Fisika

Fluida Statis: Hukum Archimides, Kapilaritas, dan Viksositas

Halo Sobat Edura! Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Statis adalah tidak berubah/ tidak bergerak sehingga Fluida Statis adalah fluida yang tidak mengalami perpindahan bagian-bagiannya.

Sifat-sifat fluida statis yaitu memiliki tekanan dan tegangan permukaan.

Tekanan

Tekanan dalam fisika didefinisikna sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan bidang persatuan luas bidang tersebut.

                P =  F/A                  Keterangan

                                                P = tekanan(Pa)

                                                F = gaya tekan (N)

                                                A = luas bidang tekan (m2)

Satuan internasional (SI) dari tekanan adalah pascal (Pa). Satuan lain untuk besaran tekanan : 1 atm = 76 cmHG = 1,01 x 105 Pa = 1,01 bar

Tekanan pada fluida statis zat cair dikelompokkan menjadi dua, yaitu tekanan pada ruang tertutup dan ruang terbuka.

Tekanan pada Fluida Statis Zat Cair dalam Ruang Tetutup

Hukum pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan didalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Prinsip-prinsip hukum pascal dapat diterapkan pada alat-alat seperti pompa hidrolik, alat pengangkat air, alat pengepres, alat pengukur tekanan darah (tensimeter), rem hidrolik, dongkrak hidrolik,dan dump truk hidrolik.

Persamaan yang berlaku dalam prinsip kerja pompa hidrolik adalah:

P1 = P2                                           Keterangan

F1/A1 = F2/A2                                       P1 = tekanan pada piston pertama (Pa)

                                                        P2 = tekanan pada piston kedua (Pa)

                                                        F1 = gaya pada piston pertama (N)

                                                        F2 = gaya pada piston kedua (N)

                                                        A1 = luas penampang piston pertama (m2)

                                                        A2 = luas penampang piston kedua (m2)

Contoh soal:

Suatu alat pengangkat mobil (dongkrak hidrolik) terdiri atas 2 tabung yang berhubungan. Kedua tabung mempunyai diameter berbeda dan masing-masing ditutup dengan sebuah pengisap. Tabung diisi penuh air. Pada tabung besar diletakkan mobil yang hendak diangkat. Ketika pengisap pada tabung kecil diberi gaya, ternyata mobil terngkat ke atas. Jika mobil 3 ton, luas penampang tabung besar 10 m2 dan luas penampang tabung kecil 100 cm2 berapa besar gaya yang harus diberikan agar mobil terangkat naik!

Diketahui:   mb = 3 ton =300 kg

                        A1 = 100 cm2 = 0,01 m2

                        A2 = 10 m2

                                g = 10 m/s2

Ditanya: F1=?

Jawab : F2 = m x g = 3000 x 10 = 30.000 N

                        F1/A1 = F2/A2

                                    F1 = F2 . A1/ A2

                                          = 30.000 . 0,01/10

                            = 30 N

Tekanan pada ruang terbuka

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang berkaitan dengan perilaku zat cair yang diam.

                        Ph = ρ.g.h

                        Ptot = Po + Ph

Keterangan:
Ph = tekanan yang dialami zat cair/ tekanan hidrostatis (Pa)

Po = tekanan udara luar (Pa)

 ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

h = kedalaman/ tinggi titik ukur dari permukaan (m)

Contoh:

Suatu tempat didasar danau memiliki kedalaman 20 m. diketahui massa jenis air danau 1 g/cm3, g = 10 m/s2, dan tekanan diatas permukaan air sebesar 1atm. Hitunglah tekanan hidrostatis dan tekanan total di tepat tersebut!

Diketahui:   h = 20 m

                      ρ = 1 g/cm 3 = 1000 kg/m3

g = 10 m/s

                      Po = 1 atm = 1,013 x 105 Pa

        Ditanyakan: Ph = ?

                               Ptot = ?

Jawab:

a. Ph = ρ. g . h

    = 1000 . 10 . 20

  = 200.000 Pa = 2 x 105 Pa

b. Tekanan total:

Ptot = Po + Ph

       = ( 1,013 x 105 ) + (2 x 105 )

      = 3,013 x 105 Pa

Hukum Bejana Berhubungan

Bunyi hukum bejana berhubungan yaitu: “ Bila bejana-bejana behubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejana-bejana itu terletak pada sebuah bidang mendatar”. Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler disalah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis zat cair yang berbeda. Apabila bejana berhubungan diisi dua zat cair yang berbed maka dua titik yang terletak pada bidang batas yaitu titik P dan titikQ memiliki tekanan yang sama besar.

                                P1 = P2                                                    

             Patm + 1gh1 = Patm 2gh2                                    

         ρ1h1 = ρ2h2                                             

Keterangan:

P1 = tekanan tabung 1 (Pa)

P1 = tekanan tabung 1 (Pa)

ρ1 = massa jenis zat cair 1 (kg/m3)

ρ2 = massa jenis zat cair 2 (kg/m3)

h1 = tinggi zat cair 1 (m)

h2 = tinggi zat cair 2 yang diukur dari zat cair 1(m)

Contoh soal:

Dua jenis zat cair dimasukkan ke dalm pipa U. Zat cair pertama dan kedua mempunyai massa jenis berturut-turut adalah 5 g/cm3 dan 0,4 g/cm3. Tinggi zat cair kedua dalam pipa adalah 25 cm. Tentukan tinggi zat cair pertama!

Diketahui:            ρ1 = 1,5 g/cm3

                        ρ2 = 0,4 g/cm3

h2 = 25 cm

Ditanyakan: h1 = ?

Jawab :  ρ1h1 = ρ2h2

          1,5 x h1 = 0,4 x 25

                    h1 = 6,67 cm

Hukum Archimides

Hukum arhimides menyatakan suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair maka zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut

Fa =  ρC x Vc x g                                   

Keterangan:

Fa = gaya Archimides (N)

ρc = massa jenis zat cair (kg/m3)

Vc = volume benda yang tercelup (m3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Jika benda ditimbang dalam fluida, berat yang ditunjukkan neraca adalah berat semu, dimana

Berat semu = berat diudara – gaya ke atas

Wr = Wu – Fa                       

keterangan:

Wf = berat semu (N)

Wu = berat saat di udara (Wu = m.g)

Fa = gaya ke atas (N)

Jika suatu benda dengan massa jenis ρb dicelupkan seluruhnya kedalam zat cair dengan massa jenis ρf, maka berlaku:

 massa jenis benda / massa jenis zt cair = berat benda / gaya ke atas

  ρb / ρf = w / Fa 

Adanya gaya Archimides dalam zat cair menjadikan benda yang dimasukkan ke dalam zat cair mengalami 3 kemungkinan, yaitu

Terapung dengan seluruh bagian benda diatas pemukaan air (ρf b, Fa>W); Melayang (ρf b dan Fa = W); Tenggelam ( f < b dan Fa < W)

Penerapan Hukum Archimides

Penerapan hukum Archimides dapat dijumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih, misalnya:

Hidrometer  merupakan alat untuk mengukur berat jenis atau massa jenis zat cair. Jembatan pohon, jembatan yang terbuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Kapal laut. Kapal selam.

Tegangan permukaan

Tegangan permukaan suatu cairan berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki permukaan cairan tersebut. Gaya tegang ini berasal dari gaya tarik kohesi (gaya tarik antara molekul sejenis) pada cairan.

Contoh: peristiwa jarum, silet, penjepit kertas, atau nyamuk yang dapat mengapung di permukaan air, butiran-butiran embun berbentuk bola pada sarang laba-laba, air yang menetes cenderung berbentuk bulat-bulat dan air berbentuk bola di permukaan daun talas.

Gejala Meniskus

Meniskus zat cair adalah peristiwa melengkungnya (mencekung/ mencembugnya) permukaan zat cair dengan tabung. Contohnya peristiwa melengkungnya permukaan air dn raksa

Kapilaritas

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair didalam pipa kapiler (pipa sempit)

Manfaat gejala kapilaritas:

Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor; Naiknya air dari akar menuju bagian atas (daun-daun) melalui pembuluh kayu; sifat menghisap cairan beberapa benda (kain dan kertas).

Viskositas (kekentalan)

Merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecinya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas fluida, maka makin sulit suatu fluida megalir dan makin sulit suatu benda bergerak didalam fluida terebut. Gaya gesekan yang terjadi di dalam fluida dapat ditentukan berdasarkan hukum Stokes, yaitu:

                Fs = 6 π η r v                       Keterangan:

                                                                Fs = gaya gesekan stokes (N)

                                                                η= koefisien viskositas fluida (Pa.s)

                                                                r = jari-jari bola (m)

                                                                v = kelajuan bola (m/s)


Nah, sobat Edura sekian informasi tentang materi fisika Fluida Statis dan Hukum Archimides. Ternyata konsep fisika itu ada disekeliling kita kan? Nantikan informasi lainnya seputar materi fisika dari Edura.    

Belajar materi fisika lainnya disini ya.

Informasi yang kami ambil dari beberapa sumber bacaan. Untuk konsultasi mengenai pendidikan atau lebih spesifiknya tentang materi sekolah . Kamu dapat menghubungi kami lewat akun instagram kami ya. Silakan klik disini untuk menghubungi kami lewat instagram.

Jangan lupa juga untuk subscribe newsletter dan mailing list kita untuk dapatkan info update yang akan kami kirim melalui browser notification dan email kamu.

Terima Kasih

Semangat mengejar cita-citamu ya sobat Edura!

Tags

Haruna Elfathin

Mahasiswa S1 Informatika UIN Sunan Gunung Djati Bandung

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Close