E-Learning Fisika

MATERI FLUIDA STATIS

Keadaan suatu bahan secara keseluruhan dapat dibagi menjadi zat padat dan fluida. Zat padat cenderung tegar dan mempertahankan bentuknya, sementara fluida tidak mempertahankan bentuknya tetapi mengalir. Fluida meliputi cairan, yang mengalir di bawah pengaruh gravitasi sampai menempati daerah terendah di bawah penampungnya, dan gas yang mengembang mengisi penampungnya tanpa peduli bentuknya.

Secara sederhana fluida dapat di artikan sebagai zat yang dapat mengalir yaitu zat cair, zat gas, maupun zat padat. Tetapi zat padat dapat mengalir pada tempereatur tertentu dan membutuhkan periode waktu yang panjang seperti aspal, dan es.

Secara umum fluida dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu fluida statis dan fluida dinamis. Fluida statis membahas mengenai zat alir pada fluida yang diam, sedangkan fluida dinamis membahas mengenai zat alir pada fluida yang bergerak atau mengalir.

Fluida memiliki beberapa karakteristik diantaranya : mempunyai kompresibilitas (ukuran ketahanan terhadap tekanan pada suatu zat alir), mempunyai viskositas (kekentalan), serta tidak dapat melawan arus secara konstan.

1.      Hidrostatis

Tekanan Hidrostatika adalah tekanan yang disebabkan oleh berat zat cair. Tekanan adalah : Gaya per satuan luas yang bekerja dalam arah tegak lurus suatupermukaan.

P = F/A

Dimana     P = tekanan (Pa)

                  F = Gaya (N)

                  A = Luas Penampang (m)

Tiap titik di dalam fluida tidak memiliki tekanan yang sama besar, tetapi berbeda-beda sesuai dengan ketinggian titik tersebut darisuatu titik acuan.

"Gaya hidrostatis pada dasar bejana tidak tergantung pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan tergantung pada : Massa jenis zat cair, tinggi zat cair diatas dasar bejana dan luas dasar bejana".

Untuk bejana yang mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi zat cair denganketinggian yang sama pula (h), menurut hukum utama hidrostatis : Tekanan hidrostatis pada dasar masing-masing bejana adalah sama yaitu :

Ph = ρ . g . h

2.      Hukum Pascal

Tekanan pada kedalaman h lebih besar daripada tekanan di bagian atas sejumlah ρgh berlaku untuk cairan dalam bejana apa pun, tak bergantung pada bentuk bejana. Besar tekanan akan sama di setiap titik pada kedalaman yang sama. Saat kita menambah P₀, misalnya dengan menekan ke bawah bagian atas permkaan degna sebuah pengisap, maka pertambahan tekanan adalah sama untuk semua titik dalam cairan tersebut. Ini dikenal sebagai prinsip Pascal, yang dinamakan untuk mengenan sang penggagas Blaise Pascal (1623-1662) :

“Tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana”

Penerapan dari Hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari dapat kita jumpai pada mesin hidrolik di bengkel atau tempat pencucian motor dan mobil. Selain itu penerapan hukum pascal juga digunakan dalam pembuatan jembatan timbang. Selengkapnya lihat video berikut ini.

Video :

3.      Hukum Archimedes

Archimedes (287-212 SM) telah diberi tugas untuk menentukan apakah mahkota yan dibuat untuk Raja Hieron II adalah emas murni atau apakah mahkota itu mengandung logam yang lebih murah, misalnya perak. Masalahnya adalah menentukan kerapatan mahkota yang bentuknya tidak beraturan tanpa menghaancurkannya. Singkat cerita archimedes mendapatkan solusinya ketika sedang mandi dan segera berlari lewat jalan-jalan di Syracuse sambil berteriak “Eureka”  (“saya telah menemukannya”).

Dari sanalah Hukum Archimedes mulai dirumuskan. Archimedes mengatakan bahwa sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.

Benda yang tenggelam dalam fluida terlihat lebih rendah beratnya dibadningkan di luar fluida. Hal tersebut dikarenakan di dalam fluida terdapat gaya angkat atau gaya apung. Gaya apung merupakan kesebandingan antara tekanan dan kedalaman.







untuk mencari besarnya gaya apung, dapat kita temukan melalui persamaan di bawah ini :

  

Di bawah ini dapat kita lihat simulasi dari penerapan hukum archimedes.Video : http://www.youtube.com/watch?v=2YVT4l7s9P8&feature=youtu.be

4.      Gejala Kapilaritas

Gaya tarik menarik antara sebuah molekul di dalam cairan dan molekul-molekul lain dalam cairan dinamakan gaya kohesi. Gaya antara sebuah molekul cairan dengan bahan lain, seperti dinding pipa yang tipis,dinamakan gaya adhesi. Bila gya adhesi relatif lebih besar terhadap gaya kohesi, seperti pada kasus air dan permukaan gelas, permukaan kolom cairan dalam sebuah pipa adalah konkaf ke atas. Bila gaya adhesi realtif lebihkecil terhadap gaya kohesi, sepertihalnya air raksa dan gelas, cairan tidak membasahi permukaan dan permukaan adalah konveks.

Bila permukaan cairan konkaf ke atas, tegangan permukaan pada dinding pipa mempunyai komponen ke atas . cairan akan naik dalam pipa sampai gaya ke atas neto padanya yang disebabkan tegangan permukaan diimbangi oleh berat cairan. Kenaikan ini dinamakan gerakan kapiler atau kapilaritas, dan pipa dinamakan pipa kapiler.

Kenaikan/penurunan permukaan zat cair dalamkapiler dapat dirumuskan sebagai berikut :

h = Kenaikan/penurunan zat cair dalam kapiler(m)

ϒ = Tegangan permukaan zat cair (N/m)

θ = Sudut kontak

ρ = Massa jenis zat cair (kg/m3)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

r = Jari-jari kapiler (m)