Fluida Statis

 

Kali ini kita akan mempelajari fluida. Fluida terbagi menjadi dua, yaitu fluida statik dan fluida dinamik. Kita awali dengan belajar tentang fluida statik, yaitu 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.Hukum-hukum yang terkait di dalam fluida statik adalah tekana hidrostatis hukum Pascal dan hukum Archimedes.

Tekanan hidrostatis 

Penerapan konsep tekanan dalam kehidupan seharihari misalnya pada pisau dan paku. Ujung paku dibuat runcing dan pisau dibuat tajam untuk mendapatkantekanan yang lebih besar, sehingga lebih mudah menancap pada benda lain. Tekanan yang berlaku pada zat cair adalah tekanan hidrostatik, yang dipengaruhi kedalamannya. Hal ini dapat dirasakan oleh perenang atau penyelam yang merasakan adanya tekanan seluruh badan. Karena fluida
memberikan tekanan ke segala arah.

Untuk mengetahui tekanan  hidrostatis itu dapat dilihat pada Sebuah bejana berisi air yang diam. Mengapa di titik A ada tekanan hidrostatis. Sesuai definisinya, tekanan adalah besarnya gaya persatuan luas maka di titik A terasa ada tekanan karena ada gaya berat dari air di atasnya.

Berarti tekanan hidrostatis di titik A dapat ditentukan sebagai berikut:

dengan :

            P = tekanan hidrostatis (Pa)

            ρ = massa jenis fluida (kgm2)

            h = kedalaman fluida (m)

            g = 10 m/s2, percepatan gravitasi

Makin tinggi suatu tempat, makin kecil kerapatan udaranya. Untuk tekanan total yang dialami suatu zat cair pada ketinggian tertentu dapat dicari dengan menjumlahkan tekanan udara luar dengan tekanan hidrostastis. 

Ptotal = P0 +Ph

 

Hukum pascal 

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Berdasarkan hukum ini diperoleh prinsip bahwa dengan gaya yang kecil dapat menghasilkans uatu gaya yang lebih besar

Perhatikan Gambar  Apabila pengisap 1 ditekan dengan gaya F1, maka zat cair menekan ke atas dengan gaya PA1. Tekanan ini akan diteruskan ke penghisap 2 yang besarnya PA2. Karena tekanannyasama ke segala arah. 

maka didapatkan persamaan sebagai berikut:

 

dengan:

              F1 = gaya yang dikerjakan pada pengisap 1 (N)

              F2 = gaya yang dikerjakan pada pengisap 2 (N)

              A1 = luas pengisap 1 (m2)

              A2 = luas pengisap 2 (m2)

Fluida Dinamis

PENGERTIAN FLUIDA

Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. 
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.

Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:

     1.  Fluida Statis

2.  Fluida Dinamis

2. FLUIDA DINAMIS

Pengertian Fluida Dinamis

Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).

Dalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.

Besaran-besaran dalam fluida dinamis

Debit aliran (Q)

Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:

Dimana :

Q   =    debit aliran (m³/s)

A   =    luas penampang (m²)

V   =    laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

 

Dimana :

Q   =    debit aliran (m³/s)

V   =    volume (m³)

t     =    selang waktu (s)

  

Persamaan Kontinuitas

Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka:

Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :

Dimana :

p   = tekanan air (Pa)

v    = kecepatan air (m/s)

g   = percepatan gravitasi

h    = ketinggian air

Penerapan dalam teknologi

Pesawat Terbang

Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah.

Hukum Bernoulli

Daniel Bernoulli

Daniel Bernoulli adalah seorang seorang matematikawan dan fisikawan Swiss. Salah satu pemikirannya yang penting dalam dunia fisika adalah persamaan Bernoulli pada tabung arus yang digunakan untuk pengukuran kecepatan aliran karena tekanan. Ia merupakan salah satu dari banyak matematikawan terkemuka dalam keluarga Bernoulli . Dia diingat karena aplikasi matematika untuk mekanik, khususnya mekanika fluida , dan untuk kepeloporannya dalam probabilitas dan statistik. Namanya disebut dalam prinsip Bernoulli, contoh tertentu dari konservasi energi, yang menggambarkan matematika dari mekanisme yang mendasari pengoperasian dua teknologi penting dari abad ke-20: Karburator dan Sayap pesawat.

Persamaan Bernouli dan Aplikasinya

Asas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar, tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling kecil. Sebaliknya, tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling besar.

Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian

1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit

Jurnal Fluida

RAJA LAUT TERKAPAR

Nur Ningsih Nonci, Besse Nurul Hikmah, Dwi Siti Hartinah Eny. A, Karlinayanti,     Nur Afni

Program Studi Pendidikan IPA FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Fluida merupakan salah satu jenis zat yang dapat mengalir. Bentuk fluida cenderung tidak tetap, yakni bergantung pada wadah atau penampungan tempat zat itu berada. Karena sifatnya yang demikian, maka pemanfaatannya fluida dalam kehidupan sehari-hari cukup banyak. Aplikasi dari fluida dapat kita lihat contohnya, seperti pada kapal laut. Pada dasarnya kapal laut yang terbuat dari bahan-bahan berat dapat mengapung di laut atau perairan karena kapal didesain sedemikian rupa sehingga mempunyai rongga. Dengan demikian, volume air yang dipindahkan oleh kapal sangat banyak dan hal ini menyebabkan gaya ke atas yang dialami oleh kapal sangat besar sehingga kapal tidak tenggelam. Kapal laut  berbentuk cekungan dan memiliki ruangan-ruangan yang demikian luas beserta rongga berisi udara, yang menjadikan volume kapal laut menjadi sedemikian besar. Hal ini menyebabkan massa jenis kapal laut menjadi lebih kecil dari massa jenis air. Oleh sebab itu kapal laut bisa mengapung di laut. Rongga pada bagian tengah kapal laut ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan badan kapal  besar. Aplikasi ini bedasarkan bunyi hukum Archimedes dimana gaya apung suatu benda sebanding dengan banyaknya air yang dipindahkan. Dengan menggunakan prinsip tersebut maka kapal laut bisa terapung dan tidak tenggelam.

Sejarah Hukum Pascal

Blaise Pascal (1623-1662)

Blaise Pascal (1623-1662) terlahir di Clermont Ferrand pada 19 June 1623. Pada tahun 1631 keluarganya pindah ke Paris.

Blaise Pascal adalah anak Etienne Pascal, seorang ilmuwan dan matematikawan lahir di Clermont. Etienne Pascal, juga merupakan penasehat kerajaan yang kemudian diangkat sebagai presiden organisasi the Court of Aids di kota Clermont. Ibu Pascal, Antoinette Bigure, meninggal saat umur Pascal berumur empat tahun tidak lama setelah memberinya seorang adik perempuan, Jacqueline. Ia mempunyai kakak perempuan yang bernama, Gilberte.

Pascal juga pernah melakukan studi hidrodinamik dan hidrostatik, prinsip-prinsip cairan hidraulik ( hydraulic Fluida ). Penemuannya meliputi hidraulik tekan ( press Hydraulic ) dan tentang jarum suntik ( syringe ).

Umur 18 tahun, tubuhnya lemah dan mengalami kelumpuhan tungkai atas membuat Pascal harus tinggal di tempat tidur. Harus menelan cukup makanan agar tetap hidup, meskipun selalu merasa sakit kepala. Umur 24 tahun, dia dan Jacqueline pergi ke Paris untuk pemeriksaan medis dengan peralatan yang lebih canggih. Ternyata dia diharuskan tinggal di rumah sakit. Saat ini banyak ilmuwan datang menyambangi yang tertarik dengan eksperimen kehampaan (vakum) yang sedang dikerjakannya. Descartes datang untuk berdiskusi. Akhir tahun, kesehatan tubuhnya memungkinkan dia meneruskan pekerjaan, menguji teori kehampaan.

Ia memiliki sebuah replika percobaan yang berupa tabung sepanjang 31 inci (78,7 cm) yang diisi air raksa yang diposisikan terbalik dalam sebuah mangkok mercuri. Pascal ingin mengetahui kekuatan apa yang menjaga mercuri dalam tabung, dan apa yang mengisi ruang kosong dibagian atas dalam tabung mercuri tersebut. Apakah berisi: udara? uap air raksa? kehampaan?

Pada waktu itu, kebanyakan ilmuwan berpendapat bahwa ruang kosong ditabung atas mercuri tersebut adalah tak lebih daripada vacuum ( kosong ), dan beberapa kejadian yang dianggap tak mungkin oleh ilmuwan sebelumnya, telah terlihat saat percobaan itu dilakukan. Hal ini berdasarkan pemikiran Ariestoteles, bahwa “ penciptaan “ sesuatu yang bersifat “ subtansi “, apakah terlihat atau tidak terlihat, dan “zat / subtansi “ selamanya bergerak. Hukum Ariestoteles adalah sebagai berikut : “ Segala sesuatu yang bergerak, harus digerakan oleh sesuatu ( Everything that is in motion must be moved by something ) “. Oleh karena itu para ilmuwan penganut Ariestoteles menyatakan, bahwa vacuum ( tenaga isap ) itu adalah hal yang mustahil. Bagaimana bisa begitu ? Maka bukti itu ditunjukan :

• Cahaya yang melewati itu di sebut “ vacuum ( kosong ) ” dalam tabung kaca.
• Ariestoteles menulis, segala sesuatu bergerak, harus digerakan oleh sesuatu yang lain

Sejarah Penemuan Teori Archimedes

Archimedes (287 – 212 SM)

Archimedes lahir di kota Sirakusa di Pulau Sisilia, sebelah selatan Italia, pada tahun 287 SM. Ia belajar di kota Alexandria, Mesir. Kemudian ia kembali ke Mesir. Ayahnya ahli bintang namanya Phidias.

Archimedes adalah ilmuan terbesar sebelum Newton. Ia adalah ahli matematika Yunani (terutama geometri), ahli fisika (terutama mekanika , statistika, dan hidrostatika), ahli optika, ahli astronomi, warga Negara Sisilia, pengarang , dan penemu. Ia mendapat julukan bapak IPA eksperimental karena mendasarkan penemuannya pada eksperimen. Kebenaran penemuan-penemuannya telah ia buktikan dengan eksperimen.

Konsep pelambungan (air mendorong objek keatas sama dengan berat air yang digantikan objek) dan pengungkit (gaya mendorong kebawah pada satu sisi dari pengungkit menciptakan gaya mengangkat pada sisi lain yang proposional pada panjang dua sisi pengungkit) mendasari semua ilmu kuantitatif dan teknik. Prinsip ini mewakili pemahaman manusia yang paling awal mengenai hubungan dalam dunia fisika di sekitar kita dan merumuskan secara matematika kejadian fisika di dunia. Berbagai kemajuan ilmu dan teknik bergantung pada penemuan 2 prinsip ini. Seperti teknologi kapal (konvensional) dan kapal selam (submarine).

Pada waktu itu yang jadi raja di Sirakusa adalah Hieron II,sahabat Archimedes. Pada suatu hari Hieron II menyuruh seorang pandai emas membuat mahkota.Hieron merasa bahwa pandai emas itu curang. Mahkota itu tidak terbuat dari emas murni tapi dari campuran emas dan perak. Maka Hieron menyuruh Archimedes membuktikan kecurangan pandai emas itu tanpa merusak mahkota tersebut. Berhari-hari Archimedes berpikir keras. Ia tidak tahu cara membuktikan kecurangan pandai emas. Waktu itu belum ada alat elektronik yang dapat mendeteksi apakah sebuah benda terbuat dari emas murni atau emas campuran. Ketika kepala Archimedes terasa panas karena terlalu banyak berpikir,ia masuk ke tempat mandi umum. Ia membuka pakaian dan masuk ke bak mandi yang penuh dengan air. Archimedes menyadari lengannya terapung diatas air. Sebuah ide kemudian terbesit di benaknya. Dia menarik tangannya kedalam air dan dia merenggangkan lengannya. Lengannya dengan sendiri mengapung kembali ke atas. Kemudian dia mencoba berdiri dari bak, level air menjadi menyusut, kemudian dia duduk kembali, level air meningkat kembali. Dia berbaring, air naik lebih tinggi lagi, dan dia merasa lebih ringan. Dia berdiri, level air menurun dan dia merasa dirinya lebih berat. Air harusnya telah mendorong dia keatas sehingga dia merasa ringan.

Tiba-tiba ia bangkit, lupa mengenakan pakaian, sambil telanjang bulat lari sepanjang jalan menuju rumahnya. Kepada istrinya ia berteriak, Eureka! Eureka! Artinya, Sudah kutemukan! Sudah Kutemukan! Apa yang ia temukan? Ia menemukan nama hukum Archimedes ,yang bunyinya: “Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapat gaya keatas seberat zat cair yang didesak oleh benda itu”. Dengan hukum itu ia bermaksud membuktikan kecurangan pandai emas.

Dirumahnya ia melakukan percobaan selanjutnya. Dia kemudian mengambil sebuah batu dan sebalok kayu yang memiliki ukuran sama ke dalam bak dan merendamkan mereka kedua-duanya. Batu tenggelam tetapi terasa ringan. Dia harus menekan kayu supaya tenggelam. Itu artinya air harus menekan ke atas dengan gaya yang relatif terhadap jumlah air yang tergantikan oleh ukuran objek daripada berat dari objek. Seberat apa objek itu dirasakan di air mempengaruhi kepadatan objek.Ini membuat Archimedes mengerti bagaimana memecahkan masalah raja. Dia kembali ke raja. Kuncinya adalah kepadatan. Jika mahkota ini terbuat dari logam bukan emas, dia dapat memiliki berat yang sama tetapi akan memiliki kepadatan yang berbeda sehingga akan menumpahkan jumlah air yang berbeda. Mahkota dan sebuah emas yang beratnya sama di masukkan ke sebuah mangkok berisi air. Mahkotanya ternyata menumpahkan air lebih banyak sehingga terbukti mahkota itu adalah palsu.

Pada masa itu, kapal yang dibuat oleh Archimedes adalah kapal yang terbesar. Untuk dapat mengambang, kapal ini harus dikeringkan dahulu dari air yang menggenangi dek kapal. Karena besarnya kapal ini, jumlah air yang harus dipindahkanpun amat banyak. Karena itu Archimedes menciptakan sebuah alat yang disebut "Sekrup Archimedes".

Dengan ini air dapat dengan mudah disedot dari dek kapal. Ukuran kapal yang besar ini juga menimbulkan masalah lain. Massa kapal yang berat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk mengatasi hal ini, Archimedes kembali menciptakan sistem katrol yang disebut "Compound Pulley". Dengan sistem ini, kapal tersebut beserta awak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya dengan menarik seutas tali. Kapal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadi kapal paling fenomenal pada zaman itu.