Embed Size (px)
Citation preview
FLUIDA
Fluida merupakan zat alir , yaitu zat dalam keadaan biasa bisa mengalir. Yang termasuk fluida yaitu : zat cair dan zat gas. Fluida dibedakan menjadi fluida statik dan dinamik.
1. Fluida Statika. TekananTekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda tiap satuan luas benda itu.atau ditulis dengan persamaan :
Keterangan :P = tekanan pada benda (Pa = N/m2) F = gaya (N) A = luas permukaan benda yang mendapat gaya
(m2) 1 bar = 76 cmHg = 1,01 .105 Pa
Contoh soal
Seorang pemain ski bermassa 50 kg mengenakan sepatu yang luas permukaannya 25 cm2 . Tentukan besar tekanan saat kedua kaki pemain ski berada di atas lantai (g = 10 m/s2)!Pembahasan:
Diketahui: m = 50 kg A = 25 cm2 = 2,5 x 10-3 m2
Ditanya: P ...?Jawab :
b. Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis merupakan tekanan pada fluida tak bergerak yang diakibatkan oleh adanya gravitasi. Tekanan pada kedalaman h dalam suatu fluida memiliki massa jenis ρ, dinyatakan dengan persamaan
Ph = ρ . g hdimana :
Ph = tekanan hidrostatis ρ = massa jenis (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman (m)
Contoh soal
Seorang penyelam berada pada kedalaman 25 m di bawah permukaan laut. Jika massa jenis air laut 1,2x103 kg/m3, tentukan tekanan hidrostatis yang dialami penyelam tersebut!Diketahui:
h = 25 m ρ = 1,2x 103 kg/m3
Ditanya: Ph ...? Jawab:
Ph = ρ.g.h
Tekanan mutlak/absolute
Gambar 1.1 Tekanan mutlak P.absolut = P atmosfir + P hidrostatis. P = P atm . + ρ g h
Contoh Soal
Sebuah benda berada pada kedalaman 25 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan tekanan atmosfer 1.105 N/m2, tentukan tekanan yang dialami benda!
c. Hukum-hukum Fluida Static
1) Hukum Utama Hidrostatis (HUH)
Hukum utama hidrostatis menyatakan bahwa: Semua titik yang terletak pada satu bidang datar dalam satu zat cair memiliki tekanan yang sama.
PA = PB = PC
Gambar 1.2 Semua titik pada bidang datar memiliki tekanan sama Hukum utama hidrostatis dapat diterapkan untuk menentukan massa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U. Sesuai hukum utama hidrostatis:
Gambar 1.3 Pipa U berdasarkan Hukum Utama Hidrostatis
Contoh soal
Sebuah pipa U di isi air, kemudian pada salah satu kakinya dituang oli. Pada keadaan Seimbang, tinggi air 3,4 cm dan tinggi minyak 4 cm. Hitung massa jenis oli!
Diketahui:
h air = 3,5 cm
h oli = 4 cm
Ditanya: ρ oli = ..........?
Jawab
2) Hukum Pascal
Hukum Pascal menyatakan, “ Tekanan yang diberikan suatu fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan kesegala arah sama rata”. Alat di bawah membuktikan kebenaran hukum Pascal. Ketika penghisap ditekan air akan memancar keluar melalui lubang-lubang pada permukaan dengan kecepatan sama dan tekanan diteruskan oleh air kesegala arah.
Penerapan hukum Pascal antara lain, rem hidrolik, pompa hidrolik, dongkrak hidrolik
Keterangan :P1 = tekanan pada penampang 1P2 = tekanan pada pnampang 2F1 = gaya pada penampang 1F2 = gaya pada penampang 2A1 = luas penampang 1A2 = luas penampang 2
Contoh soal :Penampang sebuah pompa hidrolik berbentuk silinder diametemya 16 cm dan 40 cm. Bila pengisap kecil ditekan dengan gaya 64 N, tentukan gaya yang dihasilkan pengisap besar!
3) Hukum Archimedes
Hukum Archimedes menyatakan, suatu benda yang dicelupkan dalam suatu fluida mengalami gaya keatas sebesar fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Fa = Wzat cair yang dipindahkan
Fa = ρ.g.Vcelup
Dimana:
Fa = gaya keatas (N)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
Vcelup = volume benda tercelup (m3)
g = percepatan gravitasi ( m/s2)
Benda yang dicelupkan kedalam zat cair akan tenggelam, melayang, dan terapung tergantung dengan massa jenisnya.
a) benda terapung Fa > Wbenda
ρ fluida > ρ benda
b) benda melayang Fa = W benda
ρ fluida = ρ bendac) benda tenggelam Fa < W benda
ρ fluida < ρ benda
Gaya apung adalah gaya berarah keatas yang dikerjakan fluida pada benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida. Gaya apung adalah selisih berat benda diudara Wu
dengan berat benda dalam fluida Wf.
Fa = Wu – Wf
Kasus untuk benda mengapung.
Jika volume benda yang tercelup dalam zat cair adalah Vbc dan volume benda total adalah Vb
maka:
Jika tinggi benda yang tercelup dalam zat cair adalah hbc dan tinggi benda total adalah hb maka:
Contoh soal :
Sebuah balok di udara beratnya 30 N dicelupkan ke dalam air beratnya menjadi 20 N. Hitunglah massa jenis balok!
Pembahasan:
Contoh soal 2
Balok kayu terapung dengan ¾ bagian volumenya berada di atas permukaan air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3, tentukan massa jenis balok kayu!
Penerapan hukum Archimedes, antara lain: kapal laut, kapal selam, hidrometer, balon
udara, galangan kapal dan jembatan ponton.
Tegangan Permukaan
• Tegangan permukaan merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan F dan panjang permukaan d.
• Seutas kawat lurus dengan panjang l
• Contoh tegangan permukaan zat cair: pisau silet dan jarum yang dapat mengapung di air, nyamuk dapat hinggap di atas air, tetes air yang jatuh pada permukaan kaca berbentuk bola.
Adhesi dan Kohesi
• Adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul-molekul zat yang tidak sejenis. Kohesi adalah adalah gaya tarik-menarik antara molekul yang sejenis.
• Jika adhesi lebih besar dari pada kohesi maka permukaan (meniskus) zat cair dalam pipa kapiler cekung, misalnya pada pipa yang diisi dengan air
• Sebaliknya jika gaya kohesi lebih besar maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler akan cembung, misalnya pipa yang diisi dengan air raksa (pipa kanan)
• Gambar 1.11 Meniskus cekung dan cembung
. Kapilaritas
• Kapilaritas ialah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa sempit (pipa kapiler).
• Air di dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air dan partikel kaca lebih besar dari kohesi antar partikel air. Raksa di dalam pipa kapiler turun karena adhesi antara partikel raksa dan partikel kaca lebih kecil daripada kohesi antar partikel raksa
Gambar 1.12 Gejala kapilaritas
• Sehingga naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler, y, dinyatakan dengan:
dengan y = kenaikan/penurunan permukaan zat cair (m)
γ= tegangan permukaan (N/m) θ= sudut kontak g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari (m) ρ = massa jenis cairan (kg/m3)
Contoh soal
• Sebuah pipa kapiler jari-jari 1 mm dimasukkan ke dalam fluida yang mempunyai massa jenis 800 kg/m3, ternyata kenaikan fluida di dalam pipa kapiler 4 cm. Jika sudut kontak 60° dan g= 10 m/s2, tentukan tegangan permukaan fluida
Manfaat kapilaritas antara lain
1). naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor
2). sifat menghisap cairan beberapa benda (kain dan kertas isap)
3). naiknya air dari akar menuju bagian atas (daun-daun) melalui pembuluh kayu dalam batang kayu
Masalah yang ditimbulkan kapilaritas:
1) merembesnya air hujan yang mengenai dinding luar melalui pori-pori dinding yang berfungsi sebagai pipa kaliler.
2) naiknya air dari dinding bawah rumah melalui bata menuju ke atas dan membasahi dinding sehingga dinding rumah menjadi berair (lembab
Viskositas
• Viskositas adalah kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida.
Keterangan :v = kecepatan terminal (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari(m) η= koefisien viskositas (Pa.․) ρb= massa jenis benda (kg/m3) ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Uji kompetensi Fluida statik
Soal Pilihan ganda dan Esai
Soal 1
Berikut ini tentang tekanan mutlak yang dialami sebuah benda di dalam kolam yang berada pada kedalaman h dari permukaan air. Pernyataan yang benar adalah ....
A. tekanan total sebanding dengan h
B. tekanan total berbanding terbalik dengan h
C. tekanan total mempunyai hubungan linear dengan h
D. tekanan total tidak tergantung h
E. tekanan total tidak tergantung nilai g
Soal 2
• Berikut ini adalah gambar bejana berhubungan yang berisi air. tekanan hidrostatis yang paling besar berada di titik ....
A. P B. B. QC. C. RD. D. SE. E. T
Soal 3
Tekanan hidrostatis dinding kolam pada kedalaman 0,3 m dengan massa jenis air 1 gram/cm3 dan g = 10 m/s2 adalah ... N/m2.
A. 30.000
B. 3.000
C. 300
D. 30
E. 3
Soal 4
Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 5 meter. Tekanan hidrostatis di tempat tersebut adalah
A. 5 x 104 Pa
B. B. 10 x 10 4Pa
C. C. 15 x 104 Pa
D. D. 20 x 104 Pa
E. E. 25 x 104 Pa
Soal 5Naik turunnya permukaan air dalam pipa kapiler dipengaruhi oleh ....
(1) massa jenisnya (2) percepatan gravitasi bumi (3) tegangan permukaan (4) kecembungan permukaan Pernyataan yang benar adalah ....
A. (1), (2), dan (3) B. B. (1)dan (3) C. C. (2) dan (4)D. D. (4) E. E. (1), (2), (3), dan (4)
Soal 6
Seekor ikan menyelam di air laut (massa jenis = 920kg/m3) mengalami tekanan hidrostatis1,5 kali tekanan atmosfer. Kedalaman ikan tersebut adalah....
A. 8,6 m
B. B. 10,5 m
C. C. 12,2 m
D. D. 16,3 m
E. E. 18,4 m
Soal 7
Apabila benda yang terapung di air massanya m mendapatkan gaya ke atas maka ....
A. Fa > mg,
B. B. Fa = m
C. C. Fa < mg,
D. D. Fa <m
E. E. Fa = mg
Soal 8
Besarnya tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu benda yang berada di dalam air tergantung oleh....
A. keadaan benda dalam air
B. bentuk wadah zat cair
C. volume zat cair
D. kedalaman benda dalam zat cair
E. posisi benda dalam air
Soal 9Sebuah dongkrak hidrolik masing-masing penampangnya berdiameter 4 cm dan 120 cm, Gaya minimum yang harus dikerjakan pada penampang kecil dongkrak tersebut untuk mengangkat mobi l yang beratnya 9000 N adalah ....
A. 5N
B. 10 N
C. 15N
D. 20 N
E. 25 N
Soal 10
Sebuah pipa U mula-mula diisi dengan raksa (massa jenis = 13600 kg /m3). Jika kemudian air setinggi 68 cm dituangkan ke dalam kaki kanan, kenaikan tinggi raksa dalam pipa kiri dibandingkan tingginya semula adalah ....
A. 0,5 cm B. B. 1,0 cm C. C. 1,5 cm D. D. 2,0 cm E. E. 2,5 cm
Soal 11
Raksa pada bejana berhubungan mempunyai selisih permukaan 2 cm (massa jenis =13,6 g/cm3). Kaki sebelah kiri berisi zat cair yang tingginya 25 cm, berarti massa jenis zat cair itu adalah ....
A. 800 kg m-3
B. 1030 kg m-3
C. 1088 kg m-3
D. 1300 kg m-3
E. 1360 kg m-3
Soal 12Sebuah benda dimasukkan ke dalam air. Temyata 25% dari benda terapung di atas permukaan air. Massa jenis benda tersebut adalah
A. 0,25 g/cm3
B. 0,40 g/cm3
C. 0,50 g/cm3
D. 0,60 g/cm3
E. 0,75 g/cm3
Soal 13
Jarum dapat terapung pada permukaan air karena ....
A. massa jenis jarum lebih kecil dari pada air
B. massa jenis jarum lebih besar dari pada air
C. gaya apung Archimedes
D. beret jenis jarum sama dengan berat jenis air
E. tegangan permukaan air
Soal 14
Sebuah balok di udara beratnya 40 N. Ketika dicelupkan ke dalam air beratnya menjadi 30 N. Massa jenis balok tersebut adalah ....
A. 1000 kg /m3
B. 2000 kg /m3
C. 3000 kg /m3
D. 4000 kg /m3
E. 5000 kg /m3
Soal 15
Drum yang memiliki volume rata-rata 450 liter digunakan untuk membuat jembatan ponton. Jika setiap drum menopang gaya 1500 N, bagian drum yang tercelup sebesar ... bagian.
A. ¾ B. 2/3
B. C. ½
C. D. 1/3
D. E. ¼
Kerjakan soal-soal di bawah ini dengan baik dan benar!
1. Di dalam sebuah bejana yang terbuat dari kaca diisi air setinggi 100 cm. Bila luas penampang dasar tabung 100 cm2, tentukan:
a. Gaya hidrostatik pada dasar bejana
b. tekanan hidrostatika pada dasar bejana
Jawab:
a. ..........................................................................
..........................................................................
b. .........................................................................
.........................................................................
2. Sebuah balok di udara beratnya 60 N, ketika dicelupkan ke dalam air beratnya menjadi 30 N. Hitung massa jenis balok tersebut
Jawab: ................................................................................................................................................ ...............................................................
3. Pipa U mula-mula diisi air, kemudian salah satu kakinya diisi minyak setinggi 12,5 cm, ternyata selisih tinggi minyak dan air 2,5 cm. Hitung massa jenis minyak!
Jawab: ..................................................................................................................................................................................................................
4. Sebuah tabung yang luas dasarnya 10 cm2, dimasukkan 3000 cm3 air ke dalamnya. Hitunglah: a. tinggi air dalam tabung tersebut b. besar tekanan hidrostatis pada dasar tabung Jawab:
a. ...................................................................................................................
................................................................................................................... b.
.....................................................................................................................
5. Sebuah logam berbentuk balok memiliki dimensi 0,4m x 0,5m x 0,2m dan massa jenis 5000 kg/m3. Hitunglah tekanan maksimum dan minimum yang dapat dikedakan logam tersebut pada suatu permukaan datar (g = 10 m/s2)! Jawab: ................................................................................................................................................ ...........................................................................................
Terima kasih selamat belajar
