BAB 8 Fluida Statis Dan Dinamis [PDF]

Citation preview

BAB VIII FLUIDA STATIS DN DINAMIS Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau zat alir. Contoh zat cair (air, minyak, oli dll) dan gas. Fluida dibagi menjadi 2 yaitu : fluida statis ( fluida yang tidak bergerak) contohnya air di dalam ember atau bak, minyak di dalam drum dan fluifa dinamis (fluida yang mengalir), contohnya : air mengalir dalam pipa, minyak yang mengalir dalam pipa. A. 1.



Fluida Statis Pengertian Tekanan Tekanan adalah perbandingan antara gaya yang bekerja dengan luas penampang (A) secara tegak lurus. P = Tekanan ( N/m2 atau pascal) dimensinya M.L-1.T-2 P=F/A F = gaya (N)  dimensinya M.L.T-2 A = luas penampang (m2) 1 m2 = 104 cm2 1 cm2 = 10-4 m2 Contoh soal : 1. Sebuah bidang diberi gaya 40 N jika luas penampangnya 200 cm2. Berapa Tekanan yang dialami pada bidang tersebut ? Diket : F = 40 N A = 200 cm2 = 2.10-2 m2 Dit : P = ... ? Jawab: P = F / A = 40 / 2.10-2 = 2 000 pa Soal latihan : 1. Sebuah bidang diberi gaya 0,5 kN jika luas penampang 4000 cm2. Berapa tekanan yang dialami benda ? 2. Sebuah balok berukuran 400 cm x 20 cm x 10 cm massanya 10 kg. Tentukan tekanan maksimum dan minimum yang dialami balok tersebut terhadap alasnya !



2.



Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh zat cair yang diam (tidak bergerak) dalam suatu wadah tertentu. Besarnya tekanan hidrostatis ditentukan oleh massa jenis zat cair dan kedalaman zat cair. Ph = tekanan hidrostatis (pa atau N/m2) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) Ph = ρ.g.h h g = percepatan grafitasi (m/s2) h = kedalaman zat cair (m) Contoh soal : 1. Sebuah drum berisi air (ρ = 1 gr/cm3) sedalam 120 cm. Tentukan tekanan hidrostatis yang terletak : a. didasar drum b. 40 cm diatas dasar drum Diket : ρ = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3 h = 120 cm = 1,2 m Dit : a. Ph = ..... ? ( h = 1,2 m ) b. Ph = ..... ? ( h = 1,2 – 0,4 = 0,8 m ) Jawab : a. Ph = ρ.g.h = 1000 x 10 x 1,2 = 12.000 pa = 12 kPa b. Ph = ρ.g.h = 1000 x 10 x 0,8 = 8.000 pa = 8 kPa Jika tekanan udara luar (tekanan yang ditunjukan oleh barometer) ikut diperhitungkan maka tekanan mutlak atau tekanan total yang terdapat didasar bejana adalah : Ptotal = tekanan total didasar (pa) Ptotal = ρ.g.h + Po Po = tekanan udara luar (pa) Soal latihan :



Fluida ~ Materi Fisika SMK Klas X Smt 2



32



3. Sebuah kolam berisi air (ρ = 1 gr/cm3) sedalam 80 cm. Tentukan tekanan hidrostatis didasar kolam ! 4. Sebuah drum berisi minyak (ρ = 0,8 gr/cm3) sedalam 140 cm. Tentukan tekanan hidrostatis yang terletak 20 cm diatas dasar drum ! 5. Danau terdapat air kedalamannya 25 m, jika tekanan udara luar Po = 1 atm. Tentukan tekanan total yang terdapat didasar danau tersebut ! ( 1 atm = 105 pa) 3. Hukum Pascal Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah yang sama besar. Contoh hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari adalah pompa hidrolik, rem hidrolik. Persamaan hukum pascal adalah : F1 A1 A2 F1 = gaya pada penampang 1 (N) A1 = luas penampang 1 (cm2) A2 = luas penampang 2 (cm2) r = jari-jari penampang (cm) d = diameter penampang (cm) P1 = P2 F1 = F2 A1 A2 F1 = A1 atau F1 = r1 2 = d1 . 2 F2 A2



F2



r2



d2



Contoh soal : 1. Sebuah dongkrak hidrolik dengan perbandingan luas penampang 2 : 10, jika sebuah mobil yang beratnya 20 kN terletak di penampang besar. Berapa gaya yang diperlukan untuk mengangkat mobil pada penampang kecil ? Diket : A1 : A2 = 2 : 10 F2 = 20 kN = 20 000 N Ditanya F1 = ... ? Jawab : F1 / F2 = A1 / A2 F1/ 20 000 = 2/10 F1 = 20.000 x 2 = 4 000 N = 4 kN 10 Soal latihan : 6. Sebuah pompa hidrolik dengan penampang A1 = 4 cm2 dan A2 = 10 cm2 jika pada penampang kecil diberi gaya 200 N. Berapa gaya pada penampang besar ? 7. Sebauh pompa hidrolik denga diameter penampang masing-masing 2 cm dan 5 cm, jika pada penampang besar diberi gaya 2500 N. Berapa gaya yang diberikan pada penampang kecil ? Hukum Utama Hdirostatika Pada Bejana Berhubungan Jika pipa berbentuk U diberi 2 zat cair atau lebih maka tekanan pada kaki bejana 1 akan sama dengan tekanan pada kaki 2. Jika pipa berbentuk U mula-mula berisi air kemudian pada salah satu kakinya diberi minyak maka berlaku persamaan : P1 = P2 ρa = massa jenis air (gr/cm3) ρm = massa jenis minyak (gr/cm3) ρa x ha = ρm x hm ha = ketinggian air (cm) Soal latihan : 8. Sebuah pipa berbentuk U diisi dengan air (ρa = 1 gr/cm3) dan minyak (ρm = 0,8 gr/cm3), jika ketinggian air 4 cm. Tentukan ketinggian minyak dan selsisih ketinggian keduanya !



Fluida ~ Materi Fisika SMK Klas X Smt 2



33



4. Hukum Arichimedes Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam baik seluruhnya atau sebagian, maka akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkan.



FA = ρ x g x V f FA = gaya keatas/ gaya archimedes (N) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) Vf = volume benda yang tercelup (m3) Benda Terapung (Vf < Vb) syaratnya :  ρ benda < ρ fluida  w benda < FA Berlaku persamaan : ρb = massa jenis benda ( kg/m3) ρb x V b = ρf x V f ρf = massa jenis zat cair ( kg/m3) Vb = volume benda (m3) Vf = volume benda yang tercelup (m3) Benda Melayang (Vf = Vb) syaratnya :  ρ benda = ρ fluida  w benda = FA Benda Tenggelam (Vf = Vb) syaratnya :  ρ benda > ρ fluida  w benda > FA Berlaku persamaan : FA = gaya ke atas (N) FA = wu - wz wu = berat benda di udara (N) wz = berat benda dalam zat cair (N) Contoh soal : 1. Sebuah benda volumenya 1 m3 terapung di air ( ρair = 1 gr/cm3), jika bagian yang tamapak diatas air 25%. Tentukan gaya ketas yang dialami benda ! Diket : V = 1 m3 Vt = 25% Vb Vf = 75% Vb = 0,75 x 1 = 0,75 m3 ρair = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3 Dit : FA = ... ? Jawab : Fa = ρ x g x Vf = 1000 x 10 x 0,75 = 7500 N/m2 = 7,5 kpa Soal latihan : 9. Sebuah benda volumenya 0,5 m3 terapung di air, jika bagian yang tampak diatas permukaan air adalah ¼ bagian. Tentukan gaya keatas dan massa jenis benda ! 10. Sebuah benda dimasukan kedalam minyak terapung di ( ρmyk = 0,8 gr/cm3) jika bagian yang tercelup 75 % dari volume benda. Berapa massa jenis benda tersebut ? 11. Sebuah benda beratnya 100 N ketika ditimbang di udara, kemudian dimasukan dalam air sehingga berat dalam air 80 N. Tentukan : a. Gaya ke atas b. Volume benda c. Massa jenis benda 5. Fluida Dinamis Dalam fluida dinamis zat cair yang digunakan adalah fluida yang ideal dengan ciri-ciri :  Tidak kompresibel (tak termampatkan) artinya aliran fluida tidak mengalami perubahan volume  Tidak kental, artinya aliran fluida tidak mengalami gesekan dengan pipa  Alirannya konstan, artinya aliran fluida memiliki debit aliran yang tetap 1) Debit Aliran Fluida ~ Materi Fisika SMK Klas X Smt 2



34



Debit aliran adalah banyaknya zat cair/ air yang keluar dari sebuah pipa tiap satuan waktu tertentu. Karena V = A. h



Q=V/t



Q = A.h karena h/t = v t Q = debit aliran (m3/s) V = volume fluida (m3) A = luas penampang (m2) Q = A.v t = waktu (s) v = kecepatan aliran fluida (m/s) Soal latihan : 12. Sebuah pipa mengalir air 0,3 m3 selama 1 menit. Tentukan debit dalam liter/s ! 13. Air mengalir dalam pipa sebanyak 150 liter selama 1 menit. Nyatakan debit aliran tersebut dalam m3/s ! 14. Sebuah bak mandi volumenya 1 m3 diisi air dari kran dengan luas penampang 5 cm2 dengan kecepatan 4 m/s. Berapa lama untuk mengisi penuh bak tersebut ? 2) Hukum Kontinuitas Zat cair atau fluda yang mengalir dalam mempunyai debit aliran yang tetap. Maka lebih kecil kecepatannya. Q1 = Q2 A1.v1 = A2.v2 v1 = A2 v2 A1



v1 = r2 v2 r1



2



= d2 . d1



2



pipa yang luas penampangnya berbeda akan zat cair yang mengalir dalam pipa besar akan v1 = kecepatan fluida pada penampang 1 v2 = kecepatan fluifda pada penampang 2 A = luas penampang (cm2) r = jari-jari penampang (cm) d = diameter penampang (cm)



Soal latihan : 1. Sebuah pipa mempunyai luas penampang yang berbeda pada ujungnya, yaitu 2 cm2 dan 5 cm2, jika kecepatan pada penampang kecil 4 m/s. Berapa kecepatan zat cair pada penampang besar ? 2. Sebuah pipa mempunyai luas penampang yang berbeda, jika diameter masing-masing 4 cm dan 8 cm, dan kecepatan aliran pada penampang besar 2 m/s. Berapa kecepatan pada aliran kecil ? 3) Penerapan Hukum Bernouli Adapun penerapan Hukum Bernouli dalam kehidupan sehari-hari adalah :  Venturimeter (alat untuk menentukan kecepatan aliran fluida), karburator, alat penyemprot nyamuk, gaya angkat pesawat dan aliran zat cair pada dinding tangki. Aliran zat cair yang keluar dari dinding drum atau tangki. Jika sebuah drum atau tangki berisi air, kemudian pada salah satu dindingnya berlubang maka kecepatan aliran air yang keluar dari dinding tangki adalah :



v = √ 2.g.Δh h1



Δh = h1–h2 v h2 x



v = kecepatan aliran air yang keluar (m/s) h1 = tinggi mula-mula zat cair (m) h2 = tinggi lubang kebocoran (m) Δh = selisih ketinggian (m)



Sedang jarak jatuhnya air yang jatuh pada tanah (x) adalah : x = jarak jatuhnya air di ukur dari dinding tangki (m) x = 2 √ h2.Δh h2 = tinggi lubang kebocoran (m) Soal latihan :



Fluida ~ Materi Fisika SMK Klas X Smt 2



35



15. Sebuah drum berisi air sedalam 125 cm, pada salah satu dindingnya berlubang pada ketinggian 45 cm dari dasar, jika g = 10 m/s2. Tentukan kecepatan air yang keluar dari dinding tangki dan jarak jatuhnya air ! 16. Sebuah drum berisi air setinggi 1 meter, jika pada dindingnya terdapat lubang setinggi 20 cm. Tentukan kecepatan air yang keluar dan jarak jatuhnya air



Fluida ~ Materi Fisika SMK Klas X Smt 2



36