LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK ( LKPD )

Transkripsi

1 LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK ( LKPD ) Mata Pelajaran Materi Pokok : FISIKA : Fluida Statik NAMA KELOMPOK : ANGGOTA : 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

2 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/m ) F = gaya ( Newton ) A = luas penampang ( m ) Satuan lain dari tekanan adalah : atmosfir 1 atm = 76 cm Hg = 1,013 x 10 5 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. P o Besarnya gaya tekan zat cair dalam keadaan diam yang dialami bagian zat cair tiap satuan luas, disebut tekanan hidrostatis. h Besar tekanan hidrostatis dirumuskan secara matematis : A F mg ( V )g P ( ha)g P h = tekanan hidrostatis ( N/m ) P h = = = = A A A A = massa jenis zat cair ( kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi ( m/s ) = g h h = kedalaman zat cair ( m ) Tekanan hidrostatis P h 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 h P = P o + P h = P o + g h P = tekanan mutlak P o = 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 = P o + g h P = P atm + P gaug P gaug = P - P atm

3 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 = P y h 1. h. x h 1 g = y h g x A B y. y = h h 1 x

4 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 Besar tekanan hidrostatis didalam zat cair disebabkan oleh dan besarnya tergantung Tabung reaksi yang luas permukaannya 5 cm berisi air setinggi 100 mm. Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s. Tentukan tekanan yang dialami dasar tabung akibat desakan air? 100 Berapa gaya yang bekerja pada tekanan fluida tersebut? Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 10 m. Jika massa jenis air danau 1 gr/cm 3 dan percepatan gravitasi tempat adalah 10 m/s 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 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 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/cm 3. h minyak Tentukan perbedaan ketinggian permukaan air dan minyak pada Kedua kaki tabung? air

5 LK. Hukum Pascal ( p ) Jika zat cair dalam bejana diberi tekanan sebesar p, maka setiap p 1 p 7 bagian zat cair dan dinding bejana mengalami tekanan sebesar p. air p p 6 p = p 1 = p = p 3 = p 4 = p 5 = p 6 = p 7 p 3 p 5 Pernyataan di atas sesuai dengan Hukum Pascal, yaitu : p 4 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. Perhatikan pengangkat hidrolik mobil berikut ini! F 1 penampang A 1 diberi tekanan p 1 dan akan diteruskan ke segala arah oleh fluida, sehingga akan menekan penampang A. A 1 A Sehingga : F Contoh soal : p 1 = p fluida / zat cair Dongkrak hidrolik memiliki penampang masing-masing berdiameter mm dan 100 mm. Berapa gaya minimum yang harus dikerjakan pada penampang kecil untuk mengangkat mobil yang massaya 600 kg? penyelesaian Besaran yang diketahui : d 1 = mm d = 100 mm F = = 6000 N gaya minimum yg harus diberikan pada penampang kecil adalah F 1 F1 F yang dapat dihitung dgn Hukum Pascal : = A A karena A sebanding d, F1 F maka : = d d 1 F A 1 1 = F A F 1 = ( d d 1 1 ). F = ( ) =,4 N

6 LK. - 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 A 1 dan A (A 1 < A ). Jika antara torak dan dinding bejana tak ada gesekan dan bejana berisi zat cair. Saat pada torak yang luasnya lebih kecil dikerjakan gaya sebesar F x 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 A adalah : p 1 = p = 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 Sebuah dongkrak hidrolik memiliki penampang kecil dan besar yang masing-masing berjari-jari 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 diberi A beban 400 kg. 400 kg Jika bejana ber 5 m gram/cm 3, Berapakah seimbang? B Piston B yang luas penampangnya 800 cm Dan piston A memiliki luas penampang 0 cm. isi zat cair oli yang massa jenisnya 0,80 gaya tekan F yang diberikan agar keadaan

7 5. Untuk menentukan massa jenis suatu zat cair dapat menggunakan rangkaian alat seperti gambar di samping. Piston P yang luas penampangnya cm dapat bergerak bebas 4 m m P Jika konstanta pegas pada piston 00 N/m dan pegas tertekan sejauh 4 cm, berapakah massa jenis zat cair yang mengisi beja na?

8 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. ) dan air akan tumpah ke bejana gbr. 3 Ketika seluruh bagian balok tercelup ke dalam air, keenam permukaan balok mendapat gaya tekan yang besarnya masing - masing F 1, F, F 3, F 4, F 5 dan F 6. Gaya F 1 dan F merupakan gaya tekan hidrostatis pada kedalaman yang berbeda. Besar gaya F 1 = p 1. A 1 = gh 1. A 1 Besar gaya F = p. A = gh. A, A 1 = A Bahwa gaya F > F 1 dan selisihnya F - F 1 adalah gaya ke atas F 3 yang dialami balok = gaya apung = gaya Archimedes ( F a ). F Maka gaya Archimedes F a = gh A - gh 1 A = ga ( h ) F a = 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 : gbr. 1 gbr. gbr. 3 h 1 F 1 F 4 h a. Terapung Keadaan dimana hanya sebagian volume benda yang tercelup didalam zat cair sehingga volume zat cair yang dipindahkan lebih kecil. F a W = mg Dalam keadaan seimbang : F y = 0 F a = m b. g

9 f g V t = b V b g V t = Karena V t ( volume benda tercelup ) lebih kecil dari pada V b (volume benda seluruhnya), maka syarat benda mengapung adalah : b < f massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida. b f V b b. Melayang Keadaan dimana volume benda yang tercelup ( volume zat cair yang dipindahkan ) sama dengan volume total benda melayang. F a Dalam keadaan seimbang : F y = 0 F a = m b. g f g V t = b V b g W= mg f V t = b V b 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 F a 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. F a N Dalam keadaan seimbang : F y = 0 F a + N = m b. g W = mg f g V t + N = b V b g N = b V b g - f V t 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.

10 Contoh soal : Sebuah benda beratnya di udara adalah 40 N dan ketika didalam air beratnya terasa 3 N. Jika percepatan gravitasi 10 m/s. Berapa gaya apung benda oleh air dan massa jenis benda tersebut? penyelesaian Besaran yang diketahui : W u = 40 N, W f = 3 N a = 1 gram/cm 3 = 1000 kg/m 3 a. Gaya apung benda : F a = W u - W f = 40 3 = 8 Newton Fa b. Massa jenis benda b? gaya F a = a g V b V b = g massa jenis benda b = = 5000 kg/m 3 m b m = b g Vb Fa a = W u F a a = a (40)(1000) 8

11 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 = Misal air yang tumpah akibat tercelupnya sebuah benda dalam bejana ditampung dalam sebuah gelas yang diameternya 8 cm dan kedalaman air cm. Berapakah berat zat cair yang dipindahkan ke gelas tsb? Jembatan ponton dibuat dari drum yang terapung di atas permukaan air. Setiap drum terisi udara sehing ga massanya 0 kg dan volume rata-ratanya 5 m 3. Tentukan berat beban maksimum yang dapat ditahan oleh drum tersebut? 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/cm 3, maka bagian yang muncul di permukaan adalah Massa sebuah benda di udara adalah 400 gram. Jika ditimbang di dalam air massanya seolah-olah menjadi 00 gram dan jika ditimbang didalam cairan lain massanya seolah-olah menjadi 100 gram, maka massa je nis cairan tersebut adalah Sebuah kubus gabus massa jenisnya 0,4 gr/cm 3 dicelupkan ke dalam air. Jika volume kubus tersebut ada lah 5 m 3, Tentukan volume kubus yang tercelup dalam air? Sebuah bola yang volumenya 3 cm mengapung di permukaan air dengan setengah bagian volumenya berada di atas permukaan air. Tentukan massa bola tersebut?

12 EVALUASI 1. Jelaskan pengertian dari fluida statis?. Tabung reaksi yang luas permukaannya 5 cm berisi air setinggi 100 mm. Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s. 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 100 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 4 N. Jika percepatan gravitasi 10 m/s. Berapa gaya apung benda oleh air dan massa jenis benda tersebut?