Materi Fluida Statik Siklus 1. Untuk pembelajaran besok, kita akan belajar tentang dua hal berikut ini : Hukum Utama Hidrostatis Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat dimampatkan) jika diberi tekanan. Jadi, yang termasuk ke dalam fluida adalah zat cair dan gas. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair tidak dapat dimampatkan. Prinsip Pascal. Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis, yaitu fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak). Ilmu yang mempelajarinya disebut Hidrostatika. Kemudian juga ada fluida dinamis yaitu zat alir atau fluida yang bergerak. Ilmu yang mempelajarinya disebut Hidrodinamika. Hidrodinamika yang khusus membahas mengenai aliran gas dan udara disebut aerodinamika. Air ini adalah FLUIDA. Tanya Kenapa? Menempati bentuk sesuai wadahnya. Molekul air bergerak bebas Pada fluida, molekul-molekul yang ada di dalam zat tersebut dapat bergerak bebas dari suatu posisi ke posisi yang lain dengan cara menabrak satu sama lain. Fluida akan menempati bentuk sesuai dengan wadahnya.
HUKUM UTAMA HIDROSTATIS Mari kita simak video berikut ini! Apa yang terjadi pada wadah ketika semakin dalam dibawa ke air? Mengapa dapat terjadi hal yang demikian? Tekanan pada fluida hanya bergantung pada gravitasi, massa jenis dan kedalaman fluida Fluida dalam sebuah wadah memberikan gaya pada dinding wadah dan pada dasar wadah tersebut. Mari kita ingat kembali bahwa tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas dimana gaya bekerja. = Misalkan sebuah balok kayu yang diletakkan di atas meja. Tekanan yang dilakukan oleh balok kepada meja adalah berat balok dibagi dengan luas area kontak balok dengan meja. Tekanan yang dilakukan oleh fluida dalam sebuah tabung terhadap dasar wadahnya adalah berat fluida dibagai luas area dasar wadahnya. (Untuk saat ini, kita akan mengacuhkan tambahan dari tekanan atmosfer). Ada tekanan di dasar wadahnya! Fluida memberikan tekanan pada dasar wadahnya, sama halnya dengan balok kayu memberikan tekanan pada meja.
a) Massa Jenis Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut. dengan: m = massa (kg atau g), V = volume (m3 atau cm3), dan ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3). Seberapa besar berat fluida dan tekanan yang diberikan olehnya tergantung pada massa jenisnya (densitas). Coba perhatikan sifat-sifat berikut! Untuk kedalaman yang sama, zat cair yang lebih kental akan memberikan tekanan yang lebih besar. Contohnya, raksa 13,6 kali lebih kental daripada air (massa jenis raksa 13,6 g/cm3 dan air 1 g/cm3) Untuk volume yang sama berat raksa 13,6 kali lebih berat daripada air. Tekanan raksa terhadap dasar wadah 13,6 kali lebih besar daripada air. b) Kedalaman Untuk jenis fluida manapun, tekanan terhadap dasar wadah akan lebih besar bila kedalamannya juga lebih besar. Perhatikan gambar berikut. Tekanan dua kali lebih besar di wadahnya daripada tabung sebelahnya
Wadah pertama memiliki kedalaman dua kali dari kedalaman wadah kedua. Tekanan pada dasar wadah untuk wadah yang pertama dua kali lebih besar daripada wadah yang kedua. Sudah dijelaskan sebelumnya, F disini adalah berat fluida. Sehingga : Dengan mengetahui persamaan densitas, maka : = ( )( ) = = ( ) = ( h)( ) Tekanan fluida pada dasar wadah ini disebut dengan tekanan hidrostatis. = h dengan: Ph = tekanan hidrostatis (N/m2 atau Pa), ρ = massa jenis fluida (kg/m3), g = percepatan gravitasi (m/s2), dan h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m). Nilai tekanan 1 N/m2 dapat dituliskan dengan 1 pascal (Pa) dan dapat dikonversikan ke berbagai satuan untuk kepentingan praktis. 1 atm = 76 cmhg = 1,013 x 105 Pa = 1,013 bar Tekanan fluida tidak bergantung pada bentuk wadah maupun luas permukaan dasar wadah. Tetapi hanya bergantung pada densitas dan kedalaman. Pada kedalaman tertentu, fluida memberikan tekanan yang sama terhadap semua permukaan baik terhadap dasar wadah maupun dinding wadah, atau bahkan terhadap permukaan sebuah benda yang menyelam dalam fluida pada kedalaman tersebut. Tekanan total yang diberikan oleh fluida adalah tekanan hidrostatis ditambah dengan tekanan atmosfer. = + Dimana nilai tekanan atmosfer (Pa) diketahui sebesar 1 atm = 1,013 x 10 5 Pa. c) TIdak bergantung Volume! Tekanan pada fluida tidak bergantung pada jumlah fluida. Tidak juga bergantung pada volume maupun berat total fluida.
Tekanan air lebih besar pada dasar danau yang lebih dalam. Bendungan yang menahan air dengan kedalaman dua kali lipat haruslah menahan tekanan rata-rata air yang lebih besar, tidak peduli total volume air. Lebih besar tekanan danau yang ini lo.. Volume gak pengaruh sama sekali!
HUKUM PASCAL Hukum Pascal menyatakan bahwa perubahan tekanan di titik manapun dalam fluida tertutup dalam keadaan diam ditransmisikan sama besar ke semua titik dalam fluida dan bekerja dalam semua arah. Perubahan tekanan adalah salah satu bagian dari fluida yang dipancarkan ke bagian yang lain. Jika tekanan dalam saluran air di kota ditambah di pusat pemompaan sebanyak 10 satuan tekanan, tekanan dimanapun dalam pipa yang tersambung dalam system tersebut akan bertambah 10 satuan tekanan. Hukum Pascal menjelaskan perubahan tekanan dipancarkan dalam fluida. Hukum Pascal bekerja pada tekanan hidrostatis. Isi sebuah pipa U dengan air dan tempatkan piston di tiap ujungnya. Tekanan yang dikerjakan pada piston di sebelah kiri akan dipancarkan melalui fluida dan melawan dasar piston kanan. Tekanan yang dikerjakan oleh piston terhadap air akan sama besar dengan tekanan yang dikerjakan air terhadap piston kanan jika ketinggiannya sama. Gaya yang dikerjakan oleh piston kiri menambah tekanan dalam fluida dan dipancarkan ke piston kanan.
Sebuah beban 1 N di atas piston kiri akan menahan beban 50 N di atas piston kanan. Cuma dengan 1 N di ujung kecil bisa menahan 50 N di ujung besar! Piston di sebelah kiri memiliki luas 1 cm 2, dan piston di sebelah kanan memiliki luas ares 50 kali lebih besar, 50 cm 2. Sebuah beban 1 newton di atas piston kiri menyebabkan tekanan tambahan 1 newton per centimeter persegi (1 N/cm 2 ). Tekanan dipancarkan melalui fluida dan naik menuju piston yang lebih besar. Tekanan tambahan 1 N/cm 2 dikerjakan terhadap setiap persegi centimeter piston yang lebih besar. Total gaya extra yang dikerjakan terhadap piston yang lebih besar adalah 50 newton. Piston yang lebih besar akan menahan beban 50 newton. Pertambahan gaya menyebabkan penurunan jarak. Ketika piston kecil digerakkan ke bawah sejauh 10 cm, piston yang lebih besar akan bertambah naik sejauh seperlimapuluhnya yaitu 0,2 cm. Gaya input dikalikan dengan jarak pergerakannya sama dengan gaya output dikalikan dengan jarak pergerakannya. Oleh karena itu, secara matematis Hukum Pascal ditulis sebagai berikut. dengan: F1 = gaya pada pengisap pipa 1,
A1 = luas penampang pengisap pipa 1, F2 = gaya pada pengisap pipa 2, dan A = luas penampang pengisap pipa 2. Manometer zat cair Manometer zat cair merupakan manometer jenis terbuka. Pada manometer zat cair terdapat pipa U yang memiliki satu tabung terbuka dan satu tabung tertutup. Cairan dalam tabung dapat berupa air raksa, alkohol, ataupun air. Prinsip pengukuran tekanan udara dalam tabung manometer adalah dengan mengukur selisih ketinggian fluida dalam pipa. Jika tekanan gas dalam tabung lebih besar dari tekanan udara luar maka tinggi permukaan zat cair dalam tabung terbuka lebih tinggi daripada tinggi permukaan zat cair dalam tabung yang tertutup. Besar tekanan dalam tabung manometer dirumuskan: Jika tekanan udara dalam tabung tertutup lebih kecil disbanding tekanan udara luar maka tinggi permukaan zat cair dalam tabung terbuka lebih rendah dibandingkan dengan tinggi permukaan zat cair dalam tabung tertutup.
Tekanan udara dalam tabung tersebut dinyatakan: