Fluida Statis

Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau sering disebut Zat Alir. Jadi perkataan fluida dapat mencakup zat cair atau gas.

Antara zat cair dan gas dapat dibedakan : Zat cair adalah Fluida yang non kompresibel (tidak dapat ditekan) artinya tidak berubah volumenya jika mendapat tekanan sedangkan Gas adalah fluida yang kompresibel, artinya dapat ditekan.

Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai fluida yang non kompresibel saja.

Bagian dalam fisika yang mempelajari tekanan-tekanan dan gaya-gaya dalam zat cair disebut : HIDROLIKA atau MEKANIKA FLUIDA yang dapat dibedakan dalam :

Hidrostatika : Mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam.

Hidrodinamika : Mempelajari gaya-gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang bergerak. (Juga disebut mekanika fluida bergerak)

Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai Hidrostatika saja.

Rapat Massa dan Berat Jenis.

Rapat massa benda-benda homogen biasa didefinisikan sebagai : massa persatuan volume yang disimbolkan dengan ρ

Berat jenis didefinisikan sebagai Berat persatuan Volume. Yang biasa disimbolkan dengan ( D )

Tekanan Hidrostatika.

Tekanan Hidrostatis adalah Tekanan yang disebabkan oleh berat zat cair. 

Tekanan sendiri adalah Gaya per satuan luas yang bekerja dalam arah tegak lurus suatu permukaan. 

Tekanan disimbolkan dengan "P"

Tiap titik di dalam fluida tidak memiliki tekanan yang sama besar, tetapi berbeda-beda sesuai dengan ketinggian titik tersebut dari suatu titik acuan.

Dasar bejana akan mendapat tekanan sebesar :

P = tekanan udara + tekanan oleh gaya berat zat cair (Tekanan Hidrostatika).

Jadi Tekanan Hidrostatika (P_h) didefinisikan :

P_h = ρ . g . h

Keterangan :

ρ = rapat massa zat cair (kg/m³⁾

g  = percepatan gravitasi (m/det²

h  = tinggi zat cair diukur dari permukaan (m)

P_h = Tekanan Hidrostatika (N/m² 

Gaya Hidrostatika. ( F_h)

Besarnya gaya hidrostatika (F_h) yang bekerja pada bidang seluas A adalah :

F_h = P_h . A = ρ. g . h . A

F_h = gaya hidrostatika dalam SI (MKS) adalah Newton dalam CGS adalah Dyne.

Hukum Pascal

Tekanan yang bekerja pada fluida di dalam ruang tertutup akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan sama besar.

Contoh alat yang berdasarkan hukum Pascal adalah : Pompa Hidrolik.

Perhatikan gambar bejana berhubungan di bawah ini

Permukaan fluida pada kedua kaki bejana berhubungan sama tinggi.

Bila kaki I yang luas penampangnya A₁ mendapat gaya F₁ dan kaki II yang luas penampangnya A₂ mendapat gaya F₂ maka menurut Hukum Pascal harus berlaku:

P₁ = P₂

F₁ : F₂ = A₁ : A₂

Hukum Utama Hidrostatis

Tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam sejenis zat cair yang dalam keadaan setimbang adalah sama.

(P_h) di A  =  (P_h) di B  =  (P_h) di C

Hukum utama hidrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur.

(P_h)_A  =  (P_h)_B

ρ₁h₁ + ρ₂h₂ = ρ₃h₃

Paradoks Hidrostatis

Segala bejana yang mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi zat cair dengan ketinggian yang sama pula (h).

Menurut Hukum Utama Hidrostatis : Tekanan hidrostatis pada dasar masing-masing bejana adalah sama yaitu

Ph = ρ . g . h

Paradoks Hidrostatis : Gaya hidrostatis pada dasar bejana tidak tergantung pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan tergantung pada :

• Massa jenis zat cair.
• Tinggi zat cair diatas dasar bejana.
• Luas dasar bejana.

Jadi gaya hidrostatis pada dasar bejana-bejana tersebut sama yaitu F_h =  ρ. g . h . A

Hukum Archimedes

Bila sebuah benda diletakkan di dalam fluida, maka fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas (F_A)  pada benda tersebut yang besarnya = berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. 

Benda di dalam zat cair ada 3 macam keadaan :

1. Benda Tenggelam didalam Zat Cair

F_A = ρ_c . V_b . g

Benda Tengelam berarti F_A  < W, 

ρ_c . V_b . g < ρ_b . V_b . g

ρ_c < ρb

Selisih antara W dan F_A disebut Berat Semu (W_s)

W_s = W - F_A

2. Benda Melayang

Benda melayang di dalam zat cair berarti benda tersebut dalam keadaan setimbang.

F_A = W

ρ_c . V_b . g  =  ρ_b . V_b . g

ρ_c = ρb

3. Benda Terapung

Misalkan sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena, 

F_A > W

r_c . V_b . g  >  r_b . V_b . g

ρ_c > ρb

Kohesi dan Adhesi. 

Kohesi : adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel suatu zat yang sejenis. 

Misalnya : gaya tarik menarik yang terjadi pada air, besi dan sebagainya. Makin kuat kohesi ini, makin kuat bendanya (tidak mudah berubah bentuknya). Berarti kohesi molekul-molekul zat padat dari kohesi molekul-molekul zat cair dari kohesi molekul-molekul zat gas. 

Adhesi : adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel dari zat yang berbeda/tak sejenis.

Contoh : Kapur tulis yang melekat pada papan.

kohesi molekul-molekul air lebih kecil dari adhesi molekul-molekul air dan kaca. Kohesi molekul-molekul air raksa lebih besar dari adhesi molekul-molekul air raksa dan kaca.

Pengaruh Kohesi & Adhesi Terhadap Permukaan Fluida.

Air : Permukaannya cekung, pada pipa kapiler permukaannya lebih tinggi, karena adhesinya lebih kuat dari kohesinya sendiri. Air Raksa : Permukaannya cembung, sedangkan pada pipa kapiler permukaannya lebih rendah, karena kohesi air raksa lebih besar dari adhesi antara air raksa dengan kaca.

Tegangan Permukaan

Sebagai akibat dari adanya kohesi zat cair dan adhesi antara zat cair-udara diluar permukaannya, maka pada permukaan zat cair selalu terjadi tegangan yang disebut tegangan permukaan. 

Karena adanya tegangan permukaan inilah nyamuk, jarum, pisau silet dapat terapung di permukaan zat cair meskipun massa jenisnya lebih besar dari zat cair. Tegangan permukaan dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :

F = Gaya yang bekerja.( N )

L = Panjangnya batas antara benda dengan permukaan zat cair (m)

γ = Tegangan permukaan (N/m)

Untuk benda berbentuk lempeng : panjang batasnya = kelilingnya. 

Untuk benda berbentuk bidang kawat : panjang batasnya = 2 x kelilingnya. 

Untuk benda berbentuk kawat lurus, juga pada lapisan tipis (Selaput mempunyai 2 permukaan zat cair) panjang batasnya = 2 x Panjang (L).

Miniskus dan Kapilaritas

Miniskus : Yaitu bentuk permukaan zat cair dalam suatu pipa yaitu cekung atau cembung. Makin sempit pipa (Pembuluh) makin jelas kelengkungannya.

Kapilaritas : Yaitu suatu gejala turun atau naiknya zat cair dalam pembuluh yang sempit, jika pembuluh yang kedua ujungnya terbuka ini dimasukkan tegak lurus ke dalam bak yang berisi zat cair. 

Sedang pembuluh sempit tersebut tersebut disebut pipa kapiler. Kenaikan/penurunan permukaan zat cair dalam kapiler dapat dirumuskan sebagai berikut

y = Kenaikan/penurunan zat cair dalam kapiler 

γ = Tegangan permukaan zat cair 

θ = Sudut kontak 

ρ = Massa jenis zat cair 

g = Percepatan gravitasi 

r =  jari-jari kapiler.

sumber : kilik disini

Posted in: materi mekanika