F L U I D A
Pengertian Fluida.
Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau sering disebut
Zat Alir.
Jadi perkataan fluida dapat mencakup zat cair atau gas.
Antara zat cair dan gas dapat dibedakan :
Zat cair adalah Fluida yang non kompresibel (tidak dapat ditekan)
artinya tidak berubah volumenya jika mendapat tekanan.
Gas adalah fluida yang kompresibel, artinya dapat ditekan.
Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai fluida yang
non kompresibel saja.
Bagian dalam fisika yang mempelajari tekanan-tekanan dan
gaya-gaya dalam zat cair disebut : HIDROLIKA atau MEKANIKA FLUIDA yang dapat
dibedakan dalam :
Hidrostatika : Mempelajari tentang gaya maupun tekanan di
dalam zat cair yang diam.
Hidrodinamika : Mempelajari gaya-gaya maupun tekanan di
dalam zat cair yang bergerak.
(Juga disebut mekanika fluida bergerak)
Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai Hidrostatika
saja.
Rapat Massa dan Berat Jenis.
Rapat massa benda-benda homogen biasa didefinisikan sebagai
: massa persatuan volume yang disimbolkan dengan r.
Satuan.
|
MKS
|
CGS
|
||
|
m
|
kg
|
g
|
||
|
V
|
m3
|
cm3
|
||
|
r
|
kg/m3
|
g/cm3
|
Berat jenis
didefinisikan sebagai Berat persatuan Volume.
Yang biasa
disimbolkan dengan : D
Satuan.
atau
|
Besaran
|
MKS
|
CGS
|
||||||
|
W
|
Newton
|
Dyne
|
|||||||
|
V
|
m3
|
cm3
|
|||||||
|
D
|
n/m3
|
dyne/cm3
|
|||||||
|
g
|
m/det2
|
cm/det2
|
Rapat Massa Relatif.
Rapat massa relatif suatu zat adalah perbandingan dari rapat
massa zat tersebut terhadap rapat massa dari zat tertentu sebagai zat
pembanding.(I,2)
Zat pembanding biasa diambil air, pada suhu 40 C.
Rapat massa relatif biasa disimbolkan dengan : rr.
|
|
Juga
berlaku :
Rapat massa
relatif tidak mempunyai SATUAN.
Tekanan Hidrostatika.
Adalah : Tekanan yang disebabkan oleh berat zat cair.
Tekanan adalah : Gaya per satuan luas yang bekerja dalam
arah tegak lurus suatu permukaan.
Tekanan disimbolkan dengan : P
|
|
Besaran
|
MKS
|
CGS
|
|
F
|
N
|
dyne
|
|
A
|
m2
|
cm2
|
|
P
|
N/m2
|
dyne/cm2
|
Tiap titik di dalam fluida tidak memiliki tekanan yang sama
besar, tetapi berbeda-beda sesuai dengan ketinggian titik tersebut dari suatu
titik acuan.
  
 PBar |
Dasar bejana akan mendapat tekanan sebesar :
P = tekanan udara + tekanan oleh gaya berat zat cair
(Tekanan Hidrostatika).
P = BAR +
P = BAR +
 = BAR + 
|
Jadi Tekanan Hidrostatika (Ph) didefinisikan :
|
|||||||
 |
 |
 |
|||||
|
|
Satuan
|
|
|
Keterangan.
|
MKS
|
CGS
|
|
r = rapat massa zat cair
|
kg/m3
|
g/cm3
|
|
g = percepatan
gravitasi
|
m/det2
|
cm/det2
|
|
h = tinggi zat cair
diukur dari permukaan zat cair sampai ke titik/bidang yang diminta.
|
m
|
cm
|
|
Ph = Tekanan Hidrostatika
|
N/m2
|
Dyne/cm2
|
1 atm = 76
cm Hg
1 atm = 105
N/m2 = 106 dyne/cm2
Untuk
bidang miring dalam mencari h maka dicari lebih dahulu titik tengahnya (Disebut
: titik massa).
Gaya Hidrostatika. (= Fh)
Besarnya gaya hidrostatika (Fh) yang bekerja pada
bidang seluas A adalah :
Fh = Ph . A = r
. g . h . A
|
Fh = gaya hidrostatika dalam SI (MKS) adalah
Newton
dalam CGS
adalah Dyne.
Hukum Pascal.
Bunyinya : Tekanan yang bekerja pada fluida di dalam ruang
tertutup akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan sama besar.
Contoh alat yang berdasarkan hukum Pascal adalah : Pompa
Hidrolik.
Perhatikan gambar bejana berhubungan di bawah ini.
|
F1 F
   2
A1 A2
|
Permukaan fluida pada kedua kaki bejana berhubungan sama
tinggi.
Bila kaki I yang luas penampangnya A1 mendapat
gaya F1 dan kaki II yang luas penampangnya A2 mendapat
gaya F2 maka menurut Hukum Pascal harus berlaku :
|
 |
|||
 |
|||
|
|
Hukum Utama Hidrostatis.
Bunyinya
: Tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam sejenis zat cair yang dalam
keadaan setimbang adalah sama.
|
Hukum utama hidrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana
berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur.
|
|
Percobaan pipa U ini biasanya digunakan untuk menentukan
massa jenis zat cair.
Paradoks Hidrostatis.
Segala bejana yang
mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi zat cair dengan ketinggian
yang sama pula (h).
Menurut Hukum Utama Hidrostatis : Tekanan hidrostatis pada
dasar masing-masing bejana adalah sama yaitu : Ph = r
. g . h
Paradoks Hidrostatis : 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.
Luas dasar bejana.
Jadi gaya hidrostatis pada dasar bejana-bejana tersebut sama
yaitu :
Fh = r
. g . h . A
Hukum Archimedes.
Bunyinya : Bila sebuah benda diletakkan di dalam fluida,
maka fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas (FA) pada benda
tersebut yang besarnya = berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Benda di dalam zat cair ada 3 macam keadaan :
Benda tenggelam di dalam zat cair.
Berat zat cair yang dipindahkan = mc . g
= rc
. Vc . g
Karena Volume zat cair yang dipindahkan =
Volume benda, maka :
= rc
. Vb . g
Gaya keatas yang dialami benda tersebut
besarnya :
|
||||||
 |
|
|||||
|
|
rb
|
=
|
Rapat massa benda
|
FA
|
=
|
Gaya ke atas
|
|
|
rc
|
=
|
Rapat massa zat cair
|
Vb
|
=
|
Volume benda
|
|
 W |
=
|
Berat benda
|
Vc
|
=
|
Volume zat cair yang
|
|
 Ws |
=
|
Berat semu
|
|
|
dipindahkan
|
|
 |
(berat benda di dalam zat cair).
|
|
||||
Benda
tenggelam maka : FA ¢
W
w rc
. Vb . g ¢ rb . Vb . g
|
Selisih antara W dan FA disebut Berat Semu (Ws)
|
Benda melayang di dalam zat cair.
Benda melayang di dalam zat cair berarti benda tersebut
dalam keadaan setimbang.
FA
= W
rc
. Vb . g = rb
. Vb . g
|
|
 |
Pada 2 benda atau lebih yang melayang
dalam zat cair akan berlaku :
(FA)tot
= Wtot
|
Benda terapung di dalam zat cair.
Misalkan sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat
cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair
(terapung) karena :
FA
> W
rc . Vb . g > rb . Vb . g
|
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).
|
Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga
berlaku :
FA’ = W
|
||||||
 |
|
|||||
|
  FA’ |
=
|
Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup
di dalam zat cair.
|
|
Vb1
|
=
|
Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
|
|
Vb2
|
=
|
Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.
|
|
Vb
|
=
|
Vb1 + Vb2
|
|
|
Besaran
|
r
|
g
|
V
|
FA dan W
|
|
MKS
|
kg/m3
|
m/det2
|
m3
|
Newton
|
|
CGS
|
g/cm3
|
cm/det2
|
cm3
|
Dyne
|
Kohesi dan Adhesi.
Kohesi : adalah gaya tarik menarik antara
partikel-partikel suatu zat yang sejenis.
Misalnya : gaya tarik menarik yang terjadi pada air, besi
dan sebagainya.
Makin kuat kohesi ini, makin kuat bendanya (tidak mudah
berubah bentuknya).
Berarti kohesi molekul-molekul zat padat dari kohesi
molekul-molekul zat cair dari kohesi molekul-molekul zat gas.
Adhesi : adalah gaya tarik menarik antara
partikel-partikel dari zat yang berbeda/tak sejenis.
Contoh : Kapur tulis yang melekat pada papan.
Air Hg
|
kohesi molekul-molekul air lebih kecil dari adhesi
molekul-molekul air dan kaca.
Kohesi molekul-molekul air raksa lebih besar dari adhesi
molekul-molekul air raksa dan kaca.
|
||||||||||
Pengaruh Kohesi & Adhesi Terhadap Permukaan
Fluida.
Air : Permukaannya cekung, pada pipa kapiler permukaannya
lebih tinggi, karena adhesinya lebih kuat dari kohesinya sendiri.
Air Raksa : Permukaannya cembung, sedangkan pada pipa
kapiler permukaannya lebih rendah, karena kohesi air raksa lebih besar dari
adhesi antara air raksa dengan kaca.
 |
|
|
|
||||
 |
|
||||||
Air
Hg
u = Sudut Kontak.
Sudut Kontak. (u)
Sudut kontak yaitu sudut yang dibatasi oleh 2 bidang batas
(a) dinding tabung dan (b) permukaan zat cair.
Dinding tabung : sebagai bidang batas antara zat cair dan
tabung.
Permukaan zat cair : Sebagai bidang batas antara zat cair
dan uapnya (u = 1800)
Bila zat cair tersebut air dan dindingnya gelas maka :
0
<
u < 900
Karena adhesinya lebih besar dari kohesi.
Bila zat cair tersebut air raksa, maka :
900 < u
<
1800
Karena kohesinya lebih besar dari adhesi.
Tegangan Permukaan.
Sebagai akibat dari adanya kohesi zat cair dan adhesi antara
zat cair-udara diluar permukaannya, maka pada permukaan zat cair selalu terjadi
tegangan yang disebut tegangan permukaan.
Karena adanya tegangan permukaan inilah nyamuk, jarum, pisau
silet dapat terapung di permukaan zat cair meskipun massa jenisnya lebih besar
dari zat cair.
Tegangan
permukaan dapat dirumuskan sebagai berikut :
|
F = Gaya
yang bekerja.
L =
Panjangnya batas antara benda dengan permukaan zat cair.
g = Tegangan permukaan.
|
Satuan :
|
|||
|
Besaran
|
Gaya (F)
|
L
|
g
|
|
MKS
|
N
|
m
|
N/m
|
|
CGS
|
dyne
|
cm
|
Dyne/cm
|
Untuk benda berbentuk lempeng : panjang batasnya =
kelilingnya.
Untuk benda berbentuk bidang kawat : panjang batasnya = 2 x
kelilingnya.
Untuk benda berbentuk kawat lurus, juga pada lapisan tipis
(Selaput mempunyai 2 permukaan zat cair) panjang batasnya = 2 x Panjang (L).
Miniskus dan Kapilaritas.
Miniskus : Yaitu bentuk permukaan zat cair dalam
suatu pipa yaitu cekung atau cembung.
Makin
sempit pipa (Pembuluh) makin jelas kelengkungannya.
Kapilaritas : Yaitu suatu gejala turun atau naiknya
zat cair dalam pembuluh yang sempit, jika pembuluh yang kedua ujungnya terbuka
ini dimasukkan tegak lurus ke dalam bak yang berisi zat cair.
Sedang pembuluh sempit tersebut tersebut disebut pipa
kapiler.
Kenaikan/penurunan permukaan zat cair dalam kapiler dapat
dirumuskan sebagai berikut :
 |
|
||||||||
|
|||||||||
 |
|
||||||||
y
|
y
|
=
|
Kenaikan/penurunan zat cair dalam kapiler
|
|
g
|
=
|
Tegangan permukaan zat cair
|
|
u
|
=
|
Sudut kontak
|
|
r
|
=
|
Massa jenis zat cair
|
 g |
=
|
Percepatan gravitasi
|
|
r
|
=
|
Jari-jari kapiler.
|
Hukum Archimedes Untuk Gas.
Balon Udara.
Sebuah balon udara dapat naik disebabkan adanya gaya ke atas
yang dilakukan oleh udara.
Balon udara diisi dengan gas yang lebih ringan dari udara
mis : H2, He sehingga terjadi peristiwa seolah-olah terapung.
Balon akan naik jika gaya ke atas FA$Wtot (berat total) sehingga :
Fn = FA - Wtot
FA = rud
. g . Vbalon
Wtot = Wbalon + Wgas + Wbeban
Wgas = rgas
. g . Vbalon
Keterangan
:
|
FA
|
=
|
Gaya ke atas (N)
|
|
Fn
|
=
|
Gaya naik (N)
|
|
rgas
|
=
|
Massa jenis gas pengisi balon (kg/m3)
|
|
rud
|
=
|
Massa jenis udara = 1,3 kg/m3
|
|
W
|
=
|
Berat (N)
|
|
V
|
=
|
Volume (m3)
|
0 Response to "Fluida Tak Bergerak"
Posting Komentar