![Laporan Hidrostatis Kel 2 [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/laporan-hidrostatis-kel-2.jpg)
21 0 1 MB
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
1. TEKANAN HIDROSTATIS
1.1. Tujuan Praktikum 1. Untuk menghitung tekanan hidrostatis pada suatu permukaan di dalam air 2. Untuk mengetahui letak garis tekanan yang terjadi dan membandingkan hasil percobaan dengan teori 1.2. Peralatan Satu perangkat alat tekanan hidrostatis dengan sketsa gambar seperti gambar berikut ini. Peralatan tersebut berupa seperempat lingakaran (kuadran) yang terekat pada lengan penyeimbang (balance arm) dan bertumpu pada knife edge pivot. Garis kontak knife edge bertepatan dengan aksis kuadran. Kondisi tersebut menyebabkan tekanan hidrostatis terjadi di kuadran saat dibenamkan, hanya tekanan di permukaan kuadran akan meningkat menjadi momen pada knife edge .
Gambar Sketsa Peralatan Tekanan Hidrostatis.
1
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Diskripsi Alat : 1. Panci Kesetimbangan dan Penyeimbang Sebagai tambahan pada klem kuadran, lengan penyeimbang digabungkan dengan panci kesetimbangan, penyeimbang disesuaikan dan indikator yang terlihat saat lengan pada posisi seimbang. 2. Tangki Posisi tangki diubah dengan cara mengatur sekrupnya. Posisi yang tepat diindikasikan dengna pengatur level berbentuk lingkaran di dasar tangki. 3. Suplai air dan sistem pengeringan (drainase) Air boleh mencapai puncak tangki melalui pipa fleksibel dan dapat dikeringkan melalui keran di dasar tangki. Suplai air diperoleh dari hydraulic bench. Tinggi muka air diindikasikan berdasarkan skala. 4. Data Teknis Dimensi-dimensi berikut ini digunakan untuk membantu proses menghitung. Namun demikian tetap lakukan pengecekan terhadap alat uji di lapangan. Tabel 1. Data Teknis Alat Item Notasi Panjang L Lengan Kuadran ke H pivot Tinggi kuadran D Lebar kuadran B
Panjang 275 mm 200 mm 100 mm 75 mm
Keterangan Jarak dari titik berat penggantung hingga pivot Tinggi dasar permukaan kuadran ke pivot Tinggi permukaan kuadran vertical Lebar permukaan kuadran vertikal
1.3. Teori Jika sistem dalam kondisi setimbang, momen di pivot adalah m·g·L=F·h̎ Keterangan : m = massa di panci penyeimbang g = percepatan gravitasi L = panjang lengan penyeimbang F = tekanan hidrostatis
2
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Dengan menghitung tekanan hidrostatis dan pusat tekanan diisi ujung kuadran, maka dapat dibandingkan hasil teori dan praktikum. Sedangkan, teori air penuh atau sebagian adalah sama, akan lebih jelas jika memisahkan dua kasus tersebut. 1.3.1.Kondisi air tidak penuh Kondisi kuadran terendam sebagian (tidak penuh).
Gambar kuadran terendam sebagain. 1.3.1.1.Tekanan hidrostatis (Newton)
F=ρ·g·A·h
Keterangan : A = luas area h = kedalaman pencelupan 3
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
A=B·d h= sehingga ρ · g · B · d2
F=
........(1)
1.3.1.2. Kedalaman tekanan percobaan Momen M=F·h̎ Keseimbangan momen diperoleh dari berat W, yang bekerja pada penggantung di ujung lengan penyeimbang. Momen terbagi secara proporsional sepanjang L lengan penyeimbang. Untuk keseimbangan statis ada dua momen yang sama. F·h̎=W·L=m·g·L Substitusi dengan tekanan hidrostatis (1), diperoleh : m g L F
m L
=ρB
d2
1.3.1.3.Kedalaman tekanan teoritis Hasil teori kedalaman tekanan P di bawah permukaan bebas adalah 𝐼𝑥
h =𝐴ℎ Keterangan : Ix = momen kedua dari luas yang terendam sekitar sumbu permukaan bebas. Ix = Ic + A · h2 =
3
2
3
=
Kedalaman titik pusat tekanan di bawah pivot h̎=h̍+H-d
4
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Sehingga, h̎=H-
𝑑
Sehingga momen putar dapat dihitung. 1.3.2.Kondisi air penuh Kondisi kuadran terendam penuh.
Gambar kondisi kuadran terendam penuh. 1.3.2.1.Tekanan hidrostatis (Newton) 𝐷
F=ρ·g·A·h=ρ·g·B·D 𝑑− ) Keterangan : A = luas area h = kedalaman pencelupan 5
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
1.3.2.2.Kedalaman tekanan percobaan Momen (Newton meter) …….. (5)
M = F · h’’
Keseimbangan momen diperoleh dari berat W, yang bekerja pada penggantung di ujung lengan penyeimbang. Momen terbagi secara proporsional sepanjang L lengan penyeimbang. Untuk keseimbangan statis ada dua momen yang sama : F·h̎=W·L=m·g·L Substitusi dengan tekanan hidrostatis (5), diperoleh : 𝑚𝐿 𝜌 𝐵 𝐷 𝑑−
𝐷 2
1.3.2.3.Kedalaman tekanan teoritis Hasil teori kedalaman tekanan P di bawah permukaan bebas adalah h= 𝐼𝑥 𝐴ℎ
Keterangan : Ix = momen kedua dari luas yang terendam sekitar sumbu permukaan bebas. Ix = Ic+ A · h2 = BD [
2
−
2
]
Kedalaman titik pusat tekanan di bawah permukaan adalah h̎=h̍+H–d Sehingga, 𝐷2 + 12
𝑑−
𝑑−
𝐷 2
𝐷 2 2
𝐻−𝑑
6
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
sehingga momen putar dapat dihitung Tabel 2. Deskripsi Eksperimen Komponen
Satuan
Nomenklatus
Tipe
Tinggi kuadran
Meter
D
Diketahui
Lebar kuadran Panjang lengan penyeimbang Jarak kuadran ke pivot
Meter
B
Diketahui
Deskripsi Tinggi vertical sisi kuadran (disarankan juga diatur sendiri) Lebar horizontal kuadran
Meter
L
Diukur
Panjang lengan penyeimbang
Meter
H
Diketahui
Massa
Kilogram
M
Diukur
Kedalaman pencelup
Meter
D
Diukur
Jarak dari atas sisi kuadran vertical ke tinggi pivot Berat yang diberikan lengan penyeimbang Kedalaman dasar kuadran di bawah permukaan
Kuadrat Terendam Sebagian Tekanan hidrostatis Pusat tekanan eksperimen Pusat tekanan teoritis
Newton
F
Dihitung
F = ρg ·
Meter
H
Dihitung
h̎=
Meter
H
Dihitung
2
h̎=H-
Kuadran Terendam Penuh Tekanan hidrostatis
Newton
F
dihitung
Pusat tekanan eksperimen
Meter
h
dihitung
F = ρgBD · ( − −
2
Pusat tekanan teoritis
12
Meter
h
dihitung
+
− −
2
2 2
−
2
7
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
1.4. Prosedur percobaan 1. Beri beban sebesar 50 gram (misal, dapat menggunakan berat beban yang lain) pada penggantung beban 2. Masukkan air ke dalam tangki 3. Air sampai pada kondisi keseimbangan lengan penyeimbang tercapai. Pastikan tidak air yang melimpah di atas permukaan kuadran (untuk percobaan kuadran terendam sebagian) 4. Ukur dasar lengan penyeimbang dengan puncak atau dasar pusat pada kesetimbangan 5. Ukur kedalaman muka kuadran yang terendam 6. Ulangi percobaan tersebut dengan berbagai berat beban (increment beban adalah 10,20,50 gram atau sesuai dengan kondisi lapangan) 7. Lanjutkan sampai air mencapai puncak muka kuadran 1.5. Pencatatan Hasil Praktikum a. Untuk kuadran terendam sebagian Percobaan 1 Tinggi muka kuadran D
= 0,1
meter
Lebar muka kuadran B
= 0,075 meter
Panjang lengan
L
= 0,275 meter
Tinggi pivot
H
= 0,2
meter
= 1000 kg/m3 = 9,81 m/s2 Arm of counter balance
No.
Penambahan Massa m (kg)
1. 2. 3.
0,05 0,1 0,12
= 9,5 cm
Kedalaman d (meter)
Tekanan Hidrostatis F (Nm)
Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan h (meter)
0,056 0,073 0,079
1,154 1,960 2,296
0,117 0,138 0,141
Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis h (meter) 0,181 0,176 0,174
Momen Putar M (Nm) 0,209 0,344 0,399 8
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
4. 5. 6
0,13 0,15 0,20
0,082 0,087 0,1
2,474 2,784 3,679
Percobaan 2 Tinggi muka kuadran D
= 0,1
0,142 0,145 0,147
0,173 0,171 0,167
0,427 0,476 0,613
meter
Lebar muka kuadran B
= 0,075 meter
Panjang lengan
L
= 0,275 meter
Tinggi pivot
H
= 0,2
meter
= 1000 kg/m3 = 9,81 m/s2 Arm of counterbalance
No.
Penambahan Massa m (kg)
1. 2. 3. 4.
0,05 0,1 0,12 0,13
= 7 cm
Kedalaman d (meter)
Tekanan Hidrostatis F (Nm)
Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan ’’ (m )
0,077 0,091 0,096 0,099
2,181 3,046 3,390 3,606
0,062 0,089 0,095 0,097
Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis ’’ (m ) 0,174 0,170 0,168 0,167
Momen Putar M (Nm) 0,380 0,517 0,570 0,602
b. Untuk kuadran terendam penuh Percobaan 1 Tinggi muka kuadran D
= 0,1
meter
Lebar muka kuadran B
= 0,075 meter
Panjang lengan
L
= 0,275 meter
Tinggi pivot
H
= 0,2
meter
9
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
= 1000 kg/m3 = 9,81 m/s2 Arm of counter balance
No.
Penambaha n Massa m (kg)
1. 2. 3. 4. 5.
0,25 0,30 0,35 0,4 0,45
= 9,5 cm
Kedalaman d (meter)
Tekanan Hidrostatis F (Nm)
Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan h (meter)
0,113 0,125 0,138 0,150 0,163
4,635 5,518 6,475 7,358 8,314
0,146 0,147 0,146 0,147 0,146
Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis h (meter) 0,163 0,161 0,159 0,158 0,157
Momen Putar M (Nm) 0,757 0,889 1,033 1,165 1,308
Percobaan 2 Tinggi muka kuadran D
= 0,1
meter
Lebar muka kuadran B
= 0,075 meter
Panjang lengan
L
= 0,275 meter
Tinggi pivot
H
= 0,2
meter
= 1000 kg/m3 = 9,81 m/s2 Arm of counter balance
No.
Penambahan Massa m (kg)
1. 2. 3.
0,15 0,20 0,25
= 7 cm
Kedalaman d (meter)
Tekanan Hidrostatis F (Nm)
Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan h (meter)
0,104 0,116 0,129
3,973 4,856 5,812
0,102 0,111 0,116
Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis h (meter) 0,165 0,163 0,161
Momen Putar M (Nm) 0,657 0,790 0,933 10
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
4. 5. 6.
0,3 0,35 0,40
0,141 0,153 0,166
6,695 7,578 8,535
0,159 0,158 0,157
0,121 0,125 0,126
1,066 1,198 1,342
1.6. Kesimpulan Berdasarkan percobaan-percobaan di atas, jawablah pertanyaan berikut sebagai kesimpulan percobaan. 1. Beri komentar variasi tekanan terhadap kedalaman. Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis (F) dan Kedalaman (d) 0.12
Kedalaman (d)
0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Tekanan Hidrostatis (F)
Grafik 1. Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis dan Kedalaman pada percobaan pertama kuadran terendam sebagian.
11
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis (F) dan Kedalaman (d) 0.12
Kedalaman (d)
0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
Tekanan Hidrostatis (F)
Grafik 2. Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis dan Kedalaman pada percobaan kedua kuadran terendam sebagian.
Pada percobaan pertama dan kedua kuadran terendam sebagian, semakin tinggi kedalaman air maka semakin naik besar pula nilai tekanan hidrostatisnya.
Kedalaman (d)
Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis (F) dan Kedalaman (d) 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 4
5
6
7
8
9
Tekanan Hidrostatis (F)
Grafik 3. Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis dan Kedalaman pada percobaan pertama kuadran terendam penuh. 12
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis (F) dan Kedalaman (d) 0.18 0.16 Kedalaman (d)
0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
Tekanan Hidrostatis (F)
Grafik 4. Grafik Hubungan Tekanan Hidrostatis dan Kedalaman pada percobaan kedua kuadran terendam penuh.
Pada percobaan pertama dan kedua kuadran terendam penuh, semakin tinggi kedalaman air maka semakin besar pula nilai tekanan hidrostatisnya.
Dari dua pernyataan di atas dapat kami simpulkan bahwa nilai tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan tinggi kedalaman air.
13
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
2. Komentar hubungan antara kedalaman pusat tekanan dan kedalaman air, dengan membuat grafik hubungan pusat tekanan dengan kedalaman air. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis (h'') dan Kedalaman (d) 0.12 Kedalaman (d)
0.1 0.08 0.06 0.04
0.02 0 0.166
0.168
0.17
0.172
0.174
0.176
0.178
0.18
0.182
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 5. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Teoritis dan Kedalaman dalam percobaan pertama kuadran terendam sebagian.
Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis (h'') dan Kedalaman (d) 0.12
Kedalaman (d)
0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.166 0.167 0.168 0.169
0.17
0.171 0.172 0.173 0.174 0.175
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 6. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Teoritis dan Kedalaman dalam percobaan kedua kuadran terendam sebagian. 14
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan (h'') dan Kedalaman (d) 0.12
Kedalaman (d)
0.1 0.08 0.06 0.04 0.02
0 0.115
0.12
0.125
0.13
0.135
0.14
0.145
0.15
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 7. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Percobaan dan Kedalaman dalam percobaan kedua kuadran terendam sebagian.
Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan (h'') dan Kedalaman (d) 0.12
Kedalaman (d)
0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.06
0.065
0.07
0.075
0.08
0.085
0.09
0.095
0.1
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 8. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Percobaan dan Kedalaman dalam percobaan kedua kuadran terendam sebagian.
15
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Dari keempat grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi kedalaman air maka jarak ke pusat tekanan secara teoritis semakin kecil nilainya. Tetapi, semakin tinggi kedalaman air maka jarak ke pusat tekanan secara percobaan semakin besar nilainya. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis (h'') dan Kedalaman (d) 0.18 0.16 Kedalaman (d)
0.14
0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.156
0.157
0.158
0.159
0.16
0.161
0.162
0.163
0.164
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 9. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Teoritis dan Kedalaman dalam percobaan pertama kuadran terendam penuh.
16
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Kedalaman (d)
Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan (h'') dan Kedalaman (d) 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.1458
0.146
0.1462
0.1464
0.1466
0.1468
0.147
0.1472
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 10. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Percobaan dan Kedalaman dalam percobaan pertama kuadran terendam penuh.
Kedalaman (d)
Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Teoritis (h'') dan Kedalaman (d) 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.156
0.158
0.16
0.162
0.164
0.166
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 11. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Teoritis dan Kedalaman dalam percobaan kedua kuadran terendam penuh.
17
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan Percobaan (h'') dan Kedalaman (d) 0.18 0.16 Kedalaman (d)
0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.1
0.105
0.11
0.115
0.12
0.125
0.13
Jarak ke Pusat Tekanan (h'')
Grafik 12. Grafik Hubungan Jarak ke Pusat Tekanan secara Percobaan dan Kedalaman dalam percobaan kedua kuadran terendam penuh.
Dari keempat grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi kedalaman air maka jarak ke pusat tekanan secara teoritis semakin kecil nilainya. Tetapi, semakin tinggi kedalaman air maka jarak ke pusat tekanan secara percobaan semakin besar nilainya.
3. Pada dua kondisi di atas, beri komentar apa yang terjadi saat kuadran sepenuhnya tercelup air. Pada percobaan pertama dan kedua kuadran terendam penuh, semakin tinggi kedalaman air maka semakin besar pula nilai tekanan hidrostatisnya. Semakin tinggi kedalaman air maka jarak ke pusat tekanan secara teoritis semakin kecil nilainya. Semakin tinggi kedalaman air maka jarak ke pusat tekanan secara percobaan semakin besar nilainya. 4. Komentar dan terangkan ketidakcocokan antara hasil percobaan dan teori kedalaman pusat tekanan. Terjadi perbedaan hasil antara percobaan dan teori kedalaman pusat tekanan. Apabila secara teoritis, kedalaman air berbanding terbalik dengan jarak ke pusat 18
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
tekanan. Tetapi, secara percobaan kedalaman air berbanding lurus dengan jarak ke pusat tekanan.
1.7. Dokumentasi
Gambar 1. Percobaan Hidrostatis Kuadran Terendam Penuh
Gambar 2. Percobaan Hidrostatis Kuadran Terendam Sebagian 19
D4 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL dan PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Sekretariat: Jalan Menur 127, Surabaya
Gambar 3.
20
