BAB V FLUIDA TAK BERGERAK 1. Pendahuluan Fluida adalah zat alir yang dapat mengalir, zat cair dan gas adalah fluida. Fluida ada 2 macam yaitu fluida tak bergerak (hidrostatis) dan fluida bergerak (hidrodinamika). Dalam pembahasan ini fluida dibatasi hanya pada fluida ideal, kita tidak membicarakan fluida sebenarnya atau fluida sejati. Beberaoa sifat fluida ideal dan fluida sejati adalah sebagai berikut: - Tidak kompressibel artinya tidak mengalami perubahan volume akibat adanya tekanan - Ketika bergerak tidak mengalami gesekan - Alirannya stasioner (aliran yang konstan) Fluida sejati: - Kompressibel artinya volume atau massa jenisnya berubah ketika mendapat tekanan - Gesekan antara fluida dengan dinding tabung pengaliran tidak diabaikan - Alirannya tidak stasioner (turbulen atau bergejolak) 2. Tekanan Tekanan merupakan suatu besaran yang didefinisikan sebagai gaya yang bekerja persatu satuan luas benda itu Dalam sistim internasional gaya dinyatakan dalam newton (N) dan luas dalam m 2 sehingga tekanan dinyatakan dalam N/m 2 dengan nama lain Paskal atau disingkat Pa. Tekanan ban mobil biasanya dinyatakan dalam kilo Paskal atau Kpa 1 Kpa = 1000 Pa 1 atm = 76 cm Hg = 1.01 x 10 5 Pa Dari definisi tekanan pada persamaan diatas menunjukkan bahwa luas penampang yang lebih kecil makan tekanan bertambah besar. Misalnya pisau tajam memberikan tekanan yang lebih besar dibandingkan pisau tumpul. Terlihat bahwa tekanan tambah besar ketika luas permukaanya lebih kecil, tabel 1 menunjukkan beberapa contoh tekanan.
3. Tekanan Fluida Fluida dapat memberi tekanan. Hal ini dapat dibuktikan dengan suatu percobaan sederhana berikut ini. Untuk melihat tekanan zat cair ambil sebuah kotak dari karton tebal. Isi kotak tersebut penih dengan air, kemudain beri lubang disisi tabungnya. Tampak air memancar keluar karena tekanan yang ia berikan pada lubang Untuk menghitung besarnya tekanan fluida dengan?¾sebagai massa jenis fluida, g percepatan gravitas, bila volume V berada dalam keseimbangan, maka SÀF = 0 sehingga diperoleh:?á?ˆ=?ˆg?ˆz Ini adalah rumus perbedaan tekanan antara permukaan atas dan permukaan bawah volume atau rumus perbedaan tekanan pada dua titik dalam fluida yang kedalamanya berbeda dengan?áz
Sekarang kita hitung besarnya tekanan dalam zat cair P pada suatu kedalaman h. Anggap tekanan dipermukaan zat cair sama dengan P 0 dengan menganggap fluida uniform didapat?á?= -?g?z P P 0 = -?rg(z-z 0) P = P 0 +?Égh Dimana: P = tekanan pada kedalam h dinyatakan dalam N/m 2 P o = tekanan pada permukaan cairan (h=0) dalam N/m 2?á= massa jenis fluida dalam kg/m 3 g = percepatan gravitasi dalam m.det 2 suku kedua pada persamaan di atas dinamakan tekanan zat cair atau tekanan hidrostatika P = -?Eg h Dari persaman hidrostatis diatas tekanan hanya tergantung ke dalaman, tidak tergantung kepada bentuk bejana. Hal ini menyimpulkan bahwa setiap titik yang terletak pada ketinggian/kedalaman yang sama mempunyai tekanan hidrostatis yang sama pernyataan ini dikenal dengan hukum utama hidrostatika 4. Hukum Paskal Hukum paskal berbunyi: Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar segala arah. Manfaat dari hukum paskal ialah dengan menggunakan gaya yang kecil kita dapat memperoleh gaya yang besar. Contoh pemakaian hukum paskal pada dongkrak hidrolik.
5. Hukum Archimedes Hukum archimedes berbunyi: Seluruh benda yang berada dalam fluida (sebagian maupun seluruhnya) akan mengalami gaya tekanan ke atas sebesar fluida yang dipindahkan benda tersebut. Hukum archimedes membicarakan tentang gaya keatas yang dialami oleh benda tersebut jika berada dalam fluida. Besarnya gaya keatas yang dialami oleh benda tersebut dapat diketahui melalui persamaan berikut: F A =??Vc g Keterangan : F A = gaya archimedes?b = masa jenis zat cair Vc = volume zat cair yang dipindahkan G = percepatan gravitasi Jadi sebuah benda didalam fluida: - Mengapung jika massa jenisnya lebih kecil jika dibandingkan dengan massa jenis fluida (?Hbenda <?Hfluida) - Melayang jika massa jenisnya sama dengan massa jenis fluida (? benda =? fluida) - Tenggelam jika massa jenisnya lebih besar dibandingkan massa jenis fluida (? benda >?šfluida) 6. Tenggelam, Terapung, Melayang Suatu benda dikatakan tenggelam jika berat benda lebih besar dari gaya keatasnya. Jika volume benda V dan massa jenis benda? maka berat benda adalah W benda = m g = V? g Ketika benda tenggelam volume zat cair yang dipindahkan V p sama dengan volume benda, sehingga gaya keatas yang diterima benda ( = berat zat cair yang dipindahkan) adalah F A = V p?á benda g = V p?á zat cair g Karena W benda > F A (syarat tenggelam) maka : W benda = F A atau?æ benda >?Æ zat cair (syarat tenggelam) Jadi benda akan tenggelam jika massa jenisnya lebih besar dari massa jenis zat cair.
Suatu benda dikatakan melayang jika berat benda sama besar dengan gaya keatasnya. Ketika benda melayang volume zat cair yang dipindahkan Vp sma dengan volume benda V (karena seluruh benda tercelup) sehingga gaya keatas yang diterima benda ( = berat zat cair yang dipindahkan) adalah F A = V p?á zat cair g = V p?á benda g Karena W benda = F A maka : W benda = F A atau? benda =? zat cair (syarat melayang)
SOAL SOAL 1. Apakah yang dimaksud fluida? 2. Sebutkan macam-macam fluida! 3. Sebutkan beberapa sifat dari fluida ideal dan fluida sejati! 4. Anggap seorang massanya 65 kg dengan luas permukaan di telapak kakinya 600 cm2. Hitung berapa tekanan yang dialami oleh lantai ketika ia berdiri dengan dua kakinya dan bagaimana kalau satu kaki. 5. Tekanan pada permukaan air laut besarnya sekitar 100 kpa. Bandingkan dengan tekanan akibat air pada kedalaman 10,2 meter g = 9,8 m/s 2 6. Suatu kaleng minuman soda berbentuk tabung berjari-jari 3,2 cm. di dalam kaleng tersebut tekanannya 0,7 atrn lebih besar dari tekanan afmosfer. Hitung gaya tekanan yang dialami salah satu alas tabung ini 7. Di dalam sebuah bejana terdapat I liter alkohol yang massa jenisnya 0,8 gr/cm 3. Jika luar dasar bejana 50 cm 2, hitonglah tekanan hidrositas pada dasar bejana. 8. Hitung gaya keatas yang dirasakan oleh sepotong batu yang volumenya 100cm 3. Bila dicelupkan dalam alkohol (?ò= 0.8 gr/cm 3 ) 9. Sebuah gabus (?ñ=0,8 gr/cm 3 ) dimasukkan di dalam air. Hitung volume gabus yang berada dalam air dan hitung banyaknya air yang di pindahkan