Fluida merupakan zat yang sifatnya dapat mengalir. Contoh dari fluida ini adalah gas dan zat cair. Pada fluida ini berlaku beberapa hukum seperti archimedes, pascal, bejadan berhubungan. Ilmu yang mempelajari tentang fluida ini juga terdiri dari beberapa cabang ilmu yaitu:
- Hidrolika : Merupakan ilmu yang membahas tentang gaya – gaya di dalam fluida yang berbentuk cair
- Hidrostatistika : Merupakan cabang dari hidrolika yang khusus mempelajari gaya – gaya yang bekerja pada zat cair yang diam.
- Hidrodinamika : Merupakan bagian dari hidrolika yang khusus mempelajari gaya gaya pada zat cair yang bergerak.
Pada kali ini kita hanya akan membahas fluida yang berbentuk zat cair. Sedangkan untuk fluida berbentuk gas insya Allah akan kita bahas pada artikel selanjutnya.
Tekanan dan Gaya Hidrostatis
Pada fluida berlaku tekanan dan gaya hidrostatis. Tekanan merupakan gaya yang bekerja pada satuan luas tertentu. Secara matematik dapat kita tuliskan sebagai berikut:
P = F/A
Dimana :
P = Merupakan tekanan dalam satuan N/m2
F = Gaya tekan dalam satuan N
A = Luas permukaan yang dikenai tekanan dalam satuan m2
Tekanan (P) mempunyai beberapa satuan seperti:
Pascal : 1 Pascal sama dengan 1 N/m2
Cm Hg : 1 cm Hg sama dengan 1333,2 N/m2
Torr : 1 torr sama dengan 1 mm Hg dan sama dengan `133,32 N/m2
Atm : 1 atm sama dengan 1,013 . 105 N/m2 dan sama dengan 76 cm Hg
Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang dialami oleh suatu permukaan akibat gaya hidrostatis. Gaya hidrostatis adalah gaya yang disebabkan oleh zat cair yang diam. Secara matematik gaya hidrostatis dapat dirumuskan sebagai berikut:
F = m.a
Karena percepatan (a) yang dialami zat cair yang diam hanyalah percepatan grafitasi (g) maka persamaan dapat menjadi:
F = m.g
Karena massa zat cair dapat kita hitung dengan mengalikan massa jenisnya dengan tinggi zat cair dan luas penampang (m = ρ.h.A), maka persamaan akan menjadi:
F = ρ.h.A.g
Jadi gaya hidrostatis (Fh) dapat dirumuskan sebagai berikut:
Fh = ρ.g.h.A
Dimana :
Fh = merupakan gaya hidrostatis dalam satuan N
ρ = massa jenis zat cair dalam satuan kg/m3
g = percepatan grafitasi bumi dalam satuan m/s2
h = tinggi zat cair dalam satuan meter
A = luas bidang dalam satuan m2
Sedangkan tekan hidrostatisnya dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ph = ρ.g.h.A /A
= ρ.g.h
Contoh soal
Dalam suatu bejana terdapat 1 liter alkohol yang massa jenisnya 0,8 gr/cm. Jika luas dasar bejana 50 cm2, berapakah tekanan hidrostatis yang dialami dasar bejana teresebut?
Penyelesaian :
Dik :
ρ = 0,8 kg/m3
g =9,8 m/s2 = 980 cm/s2
v = 1 liter = 1000 cm3
A = 50 cm2
Dit :
Ph
Jawab :
Ph = ρ.g.h
= 0,8 . 980. h
Karena h belum diketahui maka dapat kita cari dengan rumus:
v = h.A
h = v/A
= 1000 / 50
= 20 cm
Sehingga kita dapatkan tekanan hidrostatis sebagai berikut:
Ph = 0,8 . 980. 20
= 15680 dyne / cm2
= 1568 N/m2
Hukum Pascal
Salah satu hukum yang berlaku pada zat cair adalah hukum Pascal. Adapun bunyi hukum Pascal tersebut adalah sebagai berikut: “Tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam suatu ruangan tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata”. Secara matematis pernyataan Pascal ini dapat ditulisakan sebagai berikut:
PA = PB
FA / AA = FB / AB
Contoh soal
Sebuah bejana A berhubungan dengan bejana B diisi dengan air. Masing masing ditutup dengan pengisap yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Jika diameter penampang A 6 cm dan B 20 cm serta massa di A 25 kg, berapakah massa benda yang harus diletakkan di B agar seimbang. (misalkan grafitasi besarnya 10 m/s2)
Penyelesaian:
Dik :
mA = 25 kg
diameter A = 6 cm = 6.10-2m
diameter B = 20 cm = 60.10-2m
Dit :
mB = ?
Jawab :
PA = PB
FA / AA = FB / AB
FB = (FA / AA) . AB
Karena FA, AA, dan AB belum diketahui besarnya, maka terlebih dahulu kita harus mencari nilai ketiganya sebagai berikut:
FA = mA . g
= 25 . 10
= 250 N
AA = ¼ .π.dA2
= ¼ . 3,14 . (6.10-2)2
= 2,826 . 10-3
AB = ¼ .π.dB2
= ¼ . 3,14 . (20.10-2)2
= 2,826 . 10-3
= 31,4 . 10-3
Maka :
FB = (250 / 2,826 . 10-3) . 31,4 . 10-3
FB = (250 . 31,4 / 2,826)
FB = 2.777,7 Newton
FB = mB . g
mB = FB / g
= 2.777,7 / 10
= 277 kg
Hukum Archimedes
Menurut Archimedes “Jika suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair baik sebagian maupun seluruhnya, akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkan benda tersebut. Secara matematik pernyataan Archimedes ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
FA = V.g. ρ
Akibat adanya gaya ke atas ini berat benda di dalam zat cair akan berkurang sebesar:
WZ = W - FA
Jika gaya ke Atas lebih besar dari berat benda maka benda tersebut akan terapung (ρ air > ρ benda). Jika gaya ke atas sama dengan berat benda maka benda akan melayang (ρ air = ρ benda). Jika gaya ke atas lebih kecil dari berat benda maka benda akan tenggelam (ρ air < ρ benda)
Contoh soal
Hitung gaya ke atas yang dialami benda yang volumenya 100 cm3 jika dicelupkan di dalam alkohol yang massa jenisnya 0,8 gram/cm3.
Penyelesaian:
Dik :
ρ = 0,8 kg/m3
g =9,8 m/s2 = 980 cm/s2
v = 100 cm3
Dit :
FA = ?
Jawab :
FA = V.g. ρ
= 100. 980. 0,8
= 78400 dyne
Hukum Utama Hidrostatis (Bejana Berhubungan)
Menurut hukum hidrostatis tekan hidrostatis di semua titik yang terletak pada satu bidang datar di dalam sejenis zat cair yang berada dalam keadaan seimbang dimana mana adalah sama.
Paradok hidrotatis
Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana. Gaya tersebut hanya bergantung pada luas dasar bejana, tinggi zat cair dalam bejana, dan massa jenis zat cair dalam bejana
Belum ada tanggapan untuk "Fluida Tak Bergerak (Fluida Statis)"
Posting Komentar