HIDROSTATIKA & HIDRODINAMIKA

Transkripsi

1 HIDROSTTIK & HIDRODINMIK OLEH : Ir. RINTO PENGERTIN FLUID RPT MSS DN BERT JENIS RPT MSS RELTIF TEKNN DN TEKNN HIDROSTTIK TEKNN TOTL PD DSR BEJN GY HIDROSTTIK HUKUM PSCL HUKUM UTM HIDROSTTIK PRDOKS HIDROSTTIK HUKUM RCHIMEDES BEND TENGGELM BEND MELYNG PENGRUH KOHESI DN DHESI TEGNGN PERMUKN KPILRITS PENGERTIN LIRN FLUID D E B I T PERSMN KONTINUITS HUKUM BERNOULLI GY NGKT SYP PESWT TERBNG CONTOH SOL 1 BEND TERPUNG HUKUM RCHIMEDES UNTUK GS KOHESI DN DHESI CONTOH SOL 7 CONTOH SOL 6 CONTOH SOL CONTOH SOL 3 CONTOH SOL 4 CONTOH SOL 1 CONTOH SOL CONTOH SOL 3 CONTOH SOL 4 CONTOH SOL 5 IR. STEVNUS RINTO 1

2 PENGERTIN FLUID Fluida adala zat yang dapat mengalir atau sering disebut Zat lir. Jadi perkataan fluida dapat mencakup zat cair atau gas. Zat cair adala Fluida yang non kompresibel (tidak dapat ditekan) artinya tidak beruba volumenya jika mendapat tekanan. Gas adala fluida yang kompresibel, artinya dapat ditekan. Pembaasan dalam bab ini anya dibatasi sampai fluida yang non kompresibel saja Bagian dalam fisika yang mempelajari tekanantekanan dan gaya-gaya dalam zat cair disebut : HIDROLIK atau MEKNIK FLUID terdiri dari : Hidrostatika : Mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam. Hidrodinamika : Mempelajari gaya-gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang bergerak. RPT MSS dan BERT JENIS Rapat massa benda-benda omogen biasa didefinisikan sebagai : massa persatuan volume yang disimbolkan dengan m V Besaran MKS CGS m kg g m V V m 3 cm 3 kg/m 3 g/cm 3 Berat jenis didefinisikan sebagai Berat persatuan Volume w s V s. g Besaran MKS CGS W Newton Dyne V m 3 cm 3 s n/m 3 dyne/cm 3 g m/det cm/det IR. STEVNUS RINTO

3 RPT MSS RELTIF Rapat massa relatif suatu zat adala perbandingan dari rapat massa zat tersebut teradap rapat massa dari zat tertentu sebagai zat pembanding. Zat pembanding biasa diambil air, pada suu 4 o C. r zat air s s zat air Rapat massa relatif tidak mempunyai STUN TEKNN & TEKNN HIDROSTTIK Tekanan adala : Gaya per satuan luas yang bekerja dalam ara tegak lurus suatu permukaan. Besaran MKS CGS P F F N dyne m cm P N/m dyne/cm Tekanan Hidrosatika adala : Tekanan yang disebabkan ole berat zat cair. berat zat cair... g P. g. luas penampang dasar bejana ½ IR. STEVNUS RINTO 3

4 TEKNN TOTL PD DSR BEJN 1 atm = 76 cm Hg P Bar Ptotal PBar P P P. g. total Bar Satuan Keterangan. MKS CGS = rapat massa zat cair kg/m 3 g/cm 3 g = percepatan gravitasi m/det cm/det = tinggi zat cair diukur dari permukaan zat cair sampai ke titik/bidang yang diminta. m cm P = Tekanan Hidrostatika N/m dyne/cm GY HIDROSTTIK Besarnya gaya idrostatika (F) yang bekerja pada bidang seluas adala : F.... P g Satuan Keterangan. MKS CGS = rapat massa zat cair kg/m 3 g/cm 3 g = percepatan gravitasi m/det cm/det = tinggi zat cair diukur dari permukaan zat cair sampai ke titik/bidang yang diminta. = luas penampang yang tergenang zat cair m cm m cm Satuan F = gaya MKS : newton CGS : dyne IR. STEVNUS RINTO 4

5 HUKUM PSCL Tekanan yang bekerja pada fluida di dalam ruang tertutup akan diteruskan ole fluida tersebut ke segala ara dengan sama besar. F 1 F berubungan sama tinggi. Bila kaki I yang luas penampangnya 1 Permukaan fluida pada kedua kaki bejana mendapat gaya F 1 dan kaki II yang luas penampangnya 1 mendapat gaya F maka menurut Hukum Pascal arus berlaku : d diameter penampang F P1 P F 1 1 F : F d : d 1 1 HUKUM UTM HIDROSTTIK Tekanan idrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam sejenis zat cair yang dalam keadaan setimbang adala sama. (P ) di = (P ) di B = (P ) di C Hukum utama idrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana berubungan) yang diisi lebi dari satu macam zat cair yang tidak bercampur. B C B P P B IR. STEVNUS RINTO 5

6 PRDOKS HIDROSTTIK Gaya idrostatis pada dasar bejana tidak tergantung pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan tergantung pada : - Massa jenis zat cair. - Tinggi zat cair diatas dasar bejana. - Luas dasar bejana. gaya idrostatis pada dasar bejana-bejana : F... g HUKUM RCHIMEDES Bila sebua benda diletakkan di dalam fluida, maka fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas (F ) pada benda tersebut yang besarnya = berat fluida yang dipindakan ole benda tersebut. Berat zat cair yang dipindakan = m. g =. gv c. Volume zat cair yang dipindakan = Volume benda F F. gv. c b IR. STEVNUS RINTO 6

7 BEND TENGGELM F Benda tenggelam maka : F < W benda atau zat cair b = Rapat massa benda F = Gaya ke atas w Berat di dalam zat cair disebut : Berat semu (w s ) w wf w s ( ). gv. s b c b c = Rapat massa zat cair V b = Volume benda W = Berat benda V c = Volume zat cair yang dipindakan W s = Berat semu (berat benda di dalam zat cair). BEND MELYNG Benda melayang di dalam zat cair berarti benda tersebut dalam keadaan setimbang. w F F w atau benda zat cair pada benda atau lebi yang melayang dalam zat cair akan berlaku :. g ( V c 1 V V 3...) ( w w w ) IR. STEVNUS RINTO 7

8 BEND TERPUNG V 1 V Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, seingga berlaku : F = W. gv.. gv. c b b Benda terapung maka : F >w benda atau zat cair Selisi antara W dan F disebut gaya naik (F n ). F V 1 V F F w n = Gaya ke atas yang dialami ole bagian benda yang tercelup di dalam zat cair. = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair. = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair. V b =V 1 + V HUKUM RCHIMEDES UNTUK GS Sebua balon udara dapat naik disebabkan adanya gaya ke atas yang dilakukan ole udara. Balon udara diisi dengan gas yang lebi ringan dari udara mis : H, He seingga terjadi peristiwa seola-ola terapung. Balon akan naik jika gaya ke atas F > W tot (berat total) seingga : F F F w n total. gv. udara balon w w w w w total balon gas beban. gv. gas gas balon IR. STEVNUS RINTO 8

9 KOHESI vs DHESI Koesi : adala gaya tarik menarik antara partikel-partikel suatu zat yang sejenis. Misalnya : gaya tarik menarik yang terjadi pada air, besi dan sebagainya. Makin kuat koesi ini, makin kuat bendanya (tidak muda beruba bentuknya). Berarti koesi molekul-molekul zat padat > koesi molekulmolekul zat cair > koesi molekul-molekul zat gas. desi : adala gaya tarik menarik antara partikel-partikel dari zat yang berbeda/tak sejenis. PENGRUH KOHESI DN DHESI TERHDP PERMUKN FLUID koesi molekul-molekul air lebi kecil dari adesi molekulmolekul air dan kaca. Koesi molekul-molekul air raksa lebi besar dari adesi molekul-molekul air raksa dan kaca. ir dan Hg di permukaan kaca Hg ir ir Hg Permukaan air dan Hg dalam tabung dala sudut kontak : ir : 0 o < < 90 o Untuk Hg : 90 o < < 180 o IR. STEVNUS RINTO 9

10 TEGNGN PERMUKN Sebagai akibat dari adanya koesi zat cair dan adesi antara zat cair-udara diluar permukaannya, maka pada permukaan zat cair selalu terjadi tegangan yang disebut tegangan permukaan (). Kawat lurus F L Lempeng Kawat bentuk bidang L F L F Keliling bidang F Keliling bidang KPILRITS suatu gejala turun atau naiknya zat cair dalam pembulu yang sempit, jika pembulu yang kedua ujungnya terbuka ini dimasukkan tegak lurus ke dalam bak yang berisi zat cair. Pipa kapiler y y g R y cos. gr. zat cair = Kenaikan/penurunan zat cair dalam kapiler = Tegangan permukaan zat cair = Sudut kontak = Massa jenis zat cair = Percepatan gravitasi = Jari-jari kapiler. IR. STEVNUS RINTO 10

11 CONTOH SOL 1 Sebua akuarium berukuran 6 m x 5 m x 4 m diisi campuran zat cair sebanyak liter dengan massa jenis 1, gram/cm 3 dan zat cair B sebanyak liter dengan massa jenis 0,75 gram/cm 3, itungla : a.tekanan total pada dasar akuarium jika P bar = 10 5 N/m b.gaya idrostatik yang dialami dinding samping akuarium. JWBN CONTOH SOL 1 c V BVB Kg / m V V B 3 V 90 3 meter 6.5 a. P P. g. P P total total total dasar dasar dasar Bar , 3.10 N / m 5 b. F. g.. 1 F kanankiri kanankiri (5.4) 3.10 b. F... g F mukablk mukablk (6.4) 3, N N IR. STEVNUS RINTO 11

12 CONTOH SOL B IR Sebua bejana yang berubungan dengan bejana B diisi air. Masingmasing ditutup dengan pengisap yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Penampang bejana berdiameter 6 cm dan bejana B berdiameter 0 cm. Massa pengisap = kg dan di B = 10 kg. Bila di diberi beban 5 kg. Berapaka beban yang arus diletakkan di B supaya seimbang? JWBN CONTOH SOL B F B F F F F F d d B B B B PB IR P 5 10 (10 mb ) mb mb Kg IR. STEVNUS RINTO 1

13 CONTOH SOL 3 Sebua pipa U yang mempunyai diameter penampang kiri berbanding dengan diameter penampang kanan = V3 : 1. Mula-mula diisi dengan zat yang bermassa jenis gram/cm 3. Kaki kiri dituangkan zat cair B yang bermassa 1 gram/cm 3 sedang kaki kanan dituangkan zat C yang bermassa jenis 0,8 gram/cm 3 ingga sejajar dengan tinggi zat cair di kaki kiri, ternyata zat di kaki kanan naik 3 cm dari mula-mula. (ketiga zat tidak dapat bercampur). Hitungla tinggi zat B dan C. JWBN CONTOH SOL 3 1 P B 3 CM d : d 3:1d 3d V V d. d ( 3 d ). d.3 1 cm 1 1 Q C P P B P Q C cm... B B C C 1.( 4).4 0,8. C c 0,8 84 C 0, 4 0 cm B C C cm C IR. STEVNUS RINTO 13

14 CONTOH SOL 4 Sebua kubus kayu dengan rusuk 1 dm dan massa jenis 0,6 gram/cm 3 terapung tegak dalam sebua silinder yang berisi minyak tana dengan massa jenis 0,75 gram/cm 3. Luas alas silinder 1 dm. Hitung tinggi minyak tana yang naik karena masuknya kubus kayu tersebut. JWBN CONTOH SOL 4 V 1 V zat cair benda benda. V. V 0,75. V 0, 6.1 V 0,8 dm 3 Menurut Hukum rcimedes, gaya tekan keatas besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindakan maka volume benda yang tercelup = volume zat cair yang dipindakan. V 0,8 x10cm cm 1 3 IR. STEVNUS RINTO 14

15 CONTOH SOL 5 Hitungla massa jenis sebua benda yang beratnya di udara 0 newton, sedangkan beratnya di air 15 newton. Jika massa jenis air adala 1 gram/cm 3 dan grafitasi setempat 10 m/det. JWBN CONTOH SOL 5 w wf F 0155 N S 5 F. gv. V 5.10 m zat cair w diudara 0 m g 10 m V 5.10 Kg Kg m IR. STEVNUS RINTO 15

16 CONTOH SOL 6 Sebua rakit terbuat dari kayu (massa jenisnya 800 kg/m 3 ) panjang rakit 4 meter dan lebarnya 3 meter. Rakit ini digunakan untuk membawa beras yang massanya 4 kwintal melalui sebua sungai yang massa jenisnya 1 gram/cm 3. Jika grafitasi 10 m/det. Hitungla tebal rakit agar 0,1 meter dari tebalnya dapat berada di atas permukaan air? JWBN CONTOH SOL 6 w F w w gv. total rakit beras air tercelup (4.3. t) {4.3( t0,1)} 96000t t t96000t t 8000 t meter 3 IR. STEVNUS RINTO 16

17 CONTOH SOL 7 Pipa kapiler dengan jari-jari 1 mm dimasukkan ke dalam zat cair dengan massa jenis 0,8 gram/cm 3. Ternyata sudut kontaknya sebesar 60 o dan cairan naik setinggi 4 cm dalam pipa kapiler. pabila g = 10 m/s. Tentukanla besarnya tegangan permukaan zat cair tersebut. JWBN CONTOH SOL 7 y cos. gr. o..cos N / m 0, ,1 IR. STEVNUS RINTO 17

18 PENGERTIN LIRN FLUID LIRN FLUID dibedakan dalam macam, yaitu : * liran laminar / stasioner / streamline. * liran turbulen Suatu aliran dikatakan laminar / stasioner / streamline bila : * Setiap partikel yang melalui titik tertentu selalu mempunyai lintasan (garis arus) yang tertentu pula. * Partikel-partikel yang pada suatu saat tiba di K akan mengikuti lintasan yang terlukis pada gambar di bawa ini. Demikian partikel-partikel yang suatu saat tiba di L dan M. Kecepatan setiap partikel yang melalui titik tertentu selalu sama. Misalkan setiap partikel yang melalui K selalu mempunyai kecepatan vk. liran yang tidak memenui sifat-sifat di atas disebut : LIRN TURBULEN. K L M N DEBIT adala volume fluida yang mengalir persatuan waktu melalui suatu pipa dengan luas penampang dan dengan kecepatan v. Q V t v. Q = debit fluida dalam satuan SI m 3 /det V = volume fluida m 3 = luas penampang tabung alir m v = kecepatan alir fluida m/det IR. STEVNUS RINTO 18

19 PERSMN KONTINUITS v P P 1 1 v 1 Bidang acuan untuk energi potensial Dalam waktu yang sama, volume air yang masuk tabung 1 sama Dengan volume air yang masuk tabung. air.. v. t.. v. t 1 1 air v. v. 1 1 HUKUM BERNOULLI v P Jika fluida mengalir dari tabung 1 ke tabung dibutukan Usaa : 1 P 1 v 1 W P1. 1. v1. tp.. v. t m m Bidang acuan untuk energi potensial W P1 P m m 1 1 W Emek P1 P ( mv mv1) ( mg mg1) m 1 m 1 P mv mg P mv mg P v g P v g IR. STEVNUS RINTO 19

20 GY NGKT SYP PESWT TERBNG Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebi tajam dan sisi bagian yang atas lebi melengkung daripada sisi bagian bawanya. Bentuk ini menyebabkan aliran udara di bagian atas lebi besar daripada di bagian bawa (v >v 1 ). Ketinggian kedua sayap dapat dianggap sama ( 1 = ), seingga g 1 = g. MK Menurut Hukum BERNOULLI : P1 v1 P v P1P ( v v1 ) 1 F F ( v v ) 1 1 udara CONTOH SOL 1 Sebua pipa berdiameter 4 cm mengalirkan air dengan kecepatan m/s a. Hitungla debitnya. b. Hitungla kecepatan aliran air jika diameter ujungnya di perkecil menjadi cm IR. STEVNUS RINTO 0

21 JWBN CONTOH SOL a Q v Q d v (4.10 ). Q m / det b. v v dv dv 4 4 v v m s / CONTOH SOL ir PM (Perusaaan ir Minum) memasuki ruma melalui sebua pipa yang diameternya cm pada tekanan 4 atm.(1 atm = 10 5 Pa). Pipa menuju ke kamar mandi yang berada di lantai kedua, yang tingginya 5 m dengan diameter pipa 1 cm Jika debit air yang keluar adala m 3 /s. Hitungla tekanan air di dalam bak kamar mandi jikag=10m/s. IR. STEVNUS RINTO 1

22 JWBN CONTOH SOL 4 1 Q. v 3.10 (10 ) v v 1 m/ s v 1 1 v d1. v1 d. v. v1 1.1v1 3 m/ s P v g P v g P P 40, ,.10,85.10 N / m CONTOH SOL 3 7, m,6 m B Liat gambar di samping jika air memancar dari lubang dan B jatu pada tempat yang sama di tana, itungla. tana IR. STEVNUS RINTO

23 JWBN CONTOH SOL 3 X X 7, m,6 m tana B B v. t v. t B g g B B.....(,6). g g. (,6).. (,6). B B,6.9,8.7, (, 6).9,8 9,8 m 9,8 7, B CONTOH SOL 4 Sebua pesawat terbang bergerak dengan kelajuan tertentu seingga udara yang melalui bagian atas sayap sebesar 30 m/s, jika luas sayap 60 m dan mengasilkan gaya angkat sayap N. Hitungla kelajuan udara pada bagian bawa sayap jika rapat massa udara 1,3 kg/m 3 IR. STEVNUS RINTO 3

24 JWBN CONTOH SOL 4 1 F v v angkat sayap udara. ( ) ,3.60(30 v1) v v v 90 m/ s 1 1 PROFICIT SELMT ND TELH MENYELESIKN MTERI HIDROSTTIK DN HIDRODINMIK BERLTIHLH DENGN : SOL-SOL URIN TESTLH KEMMPUNMU DENGN SOL TEST YNG TERSEDI IR. STEVNUS RINTO 4