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)

Hukum archimides

Anda tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes.

Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.

F_A = ρ_fV_f g

dengan: 

F_A = gaya ke atas (N),

ρ_f = massa jenis fluida (kg/m³),

V_f = volume fluida yang dipindahkan (m³), dan

g = percepatan gravitasi (m/s³)

Berdasarkan Persamaan dapat diketahui bahwa besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida, volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi Bumi.

            Hukum archimedes menyebabkan benda yang dimasukkan ke dalam air akan mengalami tiga kemungkinan, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam .

 

a. Terapung 

     Benda dikatakan terapung dalam zat cair jika tidak seluruh bagian benda tercelup dalam zat cair. Hal ini terjadi karena massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair ( ρb< ρc). sehingga berat benda sama dengan  gaya keataas wb =Fa. Contoh peristiwa terapung, antara lain, plastik atau kayu yang dimasukkan ke dalam air, kapal dalam air. 

b. Melayang

  Benda dikatakan melayang dalam zat cair apabila keseluruhan permukaan benda tercelup dalam zat cair dan benda diam (tidak jatuh ke bawah tetapi juga tidak mun- cul ke permukaan). Kondisi ini dapat terjadi karena massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair ( ρb = ρc), sehingga berat benda menjadi sama Wb=Fa Dengan kata lain, berat benda di dalam zat cair sama dengan nol. Contoh peristiwa melayang adalah ikan-ikan di dalam air.

 

c. Tenggelam

Benda dikatakan tenggelam dalam zat cair apabila benda jatuh ke bawah/dasar wadah saat dimasukkan ke dalam zat cair tersebut. Hal ini terjadi karena massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis zat cair ( ρb > ρc), sehingga berat benda juga lebih besar daripada gaya archimedes wb > Fa. Contoh peristiwa tenggelam, antara lain, batu dan yang dimasukkan ke dalam air.