Bahan Ajar Fluida Statis b6q3e

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS Satuan Pendidikan : SMA Al Fusha Kedungwuni Mata Pelajaran

: Fisika

Kelas / Semester

: X / II (Dua)

Peminatan

: MIA

Materi Pokok

: Fluida Statis

Alokasi Waktu

: 4 x 3 Jam Pelajaran

“FLUIDA STATIS” Wujud zat secara umum dibedakan menjadi tiga, yaitu zat padat, cair, dan gas. Berdasarkan bentuk dan ukurannya, zat padat mempunyai bentuk dan volume tetap, zat cair memiliki volume tetap, akan tetapi bentuknya berubah sesuai wadahnya, sedangkan gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap sehingga keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir. Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir adalah zat yang mengalirkan seluruh bagianbagiannya ke tempat lain dalam waktu yang bersamaan. Zat alir mencakup zat dalam wujud cair dan gas. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat dimampatkan) jika diberi tekanan. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair tidak dapat dimampatkan. Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak) dan fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang bergerak. Hidrodinamika yang khusus membahas mengenai aliran gas dan udara disebut aerodinamika. Fluida statis adalah fluida yang tidak mengalami perpindahan bagian- bagiannya. Perbedaan fluida statis dan fluida dinamis :  Fluida statis merupakan fluida yang berada pada fase tidak bergerak atau diam. Fluida statis adalah fluida dalam keadaan bergerak tetapi tidak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau dapat dikatakan pula fluida tersebut bergerak dengan kecepatan yang sama. Contohnya : dongkrak hidrolik, pompa hidrolis, mesin hidrolis, hidrometer (alat pengukur massa jenis zat)  Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak. Fluida dinamis dianggap fluida yang mempunyai konstan terhadap waktu, tidak mengalami perubahan volume, tidak kental, tidak mengalami turbulensi (keadaan yang ditandai ketidakstabilan dan keacakan). Di dalam belajar materi fluida statis, kita akan belajar terlebih dahulu dasar dari materi fluida statis, diantaranya : A. Massa Jenis Zat B. Tekanan Hidrostatis C. Tekanan Atmosfer

Bahan Ajar Fisika kelas XI

A.

Massa Jenis Zat Pernahkah kamu memperhatikan mengapa ketika minyak goreng dan air dicampurkan minyak selalu berada di atas permukaan air?

Minyak goreng air Mengapa ketika kita melempar batu ke kolam, batu tersebut tenggelam; sedangkan kita melempat gabus ke kolam, gabus tersebut mengapung?

Semua pertanyaan tersebut berkaitan dengan massa jenis zat. Semakin besar massa jenis benda, maka semakin besar peluang benda itu tenggelam.

Apakah Massa Jenis Zat itu ?

Massa jenis zat didefinisikan perbandingan massa zat dengan volume zat. Secara matematisnya dituliskan : 𝜌=

𝑚 𝑉

𝜌 dibaca “rho” atau simbol massa jenis zat dengan satuan (kg/m3). 𝑚 = massa zat (kg) 𝑉 = volume zat (m3) Massa jenis zat ini menunjukkan kerapatan massa (densitas) suatu zat. Setiap zat memiliki kerapatan yang berbeda – beda serta merupakan sifat alami dari zat tersebut. Jadi, massa jenis zat sama dengan kerapatan zat homogen.

Bahan Ajar Fisika kelas XI

Berikut beberapa zat dengan massa jenisnya : Nama Zat Air Aluminium Baja Benzena Emas Es Etil Alkohol Gliserin Kuningan Perak Platina Raksa Tembaga Timah Hitam Minyak goreng Udara (pada 1 atm dan 00 C) Oksigen (pada 1 atm dan 00 C) Karbondioksida (pada 1 atm dan 00 C) Propana (pada 1 atm dan 00 C) Hidrogen (pada 1 atm dan 00 C)

Massa Jenis (g/cm3) 1,00 2,70 7,80 0,90 19,3 0,92 0,81 1,26 8,6 10,5 21,4 13,6 8,90 11,3 0,80 0,00130 0,00143 0,00198 0,00202 0,00009

Contoh Soal : 1. Tentukan massa jenis sebuah kubus yang mempunyai panjang sisinya 5 cm dan massanya 250 gr ! Pembahasan : Diketahui : panjang sisi kubus = 5 cm Massa kubus = 250 gram Ditanya : 𝜌 = ... ? Rumus untuk mencari massa jenis zat adalah : 𝜌=

𝑚 𝑉

Terlebih dahulu kita cari besaran yang belum diketahui yaitu Volume kubus. Volume kubus = s x s x s =5x5x5 = 125 cm3 Maka, massa jenis kubus adalah : 𝜌= 𝜌=

𝑚 𝑉

250 𝑔𝑟 125 𝑐𝑚3

𝜌 = 2 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 B. Tekanan Hidrostatis Masih ingatkah kalian definis tekanan? Di kelas 8 SMP materi tekanan sudah pernah dijelaskan. Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut : 𝐹 𝑝= 𝐴 Dengan : F = gaya (N) A = luas permukaan (m2) p = tekanan (N/m2) atau Pascal

Bahan Ajar Fisika kelas XI

Rumus matematis tekanan menyatakan bahwa tekanan (p) berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Perhatikan gambar di bawah ini !

h

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). 𝐹 𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑝= = 𝐴 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑗𝑎𝑛𝑎 Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dangan percepatan gravitasi bumi (F = mfluida . g). Massa fluida merupakan perkalian antara massa jenis zat dengan Volume zat, maka 𝑚𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 = 𝜌. 𝑉 Jadi, persamaan tekanan oleh fluida dapat dituliskan : 𝜌𝑉𝑔 𝑝= 𝐴 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 : 𝜌(𝐴ℎ)𝑔 𝑝= 𝐴 𝑝 = 𝜌𝑔ℎ Jika tekanan hidrostatis dilambang dengan ph, maka persamaannya adalah : 𝑝ℎ = 𝜌𝑔ℎ 2

Dengan : ph = tekanan hidrostatis (N/m ) 𝜌 = massa jenis fluida (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m) semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam kalian menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis semakin bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah. Contoh Soal Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi : A. Air B. Raksa C. Gliserin Pembahasan : Diketahui : h = 30 cm dan g = 10 m/s2

Bahan Ajar Fisika kelas XI

A. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air. 𝑝ℎ = 𝜌𝑔ℎ = (1000 kg/m3-)(10 m/s2)(0,3 m) = 3.000 N/m2 B. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa 𝑝ℎ = 𝜌𝑔ℎ = (13600 kg/m3-)(10 m/s2)(0,3 m) = 40.800 N/m2 C. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin 𝑝ℎ = 𝜌𝑔ℎ = (1260 kg/m3-)(10 m/s2)(0,3 m) = 3.780 N/m2

C. Tekanan Atmosfer Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi. Pada tiap bagian atmosfer bekerja gaya gravitasi. Makin ke bawah, makin berat lapisan udara yang di atasnya. Dengan demikian, makin rendah suatu tempat, makin tinggi tekanan atmosfernya. Tekanan pada suatu kedalaman tertentu di dalam zat cair juga dipengaruhi oleh tekanan atmosfer yang menekan lapisan zat cair paling atas. Dengan demikian, tekanan total pada suatu kedalaman tertentu di dalam zat cair dapat dirumuskan sebagai berikut : 𝑝 = 𝑃0 + 𝜌. 𝑔. ℎ Dengan : p = tekanan total (N/m2) atau Pa P0 = tekanan atmosfer (atm, Pa) nilainya 1 atm = 1,01 x 105 Pa atau 1,01 bar 𝜌 = massa jenis zat (kg/m3) g = percepatan gravitas bumi (m/s2) h = kedalaman (m)

Contoh Soal Jika diketahui tekanan udara luar 1 atm dan g = 10 m/s2, tentukan tekanan total di bawah permukaan danu pada kedalaman : a. 10 cm b. 20 cm c. 30 cm PEMBAHASAN : Diketahui : 𝑃0 = 1 atm dan g = 10 m/s2 a. Tekanan total di bawah permukaan danau pada kedalaman 10 cm : 𝑝 = 𝑃0 + 𝜌. 𝑔. ℎ = (1,01 x 105 N/m2) + (1000 kg/m3) (10 m/s2) (0,1 m) 𝑝 = 1,02 × 105 𝑁/𝑚2 b. Tekanan total di bawah permukaan danau pada kedalaman 20 cm : 𝑝 = 𝑃0 + 𝜌. 𝑔. ℎ = (1,01 x 105 N/m2) + (1000 kg/m3) (10 m/s2) (0,2 m) 𝑝 = 1,03 × 105 𝑁/𝑚2 c. Tekanan total di bawah permukaan danau pada kedalaman 30 cm : 𝑝 = 𝑃0 + 𝜌. 𝑔. ℎ = (1,01 x 105 N/m2) + (1000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) 𝑝 = 1,04 × 105 𝑁/𝑚2

Bahan Ajar Fisika kelas XI