Contoh dan pembahasan lengkap tentang fluida statik

Fluida adalah kemampuan suatu zat untuk dapa mengalir (zat alir)

Tekanan

Tekanan merupakan gaya persatuan luas

Also Read:

P=\frac{F}{A}

 

Tekanan Hidrostatis ( Ph )

Tekanan yang terdapat pada zat cair yang diam yg berada dalam suatu wadah.

P_h=\rho.g.h

Keterangan

P_h=\text{ Tekanan hidrostatis (N/m}^2)

\rho=\text{ massa jenis cairan (kg/m}^3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

h = tinggi cairan (m)

Satuan tekanan di luar SI adalah: Pascal (Pa), atm, cmHg, dan bar

Contoh 1# :

Berapakah tekanan hidrostatis di dasar kolam dengan kedalaman air 2 m (\rho_{air}=\text{ 1000 kg/m}^3,\text{g= 10 m/s}^2).

Penyelesaian

Diketahui :

h = 2 m

\rho_air=\text{ 1000 kg/m}^3)

g = 10 m/s2

Ditanya : Ph?

Dijawab : P_h=\rho.g.h

= 1000 x 10 x 2

= 20000 N/m2

Jadi tekanan hidrostatis di dasar kolam 20000 N/m2

Contoh 2# :

Kapal selam berada pada kedalaman 50 m dibawah permukaan laut. Bila diketahui massa jenis air laut \text{1,03 x 10}^3\text{kg/m}^3 dan tekanan udara di atas permukaan laut 10^5 Pa, berapa tekanan hidrostatis yang dialami kapal selam tsb. ( g = 10 m/s2)

Penyelesaian

Diketahui :

H = 50 m

\rho_{\text{air laut}}=\text{1,03 x 10}^3\text{ kg/m}^3

P_o=10^5\text{ Pa}

g = 10 m/s2

Ditanya : Ph?

Dijawab :

P_h=P_o+\rho .g.h

P_h=10^5+(1,03.10^3.10.50)

P_h=6,15.10^5\text{ Pa}

Hukum Pascal

Dalam ruangan tertutup tekanan yang diberikan pada zat cair diteruskan ke segala arah sama besar.

Contoh penerapan hokum Pascal:

  1. Dongkrak hidroulik
  2. Rem hidroulik

Persamaan Hukum pascal

\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}

 

Keterangan:

F1 = gaya yang diberikan (N)

F2 = gaya yang dihasilkan (N)

A1 = luas penampang (m2)

A2 = luas penampang (m2)

Contoh 3:

Sebuah dongkrak hidroulik mempunyai dua penampang masing2 A_1=10\text{ cm}^2 dan A_2=50\text{ cm}^2. Jika pada penampang A1 diberi gaya F1 = 10 N, berapakah berat beban maksimum yang dapat diangkat oleh penampang A2?

Penyelesaian

Diketahui :

A_1=10\text{ cm}^2

A_2=50\text{ cm}^2

F_1=10\text{ N}

 

Ditanya : F2 ?

Dijawab :

\frac{10}{10}=\frac{F_2}{50}

F_2=\frac{10.50}{10}

F_2=50\text{ N}

Jadi berat beban maksimum yang dapat diangkat oleh penampang A2 adalah 50 N

Hukum Archimedes

Suatu benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam zat cair (fluida) mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair (fluida) yang dipindahkan.

 

Contoh penerapan hukum Archimedes:

  1. sebuah kapal besi yang besar dapat terapung di laut.
  2. Kita dapat merasakan bahwa saat mandi di kolam renang tubuh akan terasa lebih ringan.
  3. Bagan ikan dilaut dapat terapung karena ditopang oleh pelampung di bawahnya.
  4. Naiknya balon udara.Dll

Persamaan hukum Archimedes:

F_A=\rho .g.V

Keterangan :

FA = gaya keatas atau gaya Archimedes (N)

\rho = massa jenis zatcair atau fluida ( kg/m3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

V = volume zat cair atau fluida yang dipindahkan (m3)

Contoh 3# :

Sepotong tembaga volumenya 20 cm3 dan massa jenisnya 9 gr/cm3, dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1 gr/cm3. Berapakah berat tembaga di dalam air? ( g= 9,800 cm/s2)

Penyelesaian

Diketahui : V b = 20 cm3

\rho_{b}=9\text{ gr/cm}^3

\rho_{a}=1\text{ gr/cm}^3

g = 9,800 cm/s2

ditanya : w ( berat tembaga dlm air)

dijawab : berat tembaga di udara

W_u=m_b.g

W_u=\rho_b.g.V_b=\text{ 9 x 9800 x 20 = 1764000 dyne}

Gaya ke atas ( gaya Archimedes)

F = berat air yang dipindahkan

= ma x g

= ρa . g .Va (Va = Vb)

=1 x 9800 x 20

= 196000 dyne

Jadi berat tembaga di dalam air adalah:

Wa = Wu – F

= 1764000 dyne – 196000 dyne

= 1568000 dyne

Peristiwa-peristiwa berdasarkan ukum Archimedes:

  • Terapung

Jik benda sebagian atau seluruh bagiannya berada diatas permukaan cairan.

Gaya ke atas lebih besar daripada berat benda

FA > w

\rho_{cairan}.g.V_{cairan}>\rho_{benda}.g.V_{benda}

karena : V cairan > V benda

maka :

\rho_{cairan}>\rho_{benda}

 

  • Melayang

Jika seluruh bagiannya berada dalam cairan.

Gaya ke atas sama dengan berat benda

FA = w

\rho_{cairan}.g.V_{cairan}=\rho_{benda}.g.V_{benda}

\rho_{cairan}=\rho_{benda}

 

  • Tengggelam

Gaya ke atas lebih kecil daripada berat benda

FA < w

\rho_{cairan}.g.V_{cairan}<\rho_{benda}.g.V_{benda}

\rho_{cairan}<\rho_{benda}

 

Tegangan Permukaan

Peristiwa-peristiwa yang menunjukkan adanya tegangan pada permukaan air:

  1. saat meniup air sabun terjadi gelembung2 balon di udara.
  2. Air yang menetes keluar dari keran terlihat terputus-putus dan membentuk bola2 air.
  3. Jarum atau silet yang diletakkan perlahan diatas air tidak tenggelam.
  4. Serangga dapat terapung di atas air.

Dll.

Peristiwa diatas dapat terjadi akibat permukaan zat cair seolah-olah berupa selaput tipis yang mampu menahan benda-benda ringan.

Pada zat cair terdapat gaya tarik-menarik antar partikel sejnis disebut kohesi. Gaya kohesi ini menimbulkan tegangan permukaan pada air.

Besar tegangan permukaan dirumuskan sbb:

\gamma=\frac{F}{2l}

Keterangan:

γ = tegangan permukaan (N/m)

F = gaya (N)

l = panjang lapisan (m)

contoh soal

Sebuah jarum terapung di atas air, panjang jarum 5 cm dan memilki massa 5 gr. Tentukan tegangan permukaan air tersebut!

Penyelesaian

Diketahui :

l = 5 cm = 0,05 m

m = 5 gr = 0,005 kg

Ditanya : γ (tegangan permukaan air)

Dijawab :

\gamma=\frac{F}{2l}

\gamma=\frac{mg}{2l}

\gamma=\frac{0,005x10}{2x0,05}

\gamma=0,5\text{ N/m}

Jadi tegangan permukaan air sebesar 0,5 N/m

Komentar Pembaca

Contoh dan pembahasan lengkap tentang fluida statik | Made Astawan | 4.5
>