kapal selam

Fluida Statis – Pengertian , Penerapan Hukum Dasar Fluida Statis Dan Contoh Soal

Posted on

Pada gambar terlihat sebuah kapal selam di tengah lautan. Kapal selam terbuat dari besi tetapi dapat berada pada kondisi tenggelam, melayang, dan terapung. Mengapa bisa seperti itu? Semua kondisi yang berhubungan dengan kapal selam merupakan aplikasi hukum Archimedes. Hukum Archimedes yang diaplikasikan daiam kapal selam dipengaruhi adanya massa jenis benda maupun fluida. Keseluruhan konsep tentang fluida akan dibahas dalam artikel kali ini.

kapal selam

Fluida Statis

Fluida tidak mengalir biasa disebut fluida statis. Contoh fluida tidak mengalir, yaitu zat cair yang berada dalam bejana tidak berlubang. Dapat dilihat bahwa zat cair dalam bejana tersebut secara langsung atau tidak langsung tidak mengalami perpindahan.

Tekanan

Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan. Gaya yang diberikan pada bidang tekan disebut gaya tekan. Tekanan dirumuskan sebagai berikut.

s1

Keterangan:
ρ = tekanan, satuan pascal (pa)
F = gaya tekan, satuannya Newton (N)
A = luas bidang tekan , satuaanya m2

Konversi satuan tekanan dituliskan sebagai berikut:
1 pa = 1 N/m2
1 bar = 1,0 x 105 Pa
1 atm = 101.321 Pa
1 atm = 760 mmHg

Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair tersebut. Tekanan hidrostatik dirumuskan sebagai berikut.

s2

Keterangan:
ph = tekanan hidrostatik (N/m2 atau Pa)
p = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman dari permukaan zat cair (m)

Semakin tinggi permukaan zat cair dalam wadah, zat cair tersebut akan semakin berat sehingga tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah semakin besar.

Tekanan Mutlak

Penunjukan tekanan dalam ruang tertutup oleh alat ukur tekanan disebut tekanan terukur atau tekanan gauge. Alat ukur tekanan pada alat semprot dinamakan manometer tertutup. Udara di bumi atau yang dinamakan atmosfer memiliki tekanan ke segala arah. Tekanan atmosfer dapat diukur menggunakan barometer. Tekanan mutlak dirumuskan sebagai berikut.

s3

Keterangan:
p = tekanan mutlak
pA = tekanan atmosfer
pG = tekanan terukur

Tekanan hidrostatik merupakan tekanan terukur. Tekanan mutlak di dalam fluida merupakan jumlah dari tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer. Persamaannya dituliskan sebagai berikut.

s4

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya setiap satuan panjang. Tegangan permukaan zat cair dituliskan dalam persamaan berikut.

s5

Keterangan:
ϒ = tegangan permukaan
F = gaya ( N)
ℓ = panjang permukaan (m)

Selain pada zat cair, tegangan permukaan juga terjadi pada selaput sabun. Pada selaput sabun tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan persatuan panjang permukaan pada arah tegak lurus terhadap gaya tersebut. Besar tegangan permukaan suatu benda yang dipengaruhi oleh selaput sabun dirumuskan sebagai berikut.

s6

Keterangan :
w = berat kawat penutup (N)
L = panjang kawat penutup (m)
ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)

Kapilaritas

Kapilaritas merupakan peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler.

Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan adanya tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa. Kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa dirumuskan sebagai berikut.

s7

Keterangan:
h = kenaikan dan penurunan permukaan fluida dalam pipa kapiler /9m)
θ = sudut kotak derajat (derajat)
r = jari-jari pipa kapiler (m)
ρ= massa jenis zat cair (kg/m2)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Hukum-Hukum Dasar Fluida Statis

1. Hukum Pascal

Bunyi hukum pascal

“Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.”

Hukum Pascal dirumuskan sebagai berikut.

s8

P1 , p2 = tekanan pada piston 1 dan 2
F1 , F2 = gaya tekan pada piston 1 dan 2
A1 , A2 = luas penampang pada piston 1 dan 2

2. Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes

“Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan.”

Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut.

s9

Keterangan :
FA = gaya ke atas (N)
ρF = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
VF = volume fluida yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup (m3)

Penerapan Hukum Dasar Fluida Statis

1. Penerapan Hukum Pascal

a. Dongkrak Hidrolik dan Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Persamaan yang berlaku pada dongkrak hidrolik atau lift (pengangkat) hidrolik yaitu perbandingan gaya yang diberikan untuk mengangkat beban pada dongkrak sama dengan perbandingan luas silinder tekaq dengan luas silinder beban.

Rumus yang berlaku pada dongkrak dan mesin hidrolik:

s10

Keterangan : 
F1 = gaya tekan atau gaya yang digunakan untuk mengangkat beban (N)
F2 = berat beban ( N)
A1 =luas penampang silinder tekan (m2)
A2 = luas penampang silinder beban (m2)

b. Rem Hidrolik

Prinsip kerja rem hidrolik sama dengan prinsip kerja mesin pengangkat mobil atau dongkrak hidrolik. Perbandingan luas silinder utama dengan silinder rem menentukan keuntungan mekanik. Semakin besar keuntungan mekanik, semakin ringan saat menginjak pedal rem.

2. Penerapan Hukum Archimedes

a. Mengapung, Melayang, dan Tenggelam

a. Mengapung
Benda mengapung jika gaya apung iebih besar daripada berat benda.
Syarat benda mengapung:

ρF > ρb

keterangan :
ρF = massa jenis fluida (kg/m3)
ρb = massa jenis benda (kg/m3)

b. Melayang
Benda akan melayang jika gaya apung sama dengan berat benda.
Syarat benda melayang:

ρF = ρb

keterangan :
ρF = massa jenis fluida (kg/m3)
ρb = massa jenis benda (kg/m3)

c. Tenggelam
Benda akan tenggelam jika gaya apung lebih kecil daripada berat benda.
Syarat benda tenggelam:

ρF < ρb

keterangan :
ρF = massa jenis fluida (kg/m3)
ρb = massa jenis benda (kg/m3)

b. Hidrometer

Dengan prinsip kerja yang sederhana, hidrometer dapat digunakan untuk mengukur massa jenis fluida. Dengan cara memasukkan hidrometer ke fluida yang akan diukur massa jenisnya, maka massa jenis fluida dapat diketahui secara langsung.

c. Kapal Laut

Kapal laut dibuat berongga, sehingga volume kapal menjadi besar, akibatnya volume air yang dipindahkan juga besar. Dengan demikian gaya apung kapal juga besar, maka kapal tidak tenggelam. Kapal yang sarat penumpang, volume kapal yang tenggelam akan lebih besar daripada volume kapal kosong.

d. Kapal Selam

Kapal selam memiliki rongga atau tangki yang dilengkapi dengan katup air dan katup udara. Supaya dapat tenggelam, maka katup air pada tangki dibuka sehingga air masuk dan udara dikeluarkan melewati katup udara. Akibatnya, kapal bertambah berat sehingga gaya apung lebih kecil dari gaya beratnya, akibatnya kapal menyelam. Sebaliknya untuk dapat muncul lagi di permukaan, air dalam tangki dipompa dan udara masuk lewat katup udara ke dalamnya. Dengan cara ini gaya apung kapal lebih besar daripada berat kapal, sehingga kapal terapung.

e. Baton Udara

Udara merupakan fluida, sedangkan balon sebagai benda yang melayang di udara. Sesuai dengan hukum Archimedes, balon yang berisi gas helium (He) memiliki massa jenis lebih kecil dari masa jenis udara pada umumnya, akibatnya balon akan melayang di udara.


Contoh soal !

1. Sebuah titik P berada 3 cm diatas dasar sebuah bak yang berisi alcohol (ρ= 0,8 g/cm3). Alkohol di dalam bak setinggi 15 cm. Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s2 , hitunglah:

a. Tekanan hidrostatis dititik A
b. Tekanan hidrostatis dititik B yang berada 5 cm dari dasar bejana.

Penyelesaian :

Diketahui:
Ρal = 0,8 g/cm3 = 800 kg/m3
g = 9,8 m/s2
hA = 15 cm – 3 cm = 12 cm
hB = 15 cm – 5 cm = 10 cm

Ditanyakan :
a. ρA
b. ρB

Jawab:

a. ρA = ρ g hA

= (800 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,12m)

= 940,8 N/m2

Jadi, tekanan hidrostatis di titik A sebesar 940,8 N/m2

b. ρB = ρ g hB

= (800 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,1m)

=784 N/m2

Jadi, tekanan hidrostatis di titik A sebesar 784 N/m2

 

2. Sebuah silet sepanjang 4,3 cm siletakkan di permukaan air hingga terapung. Apabila massa silet 0,25 gram dan g = 10 m/s2 , berapa besar tegangan permukaan air?

Penyelesaian :

Diketahui :
ℓ = 4,3 cm = 4,3 x 10-2 m
g = 10 m/s2
m = 0,25 g = 2,5 x 10-4 kg

ditanyakan= g

jawab :

s11

Jadi, tegangan permukaan air sebesar 0,058 N/m

Demikian penjelasan yang bisa kami sampaikan tentang Fluida Statis – Pengertian , Penerapan Hukum Dasar Fluida Statis Dan Contoh Soal. Semoga postingan ini bermanfaat bagi pembaca dan bisa dijadikan sumber literatur untuk mengerjakan tugas. Sampai jumpa pada postingan selanjutnya.


Baca postingan selanjutnya: