PAPER

HIDRAULIKA

SIFAT DAN GERAK BENDA CAIR

Dosen Pembimbing:

Donny D.J. Leihitu, ST, MT.

Disusun oleh:

Nama : Khairul Puadi

NPM : 11.22201.000014

P R O G R A M S T U D I S-1 T E K N I K S I P I L

F A K U L T A S T E K N I K

U N I V E R S I T A S D A R W A N A L I

T A H U N 2 0 1 2

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah Yang Maha Esa lagi Maha Tunggal. Kepada-Nya kita meminta

segala sesuatu. Dia tidak beranak dan tidak pula diperanakkan, serta tidak ada yang setara

dengan-Nya.

Sholawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW sang

pembimbing menuju kebaikan kepada segenap manusia, sang pemberi berita gembira dan

pemberi peringatan, serta lentera yang senantiasa menyinari. Semoga Allah senantiasa

mencurahkan Rahmat-Nya kepada beliau, keluarga, para sahabat, serta segenap orang-orang

yang mengikuti beliau. Amma ba’du.

Paper ini tentang “Sifat dan Gerak Benda Cair”. Paper ini bertujuan untuk memenuhi

tugas mata kuliah hidraulika. Penulis berharap paper ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Pada kesempatan ini tidak lupa penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada

Bapak Donny D.J. Leihitu, ST, MT selaku dosen Pembimbing dan semua teman-teman yang telah

bersedia bekerja sama dalam pembuatan paper ini.

Penulis menyadari bahwa paper ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh sebab itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan paper ini

di masa yang akan datang.

Kuala Pembuang, 01 Oktober 2012

Penulis

SIFAT DAN GERAK BENDA CAIR

1. Pengertian benda cair

Benda cair adalah suatu benda yang berbentuk cair, yang mempunyai sifat

mengalir, basah, bentuk tidak tetap atau menyesuaikan dengan tempat yang

ditempatinya serta volumenya tetap. Contoh benda cair adalah air, bensin dan lain-

lain.

Zat cair adalah kumpulan partikel yang terikat bersama oleh kohesif yang lemah

dan / atau dinding wadah, istilah meliputi cairan dan gas. Dalam perubahan bentuk

dari molekul cairan bervariasi, dengan kekuatan diterapkan kepada mereka, yaitu

mengalir. Zat cair berbentuk wadah yang ditempati dan menjaga volume sendiri.

Dalam fisika, Zat cair atau Cairan atau fluida adalah zat yang secara terus-

menerus mengalami deformasi (arus) di bawah tegangan geser. Cairan ini adalah

bagian dari fase materi dan termasuk cairan, gas, plasma dan, sampai batas tertentu.

2. Sifat Zat Cair

a. Sifat Umum Fluida Zat Cair:

Sifat-sifat benda cair yaitu :

1 Bentuk benda cair mengikuti bentuk wadahnya. Bentuk minyak goreng dalam

botol berubah jika dituang ke penggorengan. Demikian pula dengan air yang

dituang ke botol, bentuk air seperti bentuk botol. Hal itu berarti bahwa bentuk

benda cair mengikuti bentuk wadahnya.

2 Bentuk permukaan benda cair yang tenang selalu datar. Bentuk permukaan benda

cair yang tenang berbeda dengan bentuk cair yang bergejolak, Hal itu terlihat

pada wadah yang tembus pandang, walaupun wadahnya dimiringkan, permukaan

benda cair yang tenang tetap datar. Bagaimanapun cara kamu memiringkannya,

permukaan benda cair yang tenang selalu datar.

3 Benda cair mengalir ke tempat rendah. Hal ini dapat dilihat pada aliran air/selokan

yang ada di rumahmu atau bahkan meungkin pada air terjun yang mengalir deras

dan jatuh melalui tebing yang curam. Air terjun memberikan pemandangan yang

menakjubkan. Makin kental benda cair, alirannyamakin lambat. Pernahkah kamu

menuangkan susukental manis? Susu kental manis merupakan benda cair yang

kental. Aliran susu kental manislebih lambat daripada aliran air.

4 Benda cair menekan ke segala arah. Air mempunyai tekanan. Semakin rendah

tekanan air pada tempat itu maka semakin besar. Hal itu dapat dibuktikan dengan

membuat air menjadi memancar. Pacaran air dari tempat lebih rendah tampak

lebih jauh. Itulah sebabnya tembok dalam bendungan dibuat makin ke bawah

makin tebal, hal ini untuk menahan tekanan air yang makin besar di bagian

bawah.

5 Benda cair meresap melalui celah-celah kecil. Berbagai peristiwa meresapnya

benda cair melalui celah-celah kecil terjadi dalam kehidupan sehari-hari itu

disebut kapilaritas. Misalnya : minyak tanah meresap pada sumbu kompor atau

sumbu lampu tempel.

b. Sifat Khusus Zat cair

1. Rapat Massa, Berat Jenis dan Rapat Relatif

Rapat massa (ρ) adalah ukuran konsentrasi massa zat cair dan dinyatakan

dalam bentuk massa (m) persatuan volume (V).

ρ = 𝑀

𝑉

Dimana :

M = massa (kg)

V = volume (m3)

Rapat massa air ( ρ air) pada suhu 40

C dan pada tekanan atmosfer (p atm)

adalah 1000 kg/m3. Berat jenis (γ) adalah berat benda persatuan volume pada

temperatur dan tekanan tertentu, dan berat suatu benda adalah hasil kali antara

rapat massa (ρ) dan percepatan gravitasi (g)

γ = ρ.g

dimana :

γ = berat jenis ( N/m3)

ρ = rapat masa (kg/dt2)

g = grafitasi (m/dt2)

Rapat relatif (s) adalah perbandingan antara rapat massa suatu zat (ρ) dan

rapat massa air (ρ air), atau perbandingan antara berat jenis suatu zat (γ) dan berat

jenis air (γ air).

2. Kekentalan (viscosity)

Kekentalan adalah sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser (τ )

pada waktu bergerak atau mengalir. Kekentalan disebabkan adanya kohesi antara

partikel zat cair sehingga menyebabkan adanya tegangan geser antara

molekul molekul yang bergerak. Zat cair ideal tidak memiliki kekentalan.

Kekentalan zat cair dapat dibedakan menjadi dua yaitu kekentalan dinamik ( μ)

atau kekentalan absolute dan kekentalan kinematis (υ ).

Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair, kekentalan dinamik

dihubungkan dengan kekentalan kinematik sebagai berikut:

v = 𝜇

ρ

dengan ρ adalah rapat massa zat cair (kg/m3).

Kekentalan kinematik besarnya dipengaruhi oleh temperatur (T), pada

temperatur yang tinggi kekentalan kenematik zat cair akan relatif kecil dan dapat

diabaikan.

Zat cair Newtonian adalah zat cair yang memiliki tegangan geser (t)

sebanding dengan gradien kecepatan normal ( 𝑑𝑦

𝑑𝑢 )terhadap arah aliran. Gradien

kecepatan adalah perbandingan antara perubahan kecepatan dan perubahan jarak

tempuh aliran (Gambar 1). Hubungan tegangan geser dan gradien kecepatan

normal dari beberapa bahan dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 1 Gradien Kecepatan

Gambar 2 Hubungan Tegangan geser dengan gradien kecepatan

Bila fluida Newtonian dan aliran yang terjadi adalah laminer maka berlaku

hubungan:

𝜏 = 𝜇𝑑𝑢

𝑑𝑦 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝜏 = ρv

𝑑𝑢

𝑑𝑦

dimana :

τ= tegangan geser (kg/m2)

μ= kekentalan dinamis (kg/m.det)

υ= kekentalan kinematis (m2/det)

ρ= densitas fluida (kg/m3)

𝑑𝑦

𝑑𝑢 = gradien kecepatan

3. Kemampatan (compressibility)

Kemampatan adalah perubahan volume karena adanya perubahan

(penambahan) tekanan, yang ditunjukan oleh perbandingan antara perubahan

tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal. Perbandingan tersebut

dikenal dengan modulus elastisitas (k).

K = - 𝑑𝑃

(𝑑𝑣

𝑣)

Nilai k untuk zat air sangat besar yaitu 2,1 x 109 N/m, sehingga perubahan

volume karena perubahan tekanan akan sangat kecil dan dapat diabaikan, sehingga

zat cair merupakan fluida yang tidak dapat termampatkan (incompressible).

4. Tegangan permukaan (surface tension)

Molekul-molekul pada zat cair akan saling tarik menarik secara seimbang

diantara sesamanya dengan gaya berbanding lurus dengan massa (m) dan

berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara pusat massa.

F = m1 m2

𝑟2

Dengan : F = gaya tarik menarik

m1, m2 = massa molekul 1 dan 2

r = jarak antar pusat massa molekul.

Jika zat cair bersentuhan dengan udara atau zat lainnya, maka gaya tarik

menarik antara molekul tidak seimbang lagi dan menyebabkan molekul-molekul

pada permukaan zat cair melakukan kerja untuk tetap membentuk permukaan zat

cair. Kerja yang dilakukan oleh molekul-molekul pada permukaan zat cair

tersebut dinamakan tegangan permukaan (ϭ). Tegangan permukaan hanya bekerja

pada bidang permukaan dan besarnya sama di semua titik.

5. Kapilaritas (capillarity)

Kapilaritas terjadi akibat adanya gaya kohesi dan adesi antar molekul, jika

kohesi lebih kecil dari pada adesi maka zat air akan naik dan sebaliknya jika lebih

besar maka zat cair akan turun. Kenaikan atau penurunan zat cair di dalam suatu

tabung dapat dihitung dengan menyamakan gaya angkat yang dibentuk oleh tegangan

permukaan dengan gaya berat.

Untuk perhitungan secara matematisnya yaitu:

ℎ = 2𝜎 cosѲ

𝑦𝑟

Dimana:

h = kenaikan atau penurunan zat cair

σ = tegangan permukaan

y = berat jenis zat cair

Ѳ = akan sama dengan 0o untuk air dan 140o untuk air raksa

r = jari-jari tabung

3. Gerak Benda cair

Arah gerakan air selalu dari tempat yang tinggi menuju ke tempat yang lebih

rendah. Gerakan yang dilakukan oleh zat cair disebut mengalir.

Partikel Zat cair tersusun pada posisi yang kurang rapat dibandingkan dengan

partikel zat padat. Gerakan partikelnya dapat bergerak bebas untuk berpindah tempat.

Gerakan partikel-partikel ini disebut gerakan translasional.

Daftar Pustaka

http://edie666.blogspot.com/2011/05/mekanika-fluida_5202.html

www.crayonpedia.org/mw/Gerak_Benda

http://www.prasko.com/2012/06/benda-padat-benda-cair-dan-benda-gas.html