Makalah
Fluida Statis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Suatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir
dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai
kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang karena gaya
interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang interaksi
antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan.
Dengan demikian kerapatannya akan lebih kecil.
Karena itu, fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat
menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida
mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida
statis misalnya di air tempayan. Berdasarkan uraian diatas, maka pada makalah
ini akan dibahas mengenai fluida statis.
1.2 Perumusan Masalah
Dalam penyusunan makalah ini penulis mencoba
mengidentifikasi beberapa pertanyaan yang akan dijadikan bahan dalam penyusunan
dan penyelesaian makalah. Diantaranya yaitu :
1. Apa pengertian dari
Fluida Statis
2. Apa sifat- sifat Fluida
Statis
3. Apa itu Tekanan
Hidrostatis
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari penyusunan makalah ini selain untuk
memenuhi salah satu tugas dari mata kuliah konsep dasar Fisika SD II, juga
bertujuan antara lain :
1. Mengetahui pengertian
dari Fluida Statis
2. Mengetahui sifat- sifat
Fluida Statis
3. Mengetahui Tekanan
Hidrostatis
1.4 Manfaat Penulisan
Agar mengetahui, memahami dalam penerapkan
sifat- sifat fluida yang ada yang sering kita tidak sadari pemanfaatannya dalam
kehidupan.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Fluida Statis
Sebelumnya kita harus mengetahui apa itu fluida.
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan
gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras
atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa
mengalir.
Susu, minyak pelumas, dan air
merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam
fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang
lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat
mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh
udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida merupakan salah satu aspek yang
penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya,
meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara
terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal
selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara
yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun
sering tidak disadari.
Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:
1. Fluida statis
2. Fluida Dinamis
Tapi yang kita bahas dalam makalah ini hanyalah
membahas tentang fluida statis ( fluida diam ).
Adapun pengertian dari Fluida Statis adalah
fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan
bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau
bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan
kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.
Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi
statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana
adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin,
panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida
statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam
pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.
Contoh pada kehidupan sehari-hari, sering
digunakan air sebagai contoh. Marilah kita perhatikan air tenang yang berada di
dalam bejana.
Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada dinding gelas
Cairan yang berada dalam bejana mengalami
gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah
kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari
bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya
ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu
tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran
sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom
tersebut.
2.2 Sifat- Sifat Fluida
Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami
lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis
fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tegangan permukaan, kapilaritas,
dan viskositas.
1. 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. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda,
maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap
benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang
memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah
daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).
Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat.
Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya
berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
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).
Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat
dilihat pada Tabel berikut.
Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
Bahan
|
Massa Jenis (g/cm3)
|
Nama Bahan
|
Massa Jenis (g/cm3)
|
Air
|
1,00
|
Gliserin
|
1,26
|
Aluminium
|
2,7
|
Kuningan
|
8,6
|
Baja
|
7,8
|
Perak
|
10,5
|
Benzena
|
0,9
|
Platina
|
21,4
|
Besi
|
7,8
|
Raksa
|
13,6
|
Emas
|
19,3
|
Tembaga
|
8,9
|
Es
|
0,92
|
Timah Hitam
|
11,3
|
Etil Alkohol
|
0,81
|
Udara
|
0,0012
|
2.
Tegangan permukaan
Pernahkah
kamu melihat sebuah jarum atau silet terapung diatas air? Atau kamu pasti
pernah melihat ada nyamuk atau serangga lain dapat berdiri diatas air. Fenomena
ini erat kaitannya dengan penjelasan tentang tegangan permukaan.
Mari kita
amati sebatang jarum atau sebuah silet yang kita buat terapung di permukaan air
sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan. Tegangan permukaan disebabkan
oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam
cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di
permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal
ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu
dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan
cairan.
Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan
ditekan, dalam hal ini diberi jarum atau silet, molekul bagian bawah permukaan
akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke
atas ini dapat menopang jarum atau silet tetap di permukaan air tanpa
tenggelam.
Gaya ke atas untuk menopang
jarum atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien tegangan
permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini adalah permukaan
yang bersentuhan dengan zat cair.
Jadi
dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan adalah kecenderungan
permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh
suatu lapisan elastis.
3. Kapilaritas
Tegangan
permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada fenomena menarik, yaitu
kapilaritas. Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah,
yang dapat naik melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim
hujan dapat basah juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.
Untuk
membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil
(pipa kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi
air. Kita dapat menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain
hasilnya jika kita mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa.
Permukaan air raksa dalam tabung akan turun atau lebih rendah daripada
permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah yang disebut dengan gejala
kapilaritas.
Pada kejadian ini, pipa yang
digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala kapilaritas adalah
gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang
berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca
yang berbentuk cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa
yang berbentuk cembung disebut meniskus cembung.
Penyebab
dari gejala kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik
menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang
satu dengan yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak
menolak.
sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena molekulnya saling tarik menarik atau merekat.
sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena molekulnya saling tarik menarik atau merekat.
Pada gejala
kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel
air dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya,
pada gejala kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil
daripada kohesi antar partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara
air raksa dengan dinding kaca akan lebih besar daripada sudut kontak air dengan
dinding kaca.
Kenaikan
atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan
permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Berikut ini
beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan
sehari-hari:
a. Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa
dinyalakan.
b. Kain dan kertas isap dapat menghisap cairan.
c. Air dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh
kayu.
Selain
keuntungan, kapilaritas dapat menimbulkan beberapa masalah berikut ini :
Air hujan merembes dari dinding luar, sehingga dinding dalam juga
basah.
Air dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata
menuju ke atas sehingga dinding rumah lembab.
4. Viskositas
Viskositas merupakan
pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan
tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk
fluida), viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan
internal". Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki viskositas
lebih rendah, sedangkan madu yang "tebal",
memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas
suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas
menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat
dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida.
Seluruh
fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena
itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan
tegangan disebut fluide ideal.
2.3
Tekanan Hidrostatis
Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan
adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi
luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan
sebagai berikut.
p= F/ A
dengan: F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan
p berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja.
Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan
tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar. Dapatkah Anda
memberikan beberapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan
sehari-hari?
Gambar 7.1 Dasar bejana yang terisi
dengan fluida setinggi h akan mengalami tekanan hidrostatis sebesar pA
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi
di bawah air. Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan
hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya
berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan
hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya
p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F)
dan luas permukaan bejana (A).
p= F/A
Gaya berat fluida merupakan perkalian antara
massa fluida dengan percepatan gravitasi Bumi, ditulis
p= massa x gravitasi bumi / A
Oleh karena m = ρ V, persamaan
tekanan oleh fluida dituliskan sebagai
p = ρVg / A
Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil
perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam
bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar bejana akibat
fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi
p= ρ(Ah) g / A = ρ h g
Jika tekanan hidrostatis
dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut.
ph = ρ gh
|
dengan: ph = tekanan
hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).
Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan
udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari
permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa
demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara
dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis
seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan
berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan
semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan
hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah.
Contoh menghitung tekanan hidrostatis
Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah
tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung
berisi:
a. air,
b. raksa, dan
c.
gliserin.
Gunakan data massa jenis pada Tabel
Jawab
Diketahui: h = 30 cm dan g =
10 m/s2.
Ditanya : a. Ph air
b. Ph raksa
c. Ph gliserin
Jawab :
a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:
Ph = ρ gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2)
(0,3 m) = 3.000 N/m2
b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang
berisi air raksa:
Ph = ρ gh = (13.600
kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2
c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang
berisi gliserin:
Ph = ρ gh = (1.260
kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada
alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang digunakan untuk
mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.
a. Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka adalah alat
pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U
yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari
gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekanan
atmosfir (p0).
b. Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista
Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika dari Italia. Barometer
adalah alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum digunakan dalam
peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca bersahabat,
sedangkan tekanan udara rendah menandakan kemungkinan badai. Ia mendefinisikan
tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of Measurement, The
Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury)
yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.
ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi ×
panjang raksa dalam tabung atau
(13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76
m) = 1,103 × 105 N/m2
Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2
c. Pengukur Tekanan Ban
Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara
di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya terdapat
pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dari dalam ban
akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima
oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan
skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih
tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar