hukum Pascal
Bunyi Hukum Pascal
"Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup diteruskan tanpa
berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dindingbejana"
Hukum Pascal dirumuskan sebagai berikut.
p1  p2
atau
F1 F2

A1 A2
Keterangan:
p1 p 2
F1 F2
A1 A2
= tekanan pada piston 1 dan 2
= flaya tekan pada piston 1 dan 2
= luas penampang pada piston 1 dan 2
b. Hukum Archimedes
Bunyi Hukum Archimedes
"Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida
diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang
dipindahkan"
Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut.
FA  p F gV ' F
Keterangan:
FA = gaya ke atas (N)
pF
g
V 'F
7.
= massa jenis fluida (kg/m3)
= percepatan gravitasi (m/s2)
= volume fluida yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup (m3)
Penerapan Hukum Dasar Fluida Statik
a. Penerapan Hukum Pascal
1) Dongkrak Hidrolik dan Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil
Persamaan yang berlaku pada dongkrak hidrolik atau lift (pengangkat)
hidrolik yaitu perbandingan gaya yang diberikan untuk mengangkat beban pada
dongkrak sama dengan perbandingan luas silinder tekan dengan luas silinder
beban.
Prinsip kerja
(hidrolik)
mesin
pengangkat
mobil
Rumus yang berlaku pada dongkrak hidrolik dan mesin hidrolik.
Keterangan:
F1 F2
F1 = gaya tekan atau gaya yang digunakan untuk mengangkat beban

A1 A2
F2 = berat beban
A1 = luas penampang silinder tekan
A2 = luas penampang silinder beban
2) Rem Hidrolik
Prinsip kerja rem hidrotik sama dengan prinsip kerja mesin pengangkat
mobil atau dongkrak hidrolik. Perbandingan luas silinder utama dengan silinder
rem menentukan keuntungan mekanik. Semakin besar keuntungan mekanik,
semakin ringan saat menginjak pedal rem.
b. Penerapan Hukum Archimedes
1) Mengapung, Melayang, dan Tenggelam
a) Mengapung
Benda mengapung jika gaya apung lebih besar daripada berat benda.
Syarat benda mengapung:
p F  pb
Keterangan:
pF
= massa jenis fluida (kg/m3)
= massa jenis benda (kg/m3)
b) Melayang
Benda akan melayang jika gaya
apung sama dengan berat benda. Syarat
benda melayang:
Gambar 2.6 Gabus mengapung di atas
permukaan air
p F  pb
Keterangan:
pF
pb
= massa jenis fluida (kg/m3)
= massa jenis benda (kg/m3)
Gambar 2.6 Gabus ditancapi paku
melayang dalam air
c) Tenggelam
Benda akan tenggelam jika gaya apung
lebih kecil daripada berat benda. Syarat
benda tenggelam:
p F  pb
Keterangan:
pF = massa jenis fluida (kg/m3)
pb = massa jenis benda (kg/m3)
Gambar 2.8 Batu tenggelam di dalam air
2) Hidrometer
Dengan prinsip kerja yang sederhana, hidrometer dapat digunakan untuk
mengukur massa jenis fluida. Dengan cara memasukkan hidrometer ke fluida
yang akan diukur massa jenisnya, maka massa jenis fluida dapat diketahui
secara langsung.
3) Kapal Laut
Kapal
laut
dibuat
berongga, sehingga volume
kapal menjadi besar, akibatnya
volume air yang dipindahkan
juga besar. Dengan demikian
gaya apung kapal juga besar,
maka kapal tidak tenggelam.
Kapal yang sarat penumpang,
volume kapal yang tenggelam
akan lebih besar daripada
volume kapal kosong.
sumber: http://o-fish.com
Gambar 2.9 Hidrometer
4) Kapal Selam
Kapal selam memiliki rongga atau tangki yang dilengkapi dengan katup
air dan katup udara. Supaya dapat tenggelam, maka katup air pada tangki dibuka
sehingga air masuk dan udara dikeluarkan melewati katup udara. Akibatnya,
kapal bertambah berat sehingga gaya apung lebih kecil dari gaya beratnya,
akibatnya kapal menyelam. Sebaliknya untuk dapat muncul iagi di permukaan,
air dalam tangki dipornpa dan udara masuk lewat katup udara ke dalamnya.
Dengan cara ini gaya apung kapal lebih besar daripada berat kapal, sehingga
kapal terapung.
5) Baton Udara
Udara merupakan fluida, sedangkan balon sebagai benda yang melayang
di udara. Sesuai dengan hukum Archimedes, balon yang berisi gas helium (He)
memiliki massa jenis lebih kecil dari masa jenis udara pada umumnya,
akibatnya balon akan melayang di udara.
B. Fluida Dinamis
Hidrodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang fluida bergerak. Sebelum
mempelajari fluida bergerak perlu diketahui fluida ideal dan jenis-jenis aliran fluida; .
1. Fluida Ideal
Fluida ideal yaitu fluida yang tidak kompresibel, berpindah tanpa mengalami
gesekan, dan alirannya stationer.
a. Tidak kompresibel, artinya bahwa dengan adanya perubahan tekanan, volume fluida
tidak berubah
b. Tidak mengalami gesekan, artinya bahwa pada saat fluida mengalir, gesekan-antara
fluida dengan dinding tempat mengalir dapat diabaikan.
c. Aliran stasioner, artinya tiap partikel fluida mempunyai garis alir tertentu dan untuk
luas penampang yang sama mempunyai laju aliran yang sama.
2.
Jenis Aliran Fluida
Ada beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang
bergerakf disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida.
a. Aliran lurus atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang
bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. Pada aliran ini partikel fluida
mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran
laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau slang,
b. Aliran turbulen yaitu aliran yang ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak
menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai di sungai-sungai
dan selokan-selokan.
Gambar 2.10 Aliran laminar
3.
Gambar 2.11 Aliran turbulen
Persamaan Kontinuitas
Debit aliran yaitu besaran yang merupakan laju volume atau jumlah volume fluida
yang mengalir persatuan waktu.
Keterangan:
V
Q
Q = debit aliran (m3/s)
t
V = perubahan volume fluida (m3)
t
= selang waktu (s)
Mengingat volume fluida yang mengalir merupakan perkalian antara luas
penampang dengan jarak aliran fluida debit dapat dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
Q  Av
2
A = luas penampang pipa (m )
v = faju aliran fluida (m/s)
Berdasarkan
persamaan
kontinuitas
menyatakan bahwa debit aliran fluida selalu
konstan.
A1 v1 = A2 v2 = . . . = AN vN
Av = konstan
4.
Gambar 2.11
Aliran fluida mempunyai debit yang konstan
Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli menyatakan hubungan besaran fluida dalam pipa antara tekanan,
ketinggian, dan laju dinamika. Hukum Bernoulli dirumuskan sebagai berikut.
1
p + pgh + pv2 = konstan
2
Keterangan:
p = tekanan (Pa)
p = massa jenis fluida (kg/m3)
h = tinggi pipa (m)
v = laju fluida (m/s)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
5.
Penerapan Hukum Dasar Fluida Dinamis pada Masalah Fisika Sehari-hari
a. Persamaan Kontinuitas
1) Slang Penyemprotan
Ujung slang ditekan yang berarti memperkecil penampang agar diperoleh
laju aliran yang lebih besar.
2) Penyempitan Pembuluh Darah
Pada pembufuh darah yang mengalami penyempitan, laju aliran darah pada
pembuluh yang menyempit akan lebih besar daripada laju aliran pada pembuluh
normal.
b. Penerapan Hukum Bernoulli
1) Teorema Toricelli (laju efflux)
v  2 gh
Keterangan:
v = laju air (m/s)
h = ketinggian (m)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
Laju air yang menyembur dari
lubang sama dengan air yang jatuh
bebas dari ketinggian h. Laju air yang
menyembur dari lubang dinamakan
laju efflux. Fenomena ini dinamakan
dengan teorema Toricelli.
Gambar 2.13 Pancuran air pada tangki
2) Efek Venturi
Efek Venturi terjadi pada fluida yang mengalir melalui sebuah pipa yang
menyempit kemudian melebar' lagi pada ketinggian yang sama.
Efek Venturi menyatakan: Bila laju fluida bertambah, tekanan berkurang.
Efek Venturi dirumuskan sebagai berikut.
1
p+
 v2 = konstan
2
Keterangan:
p
= tekanan (Pa)
 = massa jenis fluida (kg/m3)
v
= laju fluida (m/s)
Gambar 2.14 Pipa venturi
3) Venturimeter
Venturimeter
merupakan
alat
pengukur laju aliran suatu fluida dalam
sebuah pipa.
a) Venturimeter dengan manometer
Laju fluida yang mengalir dapat
dihitung dengan persamaan berikut.
v1 = A2
2 H g gh
 F ( A12  A22 )
Gambar 2.15 Venturimeter dengan manometer
Keterangan:
V1
= laju fluida pada penampang besar (m/s)
A1
= luas penampang besar (m2)
A2 = luas penampang kecil (m2)
3
 F = massa jenis fluida (kg/m )

h
Hg
= massa jenis Hg (kg/m3)
= selisih tinggi permukaan Hg (m)
b) Venturimeter tanpa manometer
Laju fluida yang mengalir dihitung
dengan persamaan berikut.
v1 = A2
2 p
 F ( A12  A22 )
Keterangan:
V1= laju fluida pada penampang besar (m/s)
3
 F = rriassa jenis fluida (kg/m )
Gambar 2.16 Venturimeter tanpa manometer
2
 p = selisih tekanan (N/m )
A1= luas penampang besar (m2)
A2 = luas penampang kecil (m2)
4) Tabung pilot
Tabung pitot merupakan alat
yang digunakan untuk mengukur laju
aliran suatu gas atau udara. Alat ini
dilengkapi dengan manometer . raksa.
Dengan
mengetahui
perbedaan
ketinggian raksa pada kedua kaki
manometer, aliran gas dapat ditentukan
kelajuannya.
Gambar 2.17 Pipa pilot
Kelajuan aliran fluida dirumuskan sebagai berikut.
v
2gh

Keterangan:
v = kecepatan aliran udara (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = beda tinggi zat cair dalam kaki manometer (m)
p = massa jenis udara yang mengalir (kg/m3)
p' = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m3)
5) Penyemprot
Pada alat penyemprot obat
nyamuk dan parfum, saat batang
pengisap (A) ditekan, udara akan
mengalir dengan kecepatan tinggi dan
melewati di mulut pipa B. Akibatnya,
tekanan di ujung B menjadi kecil.
Perbedaan tekanan ini mengakibatkan Gambar 2.18 Skema alat penyemprot obat nyamuk
cairan di dalam tangki (C) naikdan
dihamburkan dengan halus oleh aliran udara dari tabung pengisap (B) seperti
tampak pada gambar.
6) Gaya Angkat pada Pesawat Terbang
Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang
melalui sayap pesawat bagian sisi atas lebih besar daripada bagian sisi bawah.
Pada penampang sayap pesawat terbang, bagian belakang lebih datar dan sisi
bagian atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Keadaah ini
mengakibatkan garis arus bagian atas lebih rapat daripada bagian bawahnya. Hal
ini berarti kecepatan aliran udara pada bagian sisi atas (v2) lebih besar daripada
sisi bagian bawah sayap (v1). Sehingga tekanan bagian atas (p2) lebih kecil
daripada fekanan pada bagian bawah (p1). Perbedaan tekanan ini (p1 - p2)
menimbulkan gaya angkat, yang besarnya dirumuskan dengan persamaan sebagai
berikut.
F1 – F2 = (p1 – p2) A
1
ρ(v22 – v12),
2
persamaan di atas dapat ditulis sebagai
berikut.
Oleh karena p1 - p2 =
F1 - F2 =
1
ρ(v22 – v12) A
2
Keterangan:
F1= gaya pada bagian bawah sayap (N)
F2 - gaya pada bagian atas sayap (N)
ρ - massa J6nis udara (kg/m3)
v1= kelajuan udara bagian bawah sayap (m/s)
v2 = kelajuan udara bagian atas sayap (m/s)
A = luas penampang sayap (m2)
Gambar 2.19 Gaya angkat pesawat terbang
Agar pesawat dapat terangkat ke atas/ke udara, gaya angkat pesawat harus lebih
besar daripada berat pesawat.
F1 – F2 > m g
Agar pesawat melayang dengan ketinggian tetap, gaya angkat pesawat sama
dengan gaya berat.
F1 – F2 = m g