Makalah "Hidrostatika" [PDF]

Citation preview

MAKALAH “HIDROSTATIKA”



Nama : Yasinta Anugrah Aprilia Kelas XII TKJ A



SMK PANDU



Komplek SMK PANDU, Jl. Raya Cibungbulang No.Km. 15, Girimulya, Kec. Cibungbulang, Bogor, Jawa Barat 16630



1



KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas penyusunan makalah FISIKA dengan judul “HIDROSTATIKA”. Penulisan makalah ini secara khusus dimaksudkan untuk menyelesaikan tugas FISIKA sekaligus diharapkan mampu menjadi media pembelajaran yang bermanfaat untuk para siswa siswi. Selesainya penyusunan makalah ini merupakan hasil dari kerja keras dan bantuan dari berbagai pihak dan sumber informasi terpercaya lainnya. Oleh karena itu, kami selaku penyusun, mengucapkan terima kasih yang tulus untuk semua pihak yang ikut serta membantu dan terlibat dalam penyusunan makalah ini.Semoga Allah SWT membalasnya dengan yang lebih baik. Oleh karena itu kami mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk lebih menyempurnakan makalah ini. Akhir kata kami ucapkan semoga makalah ini dapat bermanfaat.



Cibungbulang , 24 Maret 2021 Penyusun



i



DAFTAR ISI Kata Pengantar.......................................................................................... ii Daftar Isi....................................................................................................iii BAB I Pendahuluan................................................................................... 1 A.     Latar Belakang...................................................................................... 1 B.     Rumusan Masalah ................................................................................ 1 C.     Tujuan................................................................................................... 1 BAB II Pembahasan.................................................................................. 2 1. Dasar-Dasar Tekanan Hidrostatik.............................................................................. 2 2. Tekanan Hidrostatik.................................................................................................... 2 A. Manometer Pipa Terbuka........................................................................................... 3 B. Barometer....................................................................................................................3 C. Pengukur Tekanan Ban.............................................................................................. 4 D. contoh soal................................................................................................................. 4 3.Tekanan........................................................................................................................ 6  * contoh soal.................................................................................................................. 7 BAB III Penutup........................................................................................................... 8 A.kesimpulan.................................................................................................................. 8 DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................... 9



1



BAB 1 PENDAHULUAN A.Latar Belakang Didalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai berbagai macam zat yaitu zat cair, zat padat, dan zat gas. Zat cair merupakan cairan berbentuk cair seperti air, minyak, bensin dan sebagainya. Zat padat adalah zat yang memiliki bentuk keras atau padat seperti es batu. Zat gas merupakan zat yang berbentuk gas atau udara seperti balon yang ditiup berisi gas. Fluida adalah zat yang tidak dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Oleh sebab itu yang termasuk fluida hanyalah zat cair dan zat gas. Fluida yang saat ini yang dilakukan percobaan yaitu fluida statis. Fluida statis merupakan fluida yang tidak mengalami perpindahan bagianbagiannya. Fluida statis (hidrotatis) mengenal beberapa konsep yang saling berkaitan, yaitu tekanan hidrostatis, hukum pascal, hukum archimedes, tegangan permukaan, kapilaritas, dan kekentalan zat cair. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang itu. Pada fluida statis terdapat tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis memiliki  keterkaitan terhadap luas permukaan wadah atau bejana. Tekanan hidrostatis didefinisikan sebagai besarnya gaya tekan zat cair yang dialami oleh bejana tiap satuan luas. Didalam fluida terdapat tekanan dimana jika luas permukaan wadah lebih besar maka tekanan yang dihasilkan semakin kecil dan sebaliknya jika luas permukaan wadah wadah lebih kecil maka tekanan yang dihasilkan semakin besar. Jadi luas permukaan wadah mempengaruhi besar atau kecilnya tekanan yang dihasilkan. Percobaan yang dilakukan mengenai fluida statis dimana kita mengamati besar tekanan hidrostatisnya. Kita menggunakan sebuah botol yang diberi lubang sebanyak tiga lubang yang ditutup dengan selotip lalu diisi dengan air sampai penuh. Disini kita akan melihat perbandingan tekanan yang dihasilkan setelah lubang dibuka, yang mana lubangnya dibuka satu persatu dan diukur kejauhannya dengan mistar, setelah kita melakukan percobaan tersebut maka kita dapat membandingkan besar atau kecilnya tekanan yang dihasilkan. Dengan percobaan seperti ini kita dapat membuktikan teori –teori dari tekanan hidrostatis. B.Rumusan Masalah 1) Apakah yang di maksud dengan hidrostatika ? 2) Bagaimanakah cara menentukan tekanan hidrostatik ? 3) Apakah itu tekanan ? C.Tujuan Masalah 1) Untuk mengetahui apa itu hidrostatika 2) Untuk mengetahui cara menentukan tekanan hidrostatis 3) Untuk mengetahui tekanan



2



BAB II PEMBAHASAN A.Dasar-Dasar Tekanan Hidrostatik Statiska fluida,kadang sering di sebut juga sebagai hidrostatika,adalah cabang ilmu yang mempeljari keadaan fluida diam,dan merupakan kajian sub-bidang kajian mekanika fluida.istilah ini biasanya menerap pada penerapan mate matika pada subjek tersebut. Stastika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimabangan yang stabil.penggunaan fluida untuk melakukan kerja di sebut dengan hidrolika,dalam mengenai ilmu fluida dalam keadaan bergerak di sebut sebagai dinamika fluida. B.Tekanan Hidrostatik Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A). Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan gravitasi Bumi, ditulis :  Oleh karena m = ρ.V persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai p =  Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi :  P =  = ρ.g.h Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut : Dengan :   Ph = Tek anan hidrostatis (N/m2)  Ph = ρ.g.h                      ρ = Massa jenis (kg/m3)                                         g = Percepatan gravitasi (m/s2)                                         h = Ketinggian (m) Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengaa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah. 1. Manometer Pipa Terbuka Manometer  pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekanan atmosfir (p0).



3



2 .Barometer Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah menandakan kemungkinan badai. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut. ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung atau (13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2 jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2 3 .Pengukur Tekanan Ban Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban. Contoh soal : 1. Sebuah tempa air berbentuk kubus memiliki panjang rusuk 60 cm diisi 180 liter air (massa jenis air = 103 kg/m3). Jika g = 10 m/s2, tentukan : a. tekanan hidrostatik pada dasar kubus; b. gaya hidrostatik pada dasar kubus; c. gaya hidrostatik pada titik B yangberjarak 0,25 m dari permukaan air.                                            2. Sebuah pipa U berisi dua cairan dengan kerapatan berbeda pada keadaan setimbang. Di pipa sebelah kiri berisi minyak yang tidak diketahui kerapatannya, di sebelah kanan berisi air dengan kerapatan 1000 kg/m3. Bila selisih ketinggian di permukaan air adalah h=13 mm dan selisih ketinggian antara minyak dan air adalah 15   mm. Berapakah kerapatan minyak ?                  3. Dalam sebuah bejana diisi air (ρ = 1000 kg/m3). Ketinggian airnya adalah 85cm. Jika g = 10 m/s2 dan tekanan udara 1 atm, maka tentukan : a. tekanan hidrostatis di dasar bejana; b. tekanan mutlak di dasar bejana. C.Tekanan Tekanan merupakan gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang tersebut, tidak menjadi masalah bagaimana orientasi permukaan (tegak, menadatar atau miring). Tekanan tidak memiliki arah tertentu hingga tekanan termasuk besaran skalar. Berbeda dengan tekanan, sebuah gaya adalah sebuah vektor, yang berarti memiliki arah tertentu. Sekarang mari kita pahami konsep tekanan yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Mengapa orang membuat paku atau pasak dengan bentuk ujung yang runcing?. Hal ini bertujuan dengan gaya yang relatif kecil, paku atau pasak dapat menenbus atau menencap pada permukaan benda lain. Demikian pula untuk memeotong sesuatu benda denagn mudah, kita memerlukan pisau yang tajam. Dari kedua contoh tersebut dapat simpulkan semakin kecil luas penampang suatu dimana gaya bekerja, maka akan menyebabkan tekanan semakin besar. 4



Sehingga dapat  dirumus dari tekanan adalah sebagai berikut P = F/A Keterangan :                        P          =  tekanan (N/m)                        F          =  Gaya yang bekerja (N)                        A         =  Luas bidang (m)             Nilai tekanan sebesar 1N/m2 dapat dinyatakan sebagai paskal (pa) sehingga satuan SI umtuk tekanan dapat dinyatakan dalam N/m2 atau dalam pascal.untuk kepentingan praktis satuan tekanan biasa dinyatakan dalam atmosfer (atm), cmHg atau bar. 1atm = 76 cmHg = 1,013 x 105 Pa = 1,013 bar Besarnya tekanan yang dihasilkan oleh fluida berbeda dengan tekanan yang dihasilkan oleh zat padat lainnya. Pada fluida tekanan yang dihasilkan menyebar kesegala arah, sementara pada zat padat, tekanan yang dihasilkan hanya ke arah bawah (jika tidak zat padat hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi). Tekanan pada zat cair disebabkan oleh adanya gaya gravitasi yang bekerja pada tiap bagian zat cair; besarnya tekanan  bergantung pada kedalman, semakin dalam letak suatu bagian zat cair, semakin besar tekanan pada bagian itu. Hal ini dapat dibuktikan dengan malakukan percobaan dengan   membuat tiga lobang tegak lurus  pada sebuak kaleng yang kemudian di isi air, Perhatikan lubang mana yang paling jauh pancaran airnya. Tampak jelas pada percobaan tersebut bahwa pada lobang ketiga memiliki lintasan yang paling jauh. Peristiwa tersebut mebuktikan pernyataan di atas, yaitu makin dalam letak suatu tempat di dalam zat air, makin besar tekanan pada tempat itu. Tekanan dalam fluida yang diakibatkan oleh adanya gaya gravitasi disebut tekanan hidrostatis. Sifat zat cair yaang mengalir menyebabkan tekanan hidostatis tidak hanya terjadi pada bidang mendatar, melainkan pada setiap bidang. Setiap titik pada wadah mendapat tekanan dari zat cair yang ada dalam wadah itu.semakin tinggi zat cair dalam wadah, makin berat zat cair itu, sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Berikut penurunan rumus tekanan hidrostatik :    Gambar : balok Luas penampang pada balok tersebut adalah A = p x l Sedangkan untuk massa zat cair adalah (massa jenis air = r) m = r V     = r p l h F=mg    = p l h g Sehingga rumus yang kita dapat yaitu : P =  r. g . h             Keterangan :                            P         =  tekanan (N/m2) atau Pa                            r          = massa jenis (kg/m3)                           g          = gaya grafitasi bumi (m/s2)                           h          = ketinggian zat cair (m)             Gambar dibawah ini menunjukkan suatu fluda yang berda dalan bejana berhubungan, terlihat bahwa tinggi pemukaan fluida pada masing-masing bejana adalah 5



sama, yang menunjukkan bahwa tekanan hanya bergantung pada kedalaman, bukan pada bentuk wadah. Fenomena ini dinyatakan dalam hukum pokok fluida statis, yang berbunyi “semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama.” Gambar : tekanan pada fluida tidak bergantung pada bentuk wadah Perlu kita ketahui, tekanan yang kita bicarakan sebelumnya merupakan tekanan yang belum memperhitungkan tekanan atmosfer. Tekanan di suatu titik di dalam suatu fluida di sebut tekan absolut, yang dapat dirumuskan P = P0 + Ph = P0 + r. g . h Dengan P0  adalah tekanan atmosfer atau tekanan uadara luar. Contoh Soal : 1.Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 20 m. Jika massa jenis air danau 1 g/cm3, percepatan gravitasi g = 10 m/s2, dan tekanan diatas permukaan air sebesar 1 atm. Tentukan : a.Tekanan hidrostatik di tempat tersebut? b.Tekanan total di tempat tersebuat ?



6



BAB III PENUTUP Kesimpulan hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subyek tersebut. fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Tekanan=P , dengan rumus P = ρgh Menurut prinsip Archimedes,berat air yang sama volumenya sama dengan gaya apung pada benda ketika tenggelam.Karena itu sama dengan hilangnya berat benda bila ia ditimbang ketika tenggelam di air. ·         Hukum Utama hidrostatis menyatakan bahwa : Tekanan hidrostatis suatu zat cair hanya bergatung pada tinggi kolom zat cair (h), massa jenis zat cair (r) dan percepatan grafitasi (g), tidak bergantung pada bentuk dan ukuran bejana, Setiap bagian di dalam fluida statis akan mendapat tekanan zar cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis  disebut Tekanan Hidrostatis “Ph”. Besarnya tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada massa jenis zat cair, percepatan gravitasi bumi dan kedalamannya. ·         Suatu titik dalam fluida diam tergantung pada kedalaman titik tersebut, bukan pada bentuk wadahnya oleh karena itu semua titik akan memiliki  tekanan hidrostatis yang sama. Fenomena ini disebut sebagai Hukum Utama Hidrostatis.



7



DAFTAR PUSTAKA www.google.com www.fisikaglosarium.com www.wikipediasearch.com Tipler,Paul A.(2011).Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ke-3 Jilid 1.Penerbit Erlangga,Ciracas jakarta.



8