Materi Fisika : Fluida Statis

FLUIDA STATIS

Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser. 
1. Massa Jenis Zat (Density)

Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). (http://id.wikipedia.org/wiki/Massa_jenis)

Satuan SI → kilogram per meter kubik (kg/m³)                         

Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.

ρ = m / V

  dengan: m = massa (kg atau g),

              V = volume (m³ atau cm³), dan

              ρ = massa jenis (kg/m³ atau g/cm³).

Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)

Bahan	Massa Jenis (g/cm3)	Nama Bahan	Massa Jenis (g/cm3)
Air	1,00	Gliserin	1,26
Aluminium	2,7	Kuningan	8,6
Baja	7,8	Perak	10,5
Benzena	0,9	Platina	21,4
Besi	7,8	Raksa	13,6
Emas	19,3	Tembaga	8,9
Es	0,92	Timah Hitam	11,3
Etil Alkohol	0,81	Udara	0,0012

2. Tekanan (p)

tekanan zat adalah gaya yang bekerja pada benda tiap satuan luas benda
Secara matematis, tekanan zat dirumuskan sebagai berikut.

P = F / A

dengan :
F = gaya yang bekerja pada benda

A = luas penampang benda

3. Tekanan  Hidrostatis (P_h)

Tekanan Hidrostatik adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini bergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. 

    P_h    = F / A

            = mg / A

            =  rVg / A

            = rAhg / A

            = rhg 

ket.
P= Tekanan Hidrostatik (N/m2) 
ρ= Massa Jenis (kg/m3) 
g= Percepatan gravitasi ( m/det2) 
h= Kedalaman/ketinggian  (m)

Tekananan Pada Suatu Kedalaman

P = P_o + P_h

P = P_o + ρ g h

Dengan :

P_o = tekanan udara luar

h  = ke dalaman di ukur dari permukaan

ρ= massa jenis fluida

g = percepatan gravitasi

Barometer Raksa

P_A = P_B

P_o = ρ g h

Dengan :

ρ = massa jenis raksa  = 13,6 gr / cm ³

g = percepatan gravitasi = 9,8 m / s²

h = tinggi raksa dalam pipa kapiler (cm atau m)

Po = tekanan udara luar = 1 atm atau 76 cm Hg

Hukum Pascal

Tekanan yang di berikan kepada fluida yang memenuhi sebuah ruangan di teruskan oleh fluida itu dengan sama kuatnya ke segala arah tanpa mengalami pengurangan

PRINSIP HUKUM PASCAL

Di rumuskan :

P₁ = P₂

(F₁/A₁) = (F₂/A₂)

Dengan :

F₁ : gaya yang bekerja pd piston 1

F₂ : gaya yang bekerja pd piston 2

A₁ : luas penampang 1

A₂ : luas penampang 2

Bejana Berhubungan

Di rumuskan :

P₁ = P₂

P_o + r₁gh₁ = Po + r₂gh₂

r₁h₁  = r₂h₂

Prinsip-prinsip hukum Pascal dapat diterapkan pada alat-alat seperti :

1.      PastaGigi
Pasta gigi adalah cairan yang tertutup dalam tabung dengan lubang kecil di salah satu ujung. Ketika bagian ujung satunya dari tabung diperas maka akan menyemprotkan pasta gigi keluar dari ujung terbuka yang satunya. Tekanan diberikan pada tabung dan ditransmisikan secara merata ke seluruh pasta gigi. Ketika tekanan mencapai ujung terbuka, kemudian memaksa pasta gigi keluar melalui lubang tersebut.

2.      Rem Hidrolik

Contoh lain betapa bergunanya hukum pascal adalah prinsip kerja rem hidrolik dalam kendaraan bermotor seperti mobil. Rem hidrolik dalam mobil menggunakan cairan untuk mengirimkan tekanan, gaya yang diberikan pada pedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.

3.      Dongkrak Hidrolik

Dongkrak digunakan untuk mengangkat mobil yang akan dicuci menggunakan hukum pascal. Saat kita mendorong salah satu piston dengan gaya f maka fluida didalamnya tertekan kemudian menyebarkan tekanan dengan merata ke segala arah, sehingga mampu menekan piston lain yang ditumpangi mobil yang kemudian terangkat ke atas.

4.      Suntikan

Begitupun dengan suntikan, kita memberikan tekanan pada salah satu ujung suntikan kemudian cairan keluar melalui ujung tajam jarum suntikan tersebut. dan masih banyak contoh lainnya.

Mengapung

Karena bendanya seimbang, maka :

        åF_y = 0

    F_a – w = 0

          F_a  =  w

          F_a  =  m_b g

          F_a  = (r_b V_b) g

(r_f V_bf) g = (r_b V_b) g

          r_b  = (V_bf/V_b) rf 

Atau

r_b  = (V_bf/V_b) r_f

              = (A h_bf / A h_b) r_f

  r_b  = ( h_bf / h_b ) r_f

Dengan :

r_b  = massa jenis benda (kg / m³)

r_f   = masa jenis fluida (kg / m³)

h_b  = tinggi benda (m)

h_bf = tinggi benda dalam fluida (m)

Kesimpulan :

Benda  yang dicelupkan ke dalam fluida akan mengapung, bila massa jenis rata – rata benda lebih kecil daripada massa jenis fluida.

Syarat benda mengapung :

r_b < r_f

Melayang

Syarat benda melayang :

           Fa = w

(r_f V_bf) g = (r_b V_b) g

           r_f  = r_b

Kesimpulan :

Benda  yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang, bila massa jenis rata – rata benda sama dengan massa jenis fluida.

Syarat benda melayang:

r_b = r_f

Tenggelam

Dengan cara yang sama di peroleh :

r_b > r_f

Kesimpulan :

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam, bila massa jenis rata – rata benda lebih besar daripada massa jenis fluida.

TEGANGAN PERMUKAAN

Secara matematis tegangan permukaan di rumuskan :

 Atau