Fluida statis

tugas proyek fisika kelas XI semester ganjil
guru indri dayana,M.Si

materi pembelajaran : fluida statis

tujuan pembelajaran : mengetahui tekanan hidrostatis,tekanan atmosfer,tekanan mutlak,hukum pokok hidrostatis,hukum pascal,hukum archimedes,tegangan permukaan dan contoh penerapan penerapannya dalam kehidupan,serta viskositas fluida dan soal soal tentang

A. tekanan fluida
tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang tiap satuan luas bidang tersebut

Keterangan:

• p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²)
• F: Gaya (N atau dn)
• A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)

1. tekanan hidrostatis

tekanan zat cair dalam keadaan diam disebut tekanan hidrostatis 

dimana:

ρ adalah berat jenis air (untuk air tawar, ρ = 1.000 kg/m3)
g adalah besar percepatan gravitasi (percepatan gravitasi di permukaan bumi sebesar g=9,8 m/s2)
h adalah titik kedalaman yang diukur dari permukaan air

Kolam renang memiliki kedalaman 3 meter. Berpakah tekanan hidrostatis pada dasar kolam tersebut (ρ air = 1000 kg/m3, g = 10 m/s2)?

Penyelesaian

Diketahui :

h = 3 m

ρ air = 1000 kg/m3

g = 10 m/s2

Ditanyakan : Ph……..?

jawab :        Ph = ρ.g.h

=  1000 x 10 x 3

=  30000 N/m2

2. tekanan atmosfer

bumi yang kita tempati dikelilingi lapisan udara disebut atmosfer.tekanan yang diberikan oleh komponen komponen udara tersebut dinamakan dengan tekanan udara atau tekanan atmosfer

alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer adalah barometer.

Ph = (Pu – h/100) cmHg

Ph = tekanan pada ketinggian h
Pu = tekanan udara permukaan air laut
h  = tinggi suatu tempat

untuk mencari ketinggian

h = (Pu-Ph) x 100 m

3. tekanan mutlak

tekanan pada kedalaman tertentu dalam zat cair adalah tekanan mutlak, yaitu jumlah total tekanan atmosfer dengan tekanan hidrostatis

hukum pokok hdrostatis

menyatakan bahwa setiap titik yang terletak pada bidang datar di dalam suatu zat cair yang sama akan memiliki tekanan hidrostatis yang sama

rumus:PA = PB

ρ₁ . g . h₁ = ρ₂ . g . h₂
ρ₁ . h₁ = ρ₂ . h₂

Contoh Penerapan Hukum Pokok Hidrostatis

• Hidrostatika dimanfaatkan antara lain dalam mendesain bendungan, yaitu semakin ke bawah semakin tebal;
• Tekanan hidrostatis dimanfaatkan dalam pemasangan infus, ketinggian diatur sedemikian rupa sehingga tekanan zat cair pada infus lebih besar daripada tekanan darah dalam tubuh.

hukum pascal

yaitu tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dan ke semua bagian ruang tersebut dengan sama besar

  

dengan:

1.F1=gaya dorong pada A1

2.F2=gaya dorong pada A2

3.A1=luas penampang 1

4.A2=luas penampang 2

contoh penerapan:

1.pesawat penyemprot pascal

2.dongkrak hidrolik,pompa hidrolik,dan rem hidrolik

hukum archimedes

berbunyi"sebuah benda yang tercelup sebagian atau seharusnya ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya"

Rumus Hukum Archimedes

Keterangan :

Fa = gaya angkat ke atas (N)

Wc = berat zat cair yang dipindahkan (N)

Vc = volume benda yang tercelup

g = percepatan gravitasi bumi (10 m/s2 atau 9,8 m/s2)

ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)

contoh penerapan:

1. kapal laut dan kapal selam

2.balon udara

tegangan permukaan dan meniskus zat cair

Rumus Tegangan Permukaan Zat Cair

Tegangan permukaan (gama) merupakan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan dengan panjang permukan tempat gaya tersebut bekerja.  Rumus fisikanya

γ = F/d=T+w/2l

γ    =tegangan permukaan (N/m atay Dyne/cm)

d    =panjang permukaan (m atau cm)

f     =gaya tegangan

Kapilaritas

peristiwa naik atau tutunnya zat cair dalam pipa kapiler dinamakan kapilaritas.

Y = perbedaan tinggi permukaan zat cair di dalam dan di luar pipa kapiler (m) 
τ = tegangan permukaan (N/m) g = percepatan gravitasi (m/s^2) 
θ = sudut kontak r = jari-jari penampang pipa kapiler (m) 
ρ = massa jenis zat cair (kg/m^3) 

viskositas fluida dan hukum stokes

rumus fluida viskositas

F = η A x v / L

Keterangan:
F = Gaya (N)
A = Luas Keping yang bersentuhan dengan Fluida (m²)
v = Kelajuan Fluida
L = Jarak antar Keping
η = Koefisien Viskositas (Kg)

rumus viskositas hukum stokes, berikut ini:

Fs = 6 π η rv

Keterangan:

Fs : gaya gesekan stokes (N)
η- : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)

Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif maka saat kecepatan terminal tercapai berlaku persamaan berikut ini:

Untuk benda berbentuk bola seperti gambar diatas, maka digunakan persamaan berikut ini:

Keterangan:

vT : kecepatan terminal (m/s)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
R : jari-jari bola (m)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
ρ b : massa jenis bola (kg/m3)
ρ f : massa jenis fluida (kg/m3)


berikut ada beberapa contoh soal dan pembahasannya

Contoh Soal 1:

Sebuah kapal selam menyelam di kedalaman 50 meter di bawah permukaan laut. Laut memiliki massa jenis 1,03 x 103kg/m3 dan tekanan udara di atas permukaan laut 105 Pa dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2. Tentukan tekanan hidrostatis pada kapal selam tersebut!

Penyelesaian

Diketahui :

h = 50 m

ρ air laut  = 1,03 x 103 kg/m3

Po = 105 Pa

g = 10 m/s2

Ditanyakan : Ph……………..?

Jawab :

Ph = Po + ρ.g.h

Ph= 105 + (1,03 x 103 x 10 x 50)

Ph= 105 + (51,5 x 104)

Ph= 105 + (5,15 x 105)

Ph= 6,15 x 105 Pa

Tekanan hidrostatis pada kapal selam tersebut adalah 6,15 x 105 Pa

2.    Sebuah botol bermassa 1,2 kg berada di atas meja. Berapa tekanan botol terhadap meja jika diameter alas botol 8 cm? (g = 10 m/s2)

Penyelesaian:

Dik: m = 1,2 kg

d alas botol = 8 cm

g = 10 m/s2

Dit: p =…..?

Jawab:

F = m.g

F = (1,2) (10) = 12 N

Jari-jari r = d / 2 = 8 / 2 = 4 cm = 0,04 m 

3.    Sebuah tabung yang luas dasarnya 25 cm3, dimasukkan 5000 cm3 air ke dalamnya. Berapa besarnya tekanan hidrostatik pada dasar tabung?

Penyelesaian:

Dik: A = 25 cm3 , V = 5 x 103 cm3

Dit: p =…..?

Jawab:

4.     Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!

     Jika ketinggian minyak h2 adalah 27 cm, massa jenis minyak 0,7 gr/cm3 dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm3 tentukan ketinggian air raksa (h1)!

Penyelesaian:

5.        Perhatikan gambar dibawah ini!

Sebuah pipa U mula-mula berisi air (massa jenis air 103 kg/m3), kemudian pada salah satu kakinya diisi minyak setinggi 10 cm hingga selisih permukaan air pada kedua kaki 8 cm. Berapa massa jenis minyak?

Penyelesaian:

6.        Perhatikan gambar dibawah ini!

Sebuah pipa bejana U berisi air (massa jenis air 1 g/cm3) dan air raksa (massa jenis air raksa 13,6 g/cm3). Berapa tinggi kolam air supaya ketinggian perbedaan tinggi permukaan kedua fluida itu 3,5 cm?

Penyelesaian:

7.        Apabila sebuah kapal selam menyelam sedalam 100 m, berapa besar tekanan yang dialami kapal selam tersebut (massa jenis air laut = 1,03 g/cm3).

Penyelesaian:

Dik: h = 100 m

massa jenis air laut = 1,03 g/cm3 = 1,03 x (10-3/10-6) = 1030 kg/ m3

Dit: Ph = ...?

Jawab:

8.      Sebuah penekan hidrolik mempunyai penampang berbentuk lingkaran dengan jari-jari pengisap kecil dan besar masing-masing 5 cm dan 40 cm. Jika pada pengisap kecil dikerjakan gaya 200 N, berapa gaya yang dihasilkan pada pengisap besar?

Penyelesaian:

Dik: r1 = 5 cm

r2 = 20 cm

F1 = 200 N

Dit: F2 =…..?

Jawab:

9.     Gaya sebesar 5 N pada pegisap yang kecil dari suatu pompa hidrolik dapat mengangkat beban yang beratnya 300 N pada pengisap yang besar. Jika pengisap yang kecil berpenampang 200 cm2, berapakah luas penampang pengisap yang besar?

Penyelesaian:

Dik: F1 = 5 N

F2 = 300 N

A1 = 200 cm2

Dit: A2 = ... ?

Jawab:

10.  Batang jarum yang panjangnya 5 cm diletakkan perlahan-lahan diatas permukaan air. Apabila tegangan permukaan air 8 x 10-2 N/m, berapa besarnya gaya pada permukaan tersebut?

Penyelesaian:

nah berikut adalah latihan latihan tentang fluida statis

1.   Gaya Archimedes yang bekerja pada benda saat dimasukkan ke dalam fluida ditentukan oleh 

2.  Sepotong besi bermassa 4 kg dan massa jenisnya 8 gr/cm³ dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1 gr/ cm³. Di dalam air berat besi tersebut seolah-olah akan hilang sebesar .

.

3.  Sepotong kaca di udara memiliki berat 25 N. Jika dimasukkan ke dalam air beratnya menjadi 15 N. Bila massa jenis air adalah 10³ kg/m³ dan percepatan gravitasinya 10 m/s² maka massa jenis kaca adalah 

4. Sebuah gabus dimasukkan dalam air ternyata 75 % volume gabus tercelup dalam air, maka massa jenis gabus adalah ….

5. Sebuah ban mobil berisi udara digunakan sebagai pengapung di dalam air, volume ban 0,1 m³ dan massanya 1 kg. jika massa jenis air 1 gr/cm³ dan percepatan gravitasi g = 10 m/s², maka ban dapat menahan dan mengapungkan beban maksimum sebesar …