Hidrostatis [PDF]

Citation preview

LAPORAN HASIL PRAKTIKUM TEKANAN HIDROSTATIS Untuk memenuhi tugas mata kuliah Hidrolika yang diampu oleh Bapak Gilang Idfi, S.T., M.T



Oleh : Salzabil Arifurrizal (170523627126) Sofi Haniah Indiani (170523627072) Syafira Artina Sari (170523627037) Wisnu Djubad Zakariya (170523627060) Zahidah Salsabila Ramadani (170523627099)



UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL APRIL 2019



1. Maksud dan Tujuan a. Untuk menentukan gaya hidrostatis yang bekerja pada permukaan pesawat yang timbul dalam air b. Untuk menentukan posisi garis aksi gaya dan untuk membandingkan letak yang ditentukan oleh percobaan dengan posisi teoritis 2. Alat dan Bahan a. Hydrostatic Pressure Apparatus b. Hydraulics Bench c. Beban d. Kaliper/penggaris e. Air 3. Teori Dibawah ini adalah representasi diagram dari alat yang menjelaskan dimensi. Nomenklatur ini akan digunakan selama pembahasan teori ini. Meskipun teori untuk pesawat yang terendam sebagian dan tenggelam seluruhnya sama, akan lebih jelas untuk meninjau kedua kasus tersebut secara terpisah.



Keterangan : L



= jarak horizontal antara titik tumpuan dan tempat penyeimbang



D



= tinggi permukaan kuadran



B



= lebar permukaan kuadran



H



= jarak vertikal antara dasar permukaan kuadran dan lengan Tumpuan



C



= pusat kuadran



P



= pusat tekanan pada permukaan kuadran 1



A. Permukaan Pesawat Terendam Sebagian Dibawah ini adalah representasi diagram dari alat yang menjelaskan dimensi fisik, sebagai tambahan seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya.



d



= kedalaman yang terendam



F



= gaya hidrostatis yang bekerja pada kuadran



h



= kedalaman pusat



h’



= jarak pusat tekanan (P)



h’’



= jarak garis aksi gaya dibawah tumpuan. Garis gaya ini akan melewati pusat tekanan (P)



A.1 Permukaan pesawat vertikal terendam sebagian – gaya pada permukaan gaya hidrostatis F dapat didefinisikan sebagai : F = pgAh (Newton) dengan luas A = Bd dan h = C = d/2 Sehingga : F = pg



Bd ² …(1) 2



A.2 Permukaan pesawat vertikal terendam sebagian – kedalaman pusat tekanan percobaan momen (M), bisa didefinisikan sebagai M = Fh’’ (Nm) Momen penyeimbang dihasilkan oleh berat (W) yang dikenakan pada penggantung pada ujung lenga penyeimbang, panjang lengan penyeimbang (L). Untuk keseimbangan statis, 2 momen adalah sama, yaitu :



2



Fh=WL=mg Dengan mensubstitusi gaya hidrostatis dari (1) kita mendapatkan: h' ' =



mgl 2ml = F pBd ²



A.3 Permukaan pesawat vertikal terendam sebagian – Kedalaman pusat tekanan teoritis. Hasil teoritis untuk kedalaman pusat tekanan, P, dibawah permukaan bebas adalah :



'



h=



Ix …(2) Ah



Dengan I x adalah momen dari bagian luasan yang terendam. I x =I c + Ah2 I x=



Bd 3 d 2 Bd 3 ( 4 ) ( ) + Bd = m …3 12 2 3



()



Kedalaman pusat tekanan di bawah titik tumpuan adalah : h' ' =h' + H d ( m ) … ( 4 ) Substitusi (3) dan (2) kemudian ke (4) menghasilkan hasil teoritis berikut : h' ' =H−



d 3



B. Permukaan pesawat vertikal terendam seluruhnya Di bawah ini adalah representasi diagram dari alat yang menjelaskan dimensi fisik, sebagai tambahan seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya.



3



Dengan : d



= kedalaman yang terendam



F = gaya hidrostatis yang bekerja pada kuadran h



= kedalam pusat



h’ = jarak pusat tekanan (P) h” = jarak garis aksi gaya di bawah tumpuan. Garis gaya ini yang akan melewati pusat tekanan (P) B.1 Permukaan pesawat vertikal terendam seluruhnya- Gaya Hidrostatis Gaya hidrostatis (F) dapat didefinisikan : F=ρgAh=ρgBD ¿) B.2 Permukaan pesawat vertikal terendam seluruhnya- Kedalaman pusat tekanan percobaan Momen (M) dapat didefinisikan sebagai berikut : M =Fh (Nm Momen penyeimbang dihasilkan oleh berat (W) yang dikenakan pada peggantung pada bagian ujung lengan penyeimbang. Untuk keseimbangan statis, dua momen adalah sama, yaitu : Fh = WL = mg Dengan mensubstitusikan gaya hidrostatis dari (5) kita mendapatkan h = {mL} over {ρBD (d- {D} over {2} )} (m B.3 Permukaan pesawat vertikal terendam seluruhnya – Kedalaman pusat tekanan teoritis



4



Hasil teoritis untuk kedalaman pusat tekanan (P) di bawah permukaaan bebas, adalah : '



h=



Ix Ah



Dengan I x adalah momen dari bagian luasan yang terendam. I x =I c + Ah2 I x =BD



D2 D + d− 12 2



2



[ ( ) ](



m4 )



Kedalaman pusat tekanan di bawah titik tumpuan adalah : h =h' + H - d (m Substitusi sebelumnya mengahsilkan : h = {{{D} ^ {2}} over {12} + {left (d- {D} over {2} right )} ^ {2}} over {d- {D} over 4. Nomenklatur Nama Kolom lambang satuan Tipe Deskripsi Tinggi D m Diberikan Tinggi vertikal dari kuadran



permukaan kuadran. Bisa diambil dari



Lebar



B



m



kuadran Panjang



pengukuran sendiri. Diberikan Lebar horizontal kuadran. Bisa diambil



L



m



penyeimbang



dari pengukuran sendiri. Diberikan Panjang lengan penyeimbang. Bisa idiambil dari pengukuran sendiri. Note : pengukuran harus dilakukan dari penggantung berat ke



Jarak kuadran ke



H



m



titik tumpuan. Diberikan Jarak dari bagian atas permukaan kuadran



5



pivot



vertikal ke tinggi



(Tumpuan)



tumpuan. Bisa dilakukan dengan



Massa



M



Kg



Diukur



pengukuran sendiri. Berat yang dikenakan pada lengan penyeimbang Note : massa diberikan



Kedalaman



D



m



Diukur



dalam gram Kedalaman dasar



yang



kuadran di bawah



ditimbulkan



permukaan bebas. Note : skala alat dikalibrasikan dalam



Gaya



F



Hidrostatis Pusat



h”



mm Kuadran Terendam Sebagian N Dihitung Bd 2 F=ρg 2 m Dihitung h = {mgL} over {F



Tekanan Percobaan Pusat



h’



m



Dihitung



h = H- {d} over {3



Tekanan Teoritis Kuadran Terendam Seluruhnya N Dihitung D F=ρgBD d− 2



Gaya



F



Hidrostatis Pusat



h”



m



Dihitung



h = {mL} over {ρBD left (d- {D} over {2}



h’



m



Dihitung



h = {{{D} ^ {2}} over {12} + {(d- {D} ove



(



)



Tekanan Percobaan Pusat Tekanan Teoritis 5. Prosedur Percobaan



6



a. Menempatkan tangki peralatan hidrostatics pada hydraulics bench, dan menyesuaikan kakinya sampai nivo menunjukkan bahwa bas horizontal. Menempatkan lengan penyeimbang pada knife edge. Menempatkan pengganung berat pada celah di akhir bagian lengan penyeimbang. Memastikan bahwa katup drain tertutup. Memindahkan alat pengukur keseimbangan berat sampai lengan horizontal. b. Menambahkan massa kecil (50gr) pada penggantung berat. c. Menambakan air sampai gaya hidrostatis pada permukaan akhir kuadran menyebabkan lengan penyeimbang terangkat. Memastikan bahwa tidak ada air terbuang pada bagian atas permukaan kuadran atau sisi sampingnya, di atas ketinggian air. d. Melanjutkan untuk menambahkan air sampai lengan penyeimbang horizontal, menandai dengan menggarisi dasar lengan penyeimbang dengan penanda garis tengah bagian atas dan bawah pada saat seimbang



(selama



bisa



digunakan,



tapi



harus



tetap



dijaga



konsistensinya selama percobaa). e. Selanjutnya menambahkan air sampai lengan penyeimbang horizontal, menandai dengan menggarisi dasar lengan penyeimbang dengan penandaan garis tengah bagian atas dan bawah pada saat seimbang (selama bisa digunakan, tapi harus tetap dijaga konsistensinya selama percobaan). Dapat dibuat lebih mudah dengan mengisi tangki sedikit demi sedikit, dan mendapatkan posisi keseimbangan dengan membuka keran drain untuk aliran yang akan dikeluarkan. f. Membaca kedalaman yang timbul dari skala bacaan pada permukaan kuadran, hasil yang akurat didapat dengan pembacaan melihat garis sedikit di bawah permukaan, untuk menghindari efek tegangan permukaan. g. Mengulangi prosedur di atas untuk setiap penambahan beban. Berat yang disediakan untuk pertambahan 10,20, dan 50 gram, tergantung dari jumlah sampel yang dibutuhkan. Dianjurkan interval 50 gram untuk satu set hasil yang akan memberikan total 19 sampel.



7



h. Ulangi sampai ketinggian air mencapai puncak skala atas pada permukaan kuadran. i. Mencatat berbagai faktor yang mempengaruhi hasil percobaan. 6. Data Teknis Dimensi-dimensi peralatan berikut digunakan untuk perhitungan. Jika dibutuhkan, nilai-nilainya dapat diukur lagi sebagai bagian dari prosedur perobaan dan diganti dengan pengukuran anda sendiri. Dimensi peralatan: Keterangan Panjang penyeimbang Jarak kuadran ke tumpuan Tinggi kuadran Lebar kuadran



Simbol L H



Dimensi 275 mm 200 mm



D B



100 mm 75 mm



8



7. Data Hasil Percobaan Data Alat : Tinggi kuadran (D) : Lebar kuadran (B) : Panjang lengan (L) : Jarak dasar kuadran ke pivot (H) :



100 75 275 200



mm mm mm mm



Tanggal : g:



9.8 m/s 9800 mm/s



Tabel No   1 2 3 4 5



Massa beban m (gr) 210 180 150 120 90 60



Tenggelam Sebagian (d100 mm) Kedalaman celup Gaya hidrostatis Jarak h'' Percobaan d F h''p (mm) (N) (m) 105 4.047 0.167 115.8 4.836 0.156 123 5.366 0.156 130.2 5.895 0.155 137.5 6.431 0.155 145 6.983 0.154



Jarak h'' Teori h''t (m) 0.165 0.163 0.161 0.160 0.160 0.159



Beda (%) 0.917 -4.080 -3.536 -3.084 -2.806 -2.762



11



Grafik Hubungan



Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis (F) - Kedalaman Celup (d) 7.000



F (N)



6.500 6.000 5.500 5.000 4.500 115.8



120.8



125.8



130.8



135.8



140.8



d (mm)



h" (m)



Grafik Hubungan Jarak aksi gaya (h") - Kedalaman Celup (d) 0.156 0.156 0.156 0.156 0.156 0.155 0.155 0.155 0.155 0.155 0.154 115.8



120.8



125.8



130.8



135.8



140.8



d (mm)



8. Kesimpulan Tekanan hidrostatis adalah tekanan zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair tersebut terhadap kedalamannya. Tekanan hidrostatis tidak bergantung pada arah dan volume zat cair. Dengan kata lain, pada kedalaman tertentu zat cair akan menekan ke segala arah dengan gaya tekan yang sama besar. Tekanan ini terjadi karena adanya berat cair yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Telah diketahui juga bahwa rumus F =



1 ρgB d 2 2



12



dimana berarti bahwa F , d (kedalaman celup), dan beban adalah berbanding lurus. Hal ini dapat diartikan bahwa semakin besar beban yang ada akan membuat nilai kedalaman celup menjadi lebih besar, sehingga benda tersebut akan meneriman tekanan hidrostatis yang semakin besar. Jika digambarkan, bentuk tekanan hidrostatis adalah segitiga, dimana semakin ke bawah tekanan hidrostatisnya akan semakin besar. Jadi, seharusnya grafik yang didapatkan merupakan grafik linear. Tetapi dari percobaan yang telah kami lakukan, kami hanya mendapatkan grafik linear untuk grafik hubungan antara F dan d pada tenggelam seluruhnya. Kesalahan dari grafik lainnya dapat dikarenakan tidak validnya data yang kami dapatkan pada saat percobaan. Letak gaya hidrostatis itu sendiri adalah pada



1 dari bawah pesawat. Pengaplikasian teori ini dalam 3



kehidupan sehari-hari adalah pada pintu air. Dimana semakin dalam letak pintu air, maka akan semakin besar tekanan hidrostatis yang harus ditahan oleh pintu air.



13



9. Sumber Rujukan 



Armfield. 2006. Instruction Manual. Hydrostatic Pressure Apparatus F1-12. England: Armfield







Bambang Triatmodjo. 2012. Hidraulika 1. Cetakan ke-13. Yogyakarta: Beta Offset



14