Fluida statiss
Document Transcript
- 1. FLUIDA STATISSTANDAR KOMPETENSI (SK)Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesikanmasalahKOMPETENSI DASAR (KD)Menganahsis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik sertapenerapannya dalam kehidupan sehari-hari Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir adalah zat yang mengalirkan seluruh bagian-bagiannya ke tempat lain dalam waktu yang bersamaan. Zat alir mencakup zat dalam wujud cair dan gas. Berdasarkan pergerakannya fluida ada dua macam, yaitu fluida dinamik dan fluida statik. Sebelum mempelajari fluida dinamik kita pelajari fluida statik terlebih dahulu. Fluida statik adalah fluida yang tidak bergerak. Contoh fluida statik misalnya air di gelas, air di kolam renang, dan air danau. Fluida menurut Gambar 1. Air dalam sifat-sifatnya dibedakan menjadi dua, yaitu: gelas termasuk fluida statik1. Fluida ideal Fluida ideal adalah fluida yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut. a. tidak kompresibel (volumenya tidak berubah karena perubahan tekanan) b. berpindah tanpa mengalami gesekan (viskositasnya nol)2. Fluida sejati Fluida sejati memiliki ciri-ciri sebagai berikut. a. kompresibel b. berpindah dengan mengalami gesekan (viskositasnya tertentu)1. PENGERTIAN TEKANANTekanan adalah gaya yang bekerja pada suatu permukaan dibagi luas permukaan tersebut: F P = A dengan F = gaya (N), A = luas permukaan (m2), dan P = tekanan (N/m2)Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 1
- 2. 1.1.Tekanan HidrostatisTekanan hidrostatis adalah tekanan yang di sebabkan oleh fluida tak bergerak. Besamyatekanan hidrostatis di dalam dasar tabung adalah: Ph = ρ.g.h Air hPh = tekanan hidrostatis (N/m2), ρ = massa jenis fluida (kg/m2), g = percepatangravitasi(m/s2), dan h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m)Catataan:Satuan tekanan kadang dinyatakan dalam cmHg ataujuga atmosfer (atm). Dalam hal ini:1 atm = 76 cmHg = 1,015 x 105 N/m21.2.Tekanan TotalApabila tekanan udara luar ikut diperhitungkan, maka besamya tekanan total pada satu titikdalam fluida adalah: PA = Po + ρ.g.h h •A dengan Po= tekanan udara luar: 1.3 Hukum Utama HidrostatisTekanan fluida pada bidang batas terendah adalah sama. Dari gambar di bawah : PA = PBPo + ρ1.g h1 = Po + ρ2..g. h2 ρ1 ρ1. h.1 = ρ2.. h2 h1 ρ2 h2 A BModul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 2
- 3. Contoh Soal 1Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 8 m. Berapakah tekanan hidrostatikdan tekanan total di tempat itu, jika diketahui air= 1 000 kg/m3, g = 10 m/s2, dantekanan udara luar 1,01 x 105 Pa?Penyelesaian :Diketahui :air = 1 000 kg/m3g = 10 m/s2Pluar = 1,01 x 105 PaDitanya :Ph = …………..Ptotal = ……………Jawaban :Ph =gh = 1 000 x 10 x 8 = 80.000 PaPtotal = Pluar + Ph = 80.000 + 1,01 x 105 = 0,8 x 105 + 1,01 x 105 = 1,81 x 105 Pa Contoh Soal 2 Zat A air raksa, A = 13.600 kg/m3, zat B air B B = 1 000 kg/m3, luas penampang pipa U = 1 cm2, hB = 68 cm hA hB = 68 cm seperti pada gambar di samping, hA= . . . . A Penyelesaian : Diketahui ; A = 13.600 kg/m3 B = 1 000 kg/m3 A = 1 cm2 hB = 68 cm Ditanya : hA = .................. Jawab : A x hA = B x hB ρ xh 1000x68 hA B B = 5 cm A 13.600Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 3
- 4. Contoh Soal 3 Sebuah mobil di lengkapi rem hidrolik . Luas pengisap rem 4x luas pengisap masternya ( dekat pedal ) . Pengemudi menekan pedal rem dengan gaya 120 N untuk memperlambat mobil . Tentukan gaya tekan rem pada keempat roda ? Penyelesaian : Diketahui : F1 = 120 N A2 = 4 x A1 A1 = luas pengisap master A2 = luas pengisap rem Ditanya : Ftotal = ................... Jawab : F1 F F x A 2 F1 x 4A1 2 F2 1 4F1 A1 A 2 A1 A1 F2 = 4 x 120 N = 480 N Gaya total untuk keempat roda Ftotal = 4 x 480 N = 1 920 N2. HUKUM ARCHIMEDESMenurut Archimedes, suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluidamengalami gaya ke atas yang besamya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh bendatersebut. FA = ρ.V g ρ Vb FAdengan FA = gaya ke atas (N), ρ = massa jenis fluida (kg/m3), V = volume fluida yangdipindahkan (m3).2.1 TerapungBenda yang dicelupkan ke dalam fluida akan terapung jika massa jenis benda lebih kecildaripada massa jenis fluida (ρb < ρf ). Massajenis benda yang terapung dalam fluidamemenuhi persamaan: Vc Atau hc ρb = ρb = Vb f hbdengan Vc = volume benda yang terceiup dalam fluida (m3), Vb = volume benda (m3),Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 4
- 5. hc = tinggi benda yang terceiup dalam fluida (m), hb = tinggi benda (m), ρb= massa jenisbenda (kg/m3), dan ρf = massa jenis fluida (kg/m5)2.2 Melayangmassa jenis fluida Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang jika massajenisbendasama dengan massajenis fluida (ρb = ρf ).2.3 TenggelamBenda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besardaripada massa jenis fluida(ρb > ρf ).Jika benda dapat tenggelam dalam fluida di timbang dalam nuida. maka beratnyaseolah-olah: Wsemu = W - FA atau Wsemu = (ρb - ρf ) Vb .gatau massa benda seolah-olah: msemu = m - ρf .Vb Contoh soal 1 Sebuah bola dengan volume 32 cm3 mengapung di permukaan air, setengah bagian volume di permukaan air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan percepatan gravitasi 10 m/s2, berapakah massa bola sesungguhnya ? Penyelesaian : Diketahui : Vbola = 32 cm2 = 32 x 10-6 m3 air =1000 kg/m3 g = 10 m/s2 Ditanya : mbola = …………… Jawab : Fa = f g Vf = air g ½Vf = 1000 x 10 x ½ (32 x 10-6) = 16 x 10-2 N Benda mengapung, Fa = Wb = massa benda x gravitasi Fa massa benda = percepatan gravitasi 6 x 10 -2 = 10 = 16 x 10-3 = 0,016 kgModul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 5
- 6. Contoh Soal 2 Balok yang tingginya 20 cm dan massa jenisnya 0,75 g/cm3 mengapung di atas zat cair yang massa jenisnya 1,2 g/cm3. Berapa tinggi balok yang muncul di atas permukaan zat cair ? Penyelesaian : hmuncul hf Diketahui : hb = 20 cm ρb = 0,75 g/cm3 ρf = 1,2 g/cm3 Ditanya ; hmuncul = ………. Jawab : V h ρb f x ρf f x ρf Vb hb ρ 0,75 hf b x hb x 20 12,5 cm ρf 1,2 hmuncul = h - hf = 20 – 12,5 = 7,5 cm Contoh Soal 3 Berat sebuah benda 160 N ketika ditimbang di udara, dan 120 N ketika dicelup seluruhnya dalam zat cair yang massa jenisnya 0,8 g/cm3. Berapa massa jenis benda ? Penyelesaian : Diketahui : Wu =160 N Ws = 120 N ρf = 0,8 g/cm3 Ditanya ρb = ……… Jawab : Fa = Wu – Ws = 160 – 120 = 40 N Fa = f g Vf Vf = Fa /f g = Vb Wu = mb g = (b Vb) g = b (Fa /f g) gModul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 6
- 7. Wu = (b / f ) Fa W ρb = ρf x u Fa 160 = 0,8 x 40 = 3,2 g/cm3 3. TEGANGAN PERMUKAAN Air raksa jika diteteskan di atas permukaan meja, maka tetesan-tetesan air raksa tersebut akan berbentuk bola-bola kecil. Tetesan tersebut cenderung memperkecil luas per mukaannya. Hal ini terjadi karena adanya tegangan pennukaan. Tegangan permukaan juga menyebabkan nyamuk dapat hinggap di pennukaan air, jarum atau silet yang diletak kan horisontal secara hati-hati dapat terapung, dan lain-lain. Tegangan permukaan pada kawat (jarum) yag terapung di permukaan zat cairmurupakan gaya per satuan panjang yang bekerja pada permukaan yang tegak lurus terhadapkawat. F L γ= F Tegangan permukaan gelembung sabun pada kawat berbentuk U GELEMBUNG SABUN F γ= 2 F Contoh Soal Batang Jarum yang panjangnya 5 cm diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan air. apabila tegangan permukaan air 7 x 10-2 N/m, berapa besarnya gaya pada permukaan tersebut ? Penyelesaian : Diketahui : ℓ = 5 cm = 5 x 10-2 m γ = 7 x 10-2 N/m Ditanya : F = ................. Jawab :Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 7
- 8. F γ = F = . = 7 x 10-2 x 5 x 10-2 = 35 x 10-4 N 4.Kapilaritas Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler. Permukaan zat cair yang membasahi dinding, seperti air, akan naik pada dinding tabung . Sedangkan yang tidak membasahi dinding, seperti raksa, akan turun pada dinding tabung. Dalam kehidupan sehari-hari, gejala kapiler terdapat antara lain pada: minyak naik melalui sumbu lampu minyak tanah atau sumbu kompor, dinding rumah basah pada musim hujan, air tanah naik melalui pembuluh kayu, dan lain-lain. Peristiwa air membasahi dinding dan raksa tidak membasahi dinding dapat dijelaskandengan memperhatikan gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik- menarik antar partikelsejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik-menarik antar partikel tak sejenis disebut adhesi.Air membasahi dinding karena gaya kohesi antar partikel air lebih kecil dari gaya adhesiantara partikel air dan partikel dinding, sedangkan raksa memiliki gaya kohesi lebih besar darigaya adhesinya dengan dinding, sehingga tidak membasahi dinding. Gaya adhesi air yang lebih besar dari kohesinya menyebabkan permukaan airberbentuk meniskus cekung, sedangkan gaya kohesi raksa lebih besar dari gaya adhesinyamenyebabkan permukaan raksa berbentuk meniskus cembung. h ~~ ~~ ~~ ~~ ~~~~ h~~Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan:h = naik atau turunnya permukaan zat cair(m)γ = tegangan permukaan(N/m) 2 cos r =jari-jari tabung pipa(m) h= .g.rθ = sudut kontakContoh SoalTabung kapiler dengan jari-jari 1 mm dicelupkan ke dalam air. sudut kontak antara air dankaca 0o C. Jika tegangan permukaan γ = 0,073 Nm-1 ,ρair = 1 gr /cm3 dan g = 10 m/s2, makahitunglah kenaikan air pada tabung pipa kapiler !Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 8
- 9. Penyelesaian :Diketahui :γ = 0,073 Nm-1ρair = 1 gr /cm3g = 10 m/s2r = 1 mm = 10-3 mDitanya :h = ...............Jawab : 2 cos h = .g.r 2 x 0,073 x cos 0 = 1000 x 10 x 10 3 = 0,146 x 10-1 m5.Hukum StokesMenurut Sir George Stokes (1854), gaya hambat F yang dialami bola berjari-jari r yangbergerak dengan laju konstan v dalam fluida yang memiliki koefisien viskositas η adalah :Fs =6πrvFs + F = W6 π η r v + V ρf g = V ρb gv= 2 2 g r ρb ρf 9 ηketerangan : Fs FAv = kecepatan terminalρb = massa jenis bola (kg/m3)ρf = massa jenis fluida (kg/m3) Wη = koefisien viskositas (Pa.s) Hokum StokesV = Volume (m3)Contoh SoalSebuah bola bermassa jenis 7000 kg/m3 dan berjari-jari 2 cm dijatuhkan dalam gliserin yangmassa jenisnya 6000 kg/m3 dengan koefisien viskositas 1,4 Pa.s. Tentukan kecepatan terminalbola tersebut jika g = 10 m/s2Penyelesaian :Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 9
- 10. Diketahui :ρb = 7000 kg/m3ρf = 6000 kg/m3η = 1,4 Pa.SDitanya :v = ..............Jawabv = 2 2 g r ρb ρf 9 η 2 x (0,02) 2 x (7000 6000) = 9 x 1,4 = 0,63 m/sModul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 10
- 11. UJI KOMPETENSI1. Jika prcepatan gravitasi adalah 9,81 m/s2 maka berat jenis raksa dalam satuan SI adalah .... (A). 13,6 kg/dm3 (B). 13,6 1000 9,81 N/m3 (C). 13,6 1000 kg/m3 (D). 13,6 981 dyne/cm3 (E) 13,6 N/m32. Apabila pipa barometer diganti dengan pipa yang luas penampangnya dua kalinya maka pada tekananudara luar 1 atmosfer tinggi raksa dalam pipa .... (A). 19 cm (D). 114 cm (B). 38 cm (E). 152 cm (C). 76 cm3. Raksa pada bejana berhubungan mempunyai selisih ketinggian permukaan 2 cm ( massa jenis = 13,6 g cm-3 ). Kaki sebelah kiri berisi zat cair yang tingginya 25 cm, berarti massa jenis zat cair itu adalah .... (A). 800 kg m-3 (D). 1300 kg m-3 -3 (B). 1030 kg m (E). 1360 kg m-3 -3 (C). 1088 kg m4. Faktor yang menentukan tekanan zat cair adalah .... (A). Massa jenis zat cair (B). Massa jenis dan volume zat cair (C). Massa jenis dan kedalaman zat cair (D). Volume dan kedalaman zat cair (E). Massa jenis, volume, dan kedalaman zat cair5. Pada gambar diketahui massa jenis minyak 0,8 g/cm3, massa jenis alkohol = 0,7 g/cm3. Bila tinggi h1 = 3 cm, h2 = 1 cm, berapa besar ho ? (A). 0,1 cm (B). 0,2 cm Hg h1 h3 (C). 0,3 cm minyak h2 (D). 0,4 cm (E). 0,5 cm air6. Tekanan yang dilakukan pada zat cair akan diteruskan ke semua arah sama besar, merupakan pernyataan .... (A). Hukum utama hidrostatik (B). Hukum Archimedes (C). Hukum Pascal (D). Hukum Boyle (E). Hukum kekekalan energi mekanik7. Gaya Archimedes yang bekerja pada sebuah benda di dalam zat cair sebanding dengan .... (A). Berat zat cair (B). Berat zat cair dan volume bendaModul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 11
- 12. (C). Berat dan massa jenis zat cair (D). Volume benda dan massa jenis zat cair (E). Volume benda, berat zat cair, dan massa jenis zat cair8. Sebuah benda dapat melayang di dalam suatu zat cair jika .... (A). Berat zat cair yang dipindahkan sama dengan gaya Archimedes (B). Berat benda sama dengan gaya ke atas (C). Volume zat cair yang dipindahkan sama dengan volume benda (D). Massa jenis benda kurang dari massa jenis zat cair (E). Besar gaa Archimedes sama dengan gaya ke atas9. Sebuah ban dalam mobil diisi udara, volumenya 0,1 m3 dan massanya 1 kg. Apabila ban itu digunakan sebagai pengapung di dalam air, massa jenis air 103 kg/m3 dan percepatan gravitasi 10 ms-2, maka ban dapat mengapungkan beban maksimum sebesar .... (A). 1001 kg (D). 100 kg (B). 1000 kg (E). 99 kg (C). 101 kg10. Sebuah balon berbentuk bola dengan diameter 10 m berisi udara panas. Kerapatan udara di dalam bola adalah 75 % kerapatan udara luar ( kerapatan udara luar 1,3 kg/m3 ). Besar massa total maksimum penumpang dan beban yang masih dapat diangkut balon tersebut (g = 10 m/s2) adalah .... (A). Nol (D). 510 kg (B). 1,3 kg (E). 680 kg (C). 170 kg11. Bola besi padat yang beratnya 2,0 N diikatkan pada sebuah kawat dan dicelupkan dalam minyak ( massa jenis 0,80 g/cm3 ). Bila massa jenis besi 7,9 g/cm3, maka tegangan kawat adalah .... (A). 2,0 N (D). 1,2 N (B). 1,8 N (E). 2,2 N (C). 1,6 N12. Sebuah batu memiliki berat 30 N di udara dan 21 N dalam air. Massa jenis batu .... (A). 9 g/cm3 (D). 1,43 g/cm3 3 (B). 7,8 g/cm (E). 0,3 g/cm3 (C). 3,33 g/cm3 113. Sebuah benda bila dicelupkan dalam air maka 3 bagian akan muncul di permukaan. Bila benda dicelupkan ke dalam ke dalam suatu larutan dengan rapat jenis 8 9 g/cm3 maka bagian yang muncul di permukaan adalah …. (A). 1 bagian 4 (D). 2 bagian 3 1 3 (B). 3 bagian (E). 4 bagian 1 (C). 2 bagian14. Massa sesungguhnya dari sebuah benda adalah 300 g. Jika ditimbang di dalam air massanya seolah-olah menjadi 225 g, dan jika ditimbang di dalam suatu cairan lain massanya seolah-olah menjadi 112,5 g . Jika diandaikan rapat jenis air adalah 1 g/cm3, maka rapat jenis cairan itu …. (A). 0,83 g/cm3 (D). 2,67 g/cm3Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 12
- 13. (B). 1,20 g/cm3 (E). 3,20 g/cm3 (C). 2,50 g/cm315. Sebuah logam C merupakan campuran dari logam A dan logam B, massanya 200 gram jika ditmbang di udara, sedangkan jika ditimbang di dalam air, massa yang tampak 185 gram. Jika kerapatan logam A 20 gram/cm3 , kerapatan logam B 10 gram/cm3, dan kerapatan air 1 gram/cm3, maka massa logam A .... (A). 15 gram (D). 100 gram (B). 30 gram (E). 133,33 gram (C). 66,67 gram16. Sebuah balok kayu dengan massa jenis 800 kg/m3 terapung di air. Selembar aluminium dengan massa 54 g dan massa jenis 2700 kg/m3 diikatkan di atas kayu sehingga sistem ini melayang dalam air. Volume balok kayu itu adalah .... (A). 680 cm3 (D). 200 cm3 3 (B). 340 cm E). 180 cm3 3 (C). 270 cm17. Suatu benda terapung di atas permukaan air yang berlapiskan minyak dengan 50% volume benda berada di dalam air, 30% di dalam minyak. Dan sisanya berada di atas permukaan minyak. Jika massa jenis minyak 0,8 g/cm3, maka massa jenis benda tersebut adalah…. (dalam g/cm3) (A) 0,62 (D) 0.78 (B) 0,68 (E) 0.82 (C) 0,74Modul Fluida Statis I Nyoman Alit Tiana 13
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Berikan Komentar Anda