Hai sobat, rumushitung ada materi fisika tentang fluida nih. Fluida terdiri dari fluida statis dan fluida dinamis. Tetapi, rumushitung hanya akan bahas materi fluida statis saja. Bagian yang akan dibahas nanti ada pengertian, jenis-jenis, dan contoh soal.
Pengertian Fluida
Fluida merupakan zat yang mengalir. Dari kata fluida mencakup zat cair, zat air dan gas sebab kedua zat tersebut bisa mengalir, sebaliknya jika batu dan benda-benda keras tidak tergolong dalam fluida sebab tidak dapat mengalir.
Setelah mengenal fluida, kalian harus tau bahwa fluida memiliki 2 bagian, yaitu fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak)
A. Fluida Statis (Diam)
Merupakan fluida yang berada pada fase diam atau dalam keadaan bergerak namun tidak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida (kecepatan sama) sehingga partikel tersebut tidak saling bergeser.
Massa Jenis
Berdasarkan fisika, massa jenis, yaitu massa per volume. Jika berdasarkan matematis, massa jenis dirumuskan sebagai :
ρ = m / V
Keterangan :
ρ = massa jenis (kg/m3)
m = massa (kg)
V = volume (m3)
Di bawah ini terdapat beberapa bahan dan massa jenis sebagai berikut :
- Bahannya air dengan massa Jenisnya 1,00 g/cm3
Nama bahannya gliserin dengan massa jenisnya 1,26 g/cm3 - Bahannya aluminium dengan massa jenisnya 2,7 g/cm3
Nama bahannya kuningan dengan massa jenisnya 8,6 g/cm3 - Bahannya baja dengan massa jenisnya 7,8 g/cm3
Nama bahannya perak dengan massa jenisnya 10,5 g/cm3 - Bahannya benzena dengan massa jenisnya 0,9 g/cm3
Nama bahannya platina dengan massa jenisnya 21,4 g/cm3 - Bahannya besi dengan massa jenisnya 7,8 g/cm3
Nama bahannya raksa dengan massa jenisnya 13,6 g/cm3 - Bahannya emas dengan massa jenisnya 19,3 g/cm3
Nama bahannya tembaga dengan massa jenisnya 8,9 g/cm3 - Bahannya es dengan massa jenisnya 0,92 g/cm3
Nama bahannya timah hitam dengan massa jenisnya 11,3 g/cm3 - Bahannya etil alkohol dengan massa jenisnya 0,81 g/cm3
Contoh soal :
Raksa pada bejana yang berhubungan, memiliki selisih permukaan 6 cm. Massa jenis raksanya sebesar 13,6 g/cm3. Ketinggian zat cair pada tabung sebelah kiri sebesar 20 cm. Berapa massa jenis zat cairnya?
Pembahasan :
Diketahui :
h raksa = 6 cm = 0,06 m
ρ raksa = 13,6 g/cm3 = 13600 kg/m3
h zat cair = 20 cm = 0,2 m
Ditanya :
ρ zat cair = . . . ?
Jawab :
Gunakan rumus P = ρ . g . h
Sistem berada dalam keadaan setimbang, maka :
P raksa = P zat cair
ρ . g . h = ρ . g . h
ρ . h = ρ . h
ρ = (ρ . h)/h zat cair
ρ = (13600 . 6)/20
ρ = 13600 . 0,3
ρ = 4.080 kg/m3
Tekanan
Berdasarkan fisika, tekanan ialah gaya yang tegak lurus pada permukaan bidang, kemudian dibagi dengan luas permukaan bidang tersebut. Berdasarkan matematis, tekanan dapat dirumuskan sebagai :
P = F / A
Keterangan :
P = tekanan (Pa)
F = gaya (N)
A = luas permukaan (m2)
Tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang tempat gaya itu bekerja. Jika terdapat persamaan tekanan dengan besar gaya yang sama, maka luas bidang yang kecil akan memperoleh tekanan yang besar. Sebaliknya jika luas bidang besar, maka tekanannya semakin kecil.
Pada tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak gerak. Tekanan ini dialami oleh suatu titik dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut.
Rumus tekanan hidrostatis :
Ph = ρ . g . h
Keterangan :
Ph = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (meter)
Prinsip tekanan hidrostatis dipakai pada alat-alat pengukur tekanan, seperti alat untuk menguur tekanan gas (manometer pipa terbuka, barometer, pengukur tekanan ban).
Tekanan Total
Permukaan fluida yang terkena udara luar atau tekanan udara luar dinyatakan dengan P. Apabila tekanan luar ditentukan, besar tekanan total pada satu titik dalam fluida dinyatakan dalam rumus :
PA = Po + ρ . g . h
Keterangan :
Po = tekanan udara luar (1,013 x 105 N/m2)
PA = tekanan total titik A
Hukum Utama Hidrostatis
Tekanan total di titik A dan titik B itu sama besarnya. Berdasarkan persamaan tekanan hidrostatis, besar tekanan titik A dan titik B bergantung pada massa jenis fluida dan ketinggian di dalam tabung. Matematisnya, persamaan tekanan total dapat dirumuskan sebagai :
PA = PB
Po + ρ1 . g . h1 = Po + ρ2 . g . h2
ρ1 . h1 = ρ2 . h2
Keterangan :
h1 = jarak titik A oleh permukaan fluida 1
h2 = jarak titik B oleh permukaan fluida 2
ρ1 = massa jenis fluida 1
ρ2 = massa jenis fluida 2
Hukum Pascal
Tekanan terhadap gaya sebesar F1 oleh pipa 1 yang mempunyai luas penampang A1, akan dilanjutkan oleh fluida dengan gaya sebesar F2 pada pipa 2 yang mempunyai luas penampang sebesar A2 dengan kesetimbangan besar tekanan. Secara sistematis, hukum Pascal dirumuskan sebagai :
P1 = P2
F1 / A1 = F2 / A2
Keterangan :
F1 = gaya pada pipa 1
F2 = gaya pada pipa 2
A1 = luas penampang pipa 1
A2 = luas penampang pipa 2
Contoh soal :
Alat pengangkat kendaraan mempunyai luas pengisap berturut-turut 0,2 m2 dan 6 x 10-4 m2. Dipakai untuk mengangkat kendaraan mobil seberat 3 x 104 N. Hitung berapa besar gaya yang harus diberikan pada pengisap kecil?
Pembahasan :
Diketahui :
A1 = 6 x 10-4 m2
A2 = 0,2 m2
F2 = 3 x 104 N
Ditanya :
F1 = . . . ?
Jawab :
F1 / A1 = F2 / A2
F1 / A1 = F2 / A2
F1 = F2 . A1/ A2
F1 = 3 x 104 . 6 x 10-4/ 0,2
F1 = 90 N
Hukum Archimedes
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida baik sebagian atau seluruhnya, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas ini besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Berdasarkan matematis, hukum archimedes dirumuskan :
F = ρ . V . g
Keterangan :
F = gaya (N)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
V = volume (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan merupakan gaya pada permukaan fluida di tiap satuan panjang. Besar tegangan permukaan untuk benda yang mempunyai satu permukaan adalah :
γ = F / l
Keterangan :
γ = tegangan permukaan (N/m)
F = gaya (N)
l = panjang (m)
γ = F / d
Keterangan :
γ = tegangan permukaan (N/m)
F = gaya (N)
d = panjang (m), dengan d = 2l
γ = W / A
Keterangan :
γ = tegangan permukaan (N/m)
A = luas penampang (m2)
W = usaha (J)
Kapilaritas
Kapilaritas ialah peristiwa naik turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler. Naik atau turunnya permukaan zat cair bisa ditentukan dengan persamaan :
F cos θ = m . g
Keterangan :
m = massa (kg)
F = gaya (N)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
θ = sudut
Viskositas
Adalah ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan pada fluida. Jika viskositas fluida besar, maka fluida akan sulit mengalir. Rumus viskositas :
F = k η v
Keterangan :
F = gaya (N)
k = konstanta
η = koefisien viskositas fluida (Pa.S)
v = kelajuan bola (m/s)
Itulah penjelasan mengenai bahas materi fluida statis mapel fisika. Semoga bermanfaat dan sekian terima kasih.