• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
MODUL FLUIDA STATIS
 

MODUL FLUIDA STATIS

on

  • 21,053 views

FILE SMT 6

FILE SMT 6

Statistics

Views

Total Views
21,053
Views on SlideShare
21,050
Embed Views
3

Actions

Likes
4
Downloads
496
Comments
1

2 Embeds 3

http://search.tb.ask.com 2
http://home.tb.ask.com 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

11 of 1 previous next

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • like (y)
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    MODUL FLUIDA STATIS MODUL FLUIDA STATIS Document Transcript

    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 1
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 2Standar KompetensiMenerapkan konsep dan prinsipmekanika klasik sistem kontinudalam menyelesaikan masalah.Kompetensi DasarMenganalisis hukum-hukumyang berhubungan dengan fluidastatik dan dinamik sertapenerapannya dalam kehidupansehari- hariPerhatikanlah serangga yang sedang diam di atas permukaan air.Mengapa serangga tersebut dapat berdiri di atas permukaan air?Bagaimanakah hukum Fisika menerangkan peristiwa ini? Peristiwaserangga yang sedang berdiam diri di atas permukaan air seperti padagambar, berhubungan dengan salah satu sifat air sebagai fluida, yaitutegangan permukaan. Oleh karena adanya tegangan permukaan zatcair, serangga dan benda-benda kecil lainnya dapat terapung di ataspermukaan air
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 3PETA KONSEPFLUIDATekananHidrostatikakkkCair TeganganPermukaanHukumPokokHidrostatikaFluidaDinamikFluidaStatisGassFluidaArchimedesGayaAngkatke AtasHidrometer, KapalLaut, galangankapalHukumPascalTekanan yangDiteruskan keSegala ArahDongkrakHidrolik,PompaHidrolikmemenuhiDiklasifikasikan dalamkeadaan keadaanDapatberwujud memilikiDiatur oleh Diatur olehMenyatakan adanya Menyatakan adanyaDiaplikasikanpadaDiaplikasikanpadamemiliki
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 4Gambar: Air dalam gelasadalah fluida statik1. FluidaMateri dibedakan menjadi tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas. Bendapadat, cair dan gas. Benda padat mempunyai tidak dapat berubah bentuk danukurannya juga tetap sehingga tidak langsung terjadi perubahan volume ataupunbentuk jika terdapat gaya yang bekerja pada benda itu. Keadaan yang berbedaterjadi pada zat cair dan gas. Zat cair tidak mempunyai bentuk yang berbeda danvolume nya tetap sedangkan gas tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap.Oleh karena itu, zat cair dan gas memiki kemampuan mengalir.Zat yangmemiiliki kemampuan mengalir digolongkan ke dalam fluida.Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alirdibatasi pada zat mengalirkan seluruh bagian-bagiannya ketempat lain dalam waktu yang bersamaan. Zat alir mencakupzat yang dalam wujud cair dan gas. Fluida statik meninjaufluida yang tidak bergerak. Misalnya air di gelas, air dikolam renang, air dalam kolam, air danau, dan sebagainya.Penggolongan fluida menurut sifat-sifatnyadibedakan menjadi dua, yaitu fluida ideal dan sejati. Fluidaideel hanya sebgai permodelan dan tidak ada dalamkehidupan. Adapun ciri- ciri fluida ideal antara lain: tidak dapat di kompresibleatau ditekan dan berpindah tanpa adanya gesekan. Fluida sejati merupakan jenisfluida yang terdapat dalam kehidupan dengan ciri-ciri antara lain fluida dapatdikompresible dan mengalami gesekan saat berpindah atau mengalir.Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluidaberada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis yang akandibahas pada subbab ini di antaranya tekanan dan tekanan hidrostatik, tekanantotal, Hk. Pascal, Hk. Archimedes, tegangan permukaan, gejala kapilaritas, gejalameniscus dan viskositas serta gaya stokesnya.2. Massa JenisPernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkahpernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunyakurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 5sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besitersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwasetiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifatalami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) bendahomogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Secara matematis,massa jenis dituliskan sebagai berikut.Fluida memiliki beragam massa jenis tergantung pada jenis masing-masing fluidanya, seperti yang tertera pada tabel 1:Tabel 1. Bahan Zat dan Massa jenisnyaDimana := tekanan (N/m2)F = gaya (N)A = Luas (m2)
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 61 Pa : 1 N/m21 atm : 76 cm Hg1 mb : 0,001 bar1 bar : 105 Pa1atm : 1,01x105 PaNOTE3. Tekanan3.1. Tekanan Pada Zat PadatTekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatupermukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secaramatematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaanbidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidangyang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luasbidang yang besar.Satuan dan dimensi tekananSatuan SI untuk gaya adalah N dan luas adalah sehingga sesuaidengan persamaan (2), maka:Satuan tekanan = = = N.Dan untuk menghormati BlaisePascal, seorang ilmuwan berkebangsaanPrancis yang menemukan prinsip Pascal,maka satuan tekanan dalam SI dinamakanjuga dalam Pascal (disingkat Pa), 1 Pa = 1Nm-2. Untuk keperluan lain dalampengukuran, besaran tekanan juga biasadinyatakan dengan: atmosfere (atm), cm-raksa (cmHg), dan milibar(mb).Dimana :P = tekanan (N/m2)F = gaya (N)A = Luas (m2)
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 7Sebuah kursi yang massanya 6 kg memiliki empat kaki yang luas penampangnyamasing- masing adalah 1 x . Tentukan tekanan kursi trrhadap lantai jikapercepatan gravitasi g=10 m /Penyelesaian :Lantai mengalami tekanan akibat berat kursi yang tertumpu pada keempat kakinya.Berat kursiw = m. g= (6kg) (10 m/ ) = 60 NLuas alas keempat kaki kursi,A = 4 (1 x ) = 4 xTekanan Kursi terhadap lantaip = = = = 15 x PaCONTOHSOALGambar 1. Bejana terisi fluidasetinggi h, akan mengalamitekanan hidrostatik sebesar ph3.2. Tekanan HidrostatisTekanan hidrostatis disebabkan olehfluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yangdialami oleh suatu titik di dalam fluidadiakibatkan oleh gaya berat fluida yang beradadi atas titik tersebut. Perhatikanlah Gambar 1.Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasartabung adalah p, menurut konsep tekanan,1. Sebuah balok memiliki panjang, lebar, dan tinggi berturut- turut 80 cm,50 cm dan 20 cm. Hitunglah tekanan maksimum dan minimum yangdapat dilakukan balok pada suatu permukaan datar, jika massa jenisbalok 5 g/ dan percepatan gravitasi (g= 10 m/ ) adalah…?2. Berapakah gaya yang diberikan pada bola dengan jari bola 14 mdengan tekanan 3 x Pa..?Latihan 1
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 8Gambar 2. Tekanan hidrostatik pada titik A-B-C-D-E besarnya samabesarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F)dan luas permukaan bejana (A) sehingga dirumuskan :p = =Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida denganpercepatan gravitasi bumi, ditulis . Oleh karena ,persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai . Volume fluidadi dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana(A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanandi dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi:p = =Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannyadituliskan sebagai berikut:Tekanan hidrostatis pada suatuperairan sedalam 8 km lebih besardibandingkan dengan perairan yangkedalamanya 5 km, mengapa demikian?Perhatikan gambar 2. Manakah yang memilikitekanan hidrostatis paling besar ? Besarnyatekanan hidrostatis pada gambar 2 adalahsama besar. Hal ini karena besarnya tekananhidrostatis hanya bergantung pada kedalamansuatu permukaan bukan bentuk permukaannya.=Dimana: tekanan hidrostatis (N/ ),: massa jenis fluida (kg/ ),g : percepatan gravitasi (m/ ), danh : kedalaman titik dari permukaan
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 9CONTOHSOALCONTOHSOALTabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekananhidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/ dan tabung berisi:a. air,b. raksa, danPenyelesaian;Diketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:Ph = gh = (1.0001.000 kg / ) (10 m/ ) (0,3 m) = 3.000 N/b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa:Ph = ρgh = (13.6001.000 kg / ) (10 m/ ) (0,3 m) = 40.800 N/Seekor ikan berada pada kedalaman 4 m dari permukaan air sebuah danau. Jikamassa jenis air 1.000 kg / , tentukan tekanan hidrostatik yang dialami ikan,Penyelesaian:Kedalaman h = 4 m = 1.000 kg /= 1 atm = 1 x N/Tekanan hidrostatik yang dialami ikan= g h = (1.000 kg / x (10 m/ ) x 4 m = 4 x N/Latihan 21. Tabung setinggi 25 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekananhidrostatik pada dasar tabung, jika g= 10 m/ dan tabung berisi:a. Air, = 1.000 kg /b. Raksa, = 13.600 kg /c. Etanol, = 810 kg /2. Di dalam sebuah tabung yang tingginya 1 meter, terdapat air dan raksa.Tentukan perbandingan tinggi air dan raksa dalam tabung agar tekananhidrostatik di dasar tabung 44,8 x Pa. (Diketahui: = 1 g / ,= 13,6 1 g / dan g =10 m/ )
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 10Gambar. Tekananhidrostatik pada titik asebesar paCONTOH SOAL3.3. Tekanan MutlakBagaimana besar tekanan jika pada permukaanterkena udara luar ? Perhatikan gambar 3. Padapermukaan fluida yang terkena udara luar,bekerja tekanan udara luar yang dinyatakandengan p.Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan,besarnya tekanan total atau tekanan mutlakpada satu titik di dalam fluida sebesar .Dimana :p0 = tekanan udara luar = 1,013 × 105 N/m2,pA = tekanan total di titik A (tekananmutlak).Suatu tempat didasar danau memiliki kedalaman 20 m. Jika massa jenis airdanau 1 g/ , percepatan gravitasi g = 10 m/ , dan tekanan diatas permukaanair sebesar 1 atm, tentukan:a.Tekanan hidrostatika di tempat tersebut,b.Tekanan total di tempat tersebut.Penyelesaian:Tekanan hidrostatik= g h = 1000 kg x 10 m/ x 20 m = 2 x PaTekanan total adalah jumlah tekanan hidrostatika dan tekanan atsmosferP = + = 1,03 x Pa + 2 x Pa = 3.013 x Pa
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 11Tekanan total di titik A dan Bpada bejana U yang terisifluida homogen adalah samabesar, pA = pB.4. Hukum Pokok HidrostatisTekanan hidrostatik pada suatu titikbergantung pada massa jenis dan letak titiktersebut dibawah permukaan zat cair. Hal iniberarti tekanan hidrostatik hanya bergantugpada letak titik tersebut atau kedalaman. Halini dapat ditarik kesimpulan bahwa semuatitik yang terletak pada bidang datar didalam satu jenis fluida zat cair memilikitekanan yang sama. Pernyataan ini disebut“hukum pokok hidrostatika”Sehingga dapat dirumuskan :1. Seekor lumba- lumba menyelam dalam laut dan mengalami tekanan hidrostatiksebesar tiga kali tekanan atsmosfer. Jika massa jenis laut = 920 kg , tentukankedalaman lumba- lumba tersebut. (1 atm= 1,03 x Pa dan g= 10 m/ )2. Tabung setinggi 20 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan total padadasar tabung, jika g = 10 m/ dan tabung berisi:Air, = 1.000 kg / Etanol, ρ = 810 kg /Raksa, ρ = 13.600 kg /Latihan 3Dimana: massa jenis benda 1: massa jenis benda 2: jarak titik A terhdap permukaan fluida 1: jarak titik B terhdap permukaan fluida 2
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 125. HUKUM PASCALSuatu fluida yang berada di dalam ruang tertutup terdapat dua macamtekanan yang bekerja pada fluida tersebut, yakni tekanan oleh gaya beratnya dantekanan yang dipengaruhi oleh udara luar. Jika tekanan udara luar padapermukaan zat cair ndapat tambahan tekanan dalam jumlah yang sama.Blaise Pascal (1623 – 1662) merupakan tokoh yang menyimpulkanhasil penelitian yaitu tekanan yang diberikan kepada fluida pada ruang tertutupakan diteruskan ke segala arah dengan sama besar tanpa mengalamipengurangan. Pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum pascal.Sebuah pipa Uberisi air dan minyak ditunjukan pada gambar.Selisih tinggi kolom minyak dan air`pada kedua kaki adalah 3cm. Jika massa zat cair 1000 kg/m3. Tentukan massa jenisminyakPenyelesaianCONTOH SOALSebuah tabung berbentuk huruf U mula-mula diisi dengan air yang massa jenisnya1gr/cm3. Pada kaki kiri tabung kemudian dituangkan minyak yang massa jenisnya0,8 gr/cm3 setinggi 10 cm. Tentukan perbedaan ketinggian permukaan air danminyak pada kaki tabung.Latihan 4
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 13Gambar 4. Prinsiphukum pascal5.1.Persamaan Hukum PascalJika suatu fluida yang dilengkapi dengansebuah penghisap yang dapat bergerak makatekanan di suatu titik tertentu tidak hanyaditentukan oleh berat fluida di atas permukaanair tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan olehpenghisap. Berikut ini adalah gambar fluidayang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luaspenampang berbeda. Penghisap pertamamemiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yangkedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar)Persamaan hukum pascal dirumuskan sebagai berikut:Sehingga :DimanaF1 = gaya pada pengisap pipa 1,A1 = luas penampang pengisap pipa 1,F2 = gaya pada pengisap pipa 2, danA2 = luas penampang pengisap pipa 2.Sebuah dongkrak memiliki penghisap kecil 6cm dan penghisap besardiameternya 30 cm. Apabila penghisap kecil ditekan dengan gaya 400N. Berapagaya yang dihasilkan pada penghisap besar ?Penyelesaian:Contoh soal
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 14Gambar 5. Dongkrak hidrolik5.2. Penerapan Hukum PascalPeralatan yang menerapkan prinsip hukum pascal antara laindongkrak hidrolik, mesin pengangkat mobil dan resm hidrolika. Dongkrak hidrolikPrinsip kerjanya memanfaatkanhukum pascal yakni Tekanan yangdiberikan pada suatu fluida dalam ruangtertutup akan diteruskan ke segala arahsama rata”. Dongkrak hidrolik terdiri daridua tabung yang berhubungan yangmemiliki diameter yang berbedaukurannya. Masing- masig ditutup dandiisi cairan seperti pelumas (oli dkk).Apabila tabung yang permukaannya kecilditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut tertekan. Besarnyatekanan yang diberikan oleh tabung yang permukaannya kecil diteruskan keseluruh bagian cairan. Akibatnya, cairan menekan pipa yang luaspermukaannya lebih besar hingga pipa terdorong ke atas1. Dongkrak hidrolik memiliki penampung masing-masing berdiameter 20mm dan 50 mm. Berapa gaya minimum yang harus dikerjakan padapenampang kecil untuk mengangkat mobil yang beratnya 5000 N2. Pada tabung besar diletakkan mobil yang hendak diangkat. Ketikapengisap pada tabung kecil diberi gaya, ternyata mobil terangkat ke atas.Jika berat mobil 3 ton, diameter pengisap tabung besar 30 cm dan tabungkecil 5 cm, serta g = 10 m/s2, maka hitunglah gaya yang harus diberikanagar mobil terangkat naik!Latihan 5
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 15b. Mesin Hidrolik Pengangkat MobilMesin hidrolik pengangkat mobil inimemiliki prinsip yang sama dengan dongkrakhidrolik. Perbedaannya terletak padaperbandingan luas penampang pengisap yangdigunakan. Pada mesin pengangkat mobil,perbandingan antara luas penampang keduapengisap sangat besar sehingga gaya angkatyang dihasilkan pada pipa berpenampangbesar dan dapat digunakan untuk mengangkatmobil6. Hukum Archimedes6.1. Gaya Apung dan Persamaan hukum ArchimedesLakukan percobaan berikut: Ikatlah batu dengan benang,kemudian pegang ujung lainnya secara vertikal, tarik tali perlahan- lahanketika batu masih di udara. Rasakan gaya tarik batu yang bergantung!Sekarang celupkan batu kedalam ember, lalu tarik batu denganperlahan- lahan, lalu tarik dan rasakan gaya tarik yang anda berikan saatbatu tercelup semuanya.Berdasarkan percobaan tersebut, berat benda di udara lebih beratdaripada berat benda di fluida. Berat benda di fluida sebenarnya tidakberubah, tetapi air memberikan gaya ke atas kepada batu yang disebutdengan gaya apung. Gaya apung diberi simbol Fa . Fa adalah selisih beratbenda di udara dengan berat benda yang tercelup oleh fluida.Besarnya gaya apung dapat dirumuskan sebagai berikut:Dimana:FA = gaya ke atas (N),ρ f = massa jenis fluida (kg/m3),Vf= volume fluida yangdipindahkan (m3), dang = percepatan gravitasi (m/s3).
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 16Gambar benda terapunghttp://fisikamaker.blogspot.comGambar benda tenggelamhttp://fisikamaker.blogspot.comGambar benda melayanghttp://fisikamaker.blogspot.com6.2. Pengaruh Hukum Archimedes pada bendaGaya apung keatas memberikan pengaruh terhadap benda yaitua. Mengapung, Melayang dan TenggelamJika balok kayu dicelupkanseluruhnya ke dalam air, gaya apunglebih besar daripada gaya baloksehingga Fa w sehingga balokbergerak ke atassampai sebagianpermukan balok muncul kepermukaan airJika logam dimasukkan seluruhnyake dalam gelasyang berisi air tawarmaka gaya apung lebih kecil dari gayaberat (Fa W) akibatnya logambergerak ke bawah sampai menyentuhdasar gelas, peristiwa ini disebuttenggelamJika sebutir telur dicelupkan ke dalamair asin, maka gaya apung telur menjadilebih besar daripada gaya beratnya Fasehingga telur bergerak keatasSebuah kubus dengan sisi 0,2 m digantung secara vertikal dengan seutaskawat ringan. Tentukan gaya yang dikerjakan fluida pada kubus itu:a. Kubus dicelupkan seluruhnya kedalam air jikab. Kubus dicelupkanc. PenyelesaianKubus tercelup seluruhnya
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 17sampai berhenti ketika telur berada diantara permukaan air dan dasargelas. Peristiwa ini disebut melayang.b. Syarat Benda Terapung, Tenggelam dan MelayangAdapun syarat benda dapat terapung, tenggelam dan melayang terlihattabel 1.Tabel 1. Kondisi bendaNo Kondisi benda Syarat1 Terapung Fa = w2 Tenggelam Fa w3 Melayang Fa = w
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 18Gbr. Kapal Laut sebagai aplikasi hukumarchimedeshttp://sumedewiblog.wordpress.com6.3. Penerapan Hukum Archimedesa. Kapal LautKapal laut terbuat dari bajaatau besi, dimana massa jenis bajaatau besi lebih besar daripada massajenis air laut. Tetapi mengapa kapallaut bisa terapung?Berdasarkan HukumArchimedes, kapal dapat terapungkarena berat kapal sama dengan gayake atas yang dikerjakan oleh air laut, meskipun terbuat dari baja ataubesi. Badan kapal dibuat berongga agar volume air yang dipindahkanSebuah benda memiliki volume 20 m3 dan massa jenisnya = 800 kg/m3. Jikabenda tersebut dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kg/m3,tentukanlah volume benda yang berada di atas permukaan air.PenyelesaianFa = w= 161.Sebuah benda terapung pada zat cair yang massajenisnya 800 kg/m3. Jika ¼ bagian benda tidak tercelupdalam zat cair tersebut maka massa jenis benda ...Latihan 6
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 19Gb. Galangan kapal yngmenerapkan hk. Archimedeshttp:// mts-cibentang.blogspot.comGbr. Hidrometer sebagai aplikasihk archimedeshttp://ainnurohmanovic.blogspot.comoleh badan kapal lebih besar. Dengan demikian, gaya ke atas juga lebihbesar sehingga volume yang dipindahkan juga semakin besar. Kapallaut didesain bukan hanya asal terapung, melainkan harus tegak dandengan kesetimbangan stabil tanpa berbalik. Kestabilan kapal saatterapung ditentukan oleh posisi titik berat benda, dan titik di mana gayake atas bekerja.b. Galangan kapalUntuk memperbaikikerusakan pada bagian bawah kapal,maka kapal perlu diangkat daridalam air. Alat yang digunakanuntuk mengangkat bagian bawahkapal tersebut dinamakan galangankapal.Setelah diberi topangan yangkuat sehingga kapal seimbang, air dikeluarkan secara perlahan-lahan.Kapal akan terangkat ke atas setelah seluruh air dikeluarkan dari galangankapal.c. HidrometerHidrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massajenis zat cair. Semakin rapat suatu cairan, maka semakin besar gaya dorong kearah atas dan semakin tinggi hidrometer. Hidrometer terbuat dari tabung kacayang dilengkapi dengan skala danpada bagian bawah dibebani butirantimbal agar tabung kaca terapungtegak di dalam zat cair. Jika massajenis zat cair besar, maka volumebagian hidrometer yang terceluplebih kecil, sehingga bagian yangmuncul di atas permukaan zat cairmenjadi lebih panjang, Sebaliknya,jika massa jenis zat cair kecil, hidrometer akan terbenam lebih dalam,sehingga bagian yang muncul di atas permukaan zat cair lebih pendek.
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 20Tegangan permukaan menyebabkan air yangjatuh pada daun membentuk permukaan sekecilmungkin. Peristiwa tersebut disebabkan adanyagaya kohesi antarmolekul air lebih besardaripada gaya adhesi antara air dan daun.7. Tegangan PermukaanJika kita meletakkan sebuahjarum atau kilp kertas dengan hati- hati,maka kedua benda tidak tenggelam. Halini karena adanya tegangan permukaan.Perhatikan gambar disamping ini,Mengapa bisa terjadi?Perhatikan gambar ini padakeadaan setimbang, gaya tarik peluncurke bawah sama dengan teganganpermukaan yang diberikan selaput tipis larutan sabun pada peluncur. Berdasarkangambar, gaya tarik peluncur ke bawah adalahF = w + TJika adalah panjang peluncur kawat maka gaya F bekerja padapanjang total 2 karena selaput tipis air sabun memiliki dua sisi permukaan.Dengan demikian, tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandinganantara gaya tegangan permukaan F dengan panjang d tempat gaya tersebutbekerja yang secara matematis dinyatakan dengan persamaanOleh karena d = 2 , tegangan permukaan dinyatakan dengan persamaanTegangan permukaan suatu zat cair yang bersentuhan dengan uapnyasendiri atau udara hanya bergantung pada sifat-sifat dan suhu zat cair itu.F : gaya yang menyinggungpermukaan (N)l : panjang (m)
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 21Gbr. Peristiwa kapilaritashttp://aktifisika.wordpress.com8. KapilaritasKapilaritas disebabkan oleh interaksimolekul-molekul di dalam zat cair. Di dalam zat cairmolekul-molekulnya dapat mengalami gaya adhesi dankohesi. Gaya kohesi adalah tarik-menarik antaramolekul-molekul di dalam suatu zat cair sedangkangaya adhesi adalah tarik menarik antara molekuldengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahanwadah di mana zat cair berada. Apabila adhesilebih besar dari kohesi seperti pada air denganpermukaan gelas, air akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas sehingga airmembasahi kaca dan juga permukaan atas cairan akan melengkung (cekung).Keadaan ini dapat menyebabkan cairan dapat naik ke atas oleh teganganpermukaan yang arahnya keatas sampai batas keseimbangan gaya ke atas dengangaya berat cairan tercapai. Jadi air dapat naik keatas dalam suatu pipa kecil yangBatang jarum yang panjangya 5cm diletakan secara perlahan- lahan di ataspermukaan air. Apabila tegangan permukaan air 0,07 N/m. Tentukan besarnya gayategang permukaan pada jarum!PenyelesaianContoh soalMengapa mencuci dengan air hangat menghasilkan cucianyang lebih bersih daripada dengan air dingin ?Latihan 7
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 22Gbr. Contoh peristiwa kapilaritashttp://aktifisika.wordpress.comGbr. Digram gaya pada kapilaritashttp://budisma.web.idbiasa disebut pipa kapiler. Inilah yang terjadi padasaat air naik dari tanah ke atas melalui tembok.Air dapat merembes ke atas melaluiretakan tembok sehingga membasahi tembok. Satucontoh kapilaritas. Gejala alam kapilaritas inimemungkinkan kita menghitung tinggi kenaikanair dalam suatu pipa kapiler berbentuksilinder/tabung dengan jari-jari r.Kapilaritas dipengaruhi oleh adhesi dankohesi. Untuk zat cair yang membasahi dindingpipa ( < 90 ), permukaan zat cair dalam pipa naik lebih tinggi dibandingkanpermukaan zat cair di luar pipa. Sebaliknya, untuk zat cair yang tidak membasahidinding pipa ( < 90 ) permukaan zat cair di dalam pipa lebih rendah daripadapermukaan zat cair di luar pipa.Misalkan Bentuk permukaan air didalam pipa kapiler yang berjari-jari kapiler r,teganagn permukaan zat cair , massa jeniszat cair , dan besarnya sudut kotak .Permukaan zat cair menyentuh dinding pipasepanjang keliling lingkaran 2 .r.Permukaan zat cair menarik dinding dengangaya F = 2 .r. , membentuk sudutterhadap dinding ke bawah.Sebagaireaksinya, dinding menarik zat cair ke atasdengan gaya F = 2 .r. , membentuk sudut terhadap dinding ke atas.Komponen gaya tarik dinding ke atas sebesar F. cos , diimbangi dengan gayaberat zat cair setinggi y sehingga perumusannya:Y =W = F . cosm . g = 2 . r . . cos. V . g = 2 . r . . cos. . r2. y . g = 2 . r . . cos
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 23Jadi:9. Viskositas dan Hukum StokesViskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besarkecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, makamakin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalamfluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antaramolekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibattumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secarakuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untukkoefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika Andaberbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidakmempunyai koefisien viskositas. Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuanv dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebutakan mengalami gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yangbergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium,pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yangbentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6 π r. Bila nilai k dimasukkan kedalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut:Dimana:y = naik/turunnya zat cair dalm kapiler (m)= tegangan permukaan zat cair (N/m)= sudut kontak= massa jenis zat cair (kg/m3)r = jari-jari penampang pipa (m)g = percepatan gravitasi (m/s2)Latihan 8jika pembuluh xylem (pipa kecil yang mengangkut bahan makanandari tanah ke bagian atas sebuah pohon) memiliki radius 0,0010 cm,hitunglah ketinggian air yang akan naik. Anggaplah sudut konak0o,tegangan permukaan air = 0,072 N/m, dan g = 9,8 m/s2.
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 24Perhatikan sebuah bola yang jatuhdalam. Gaya-gaya yang bekerja pada bolaadalah gaya berat w, gaya apung Fa, dangaya lambat akibat viskositas atau gayastokes Fs. Ketika dijatuhkan, bolabergerak dipercepat. Namun, ketikakecepatannya bertambah, gaya stokes jugabertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbangsehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatanterminal. Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola samadengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, makapada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan :===Maka:Fs = gaya stokes (N)= koefisien viskositas (Nsm-2)r = jari-jari bola (m)v=kece patan relative bola terhadapafluida (ms-1)dimanaη = koefisien visakositas (Nsm-2)r = jari-jari bola (m)g = percepatan gravitasi (ms-2)v = kecepatan maksimum bola (ms-1)b = massa jenis bola (kgm-3)f = massa jenis fluida (kgm-3)
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 25Untuk benda berbentuk bola, maka persamaannya menjadi seperti berikut :w = Fs + FAw FA =Fs34. r3b. g –34r3f g = 6 r v34. r3g ( b – f) = 6 r v32r2g ( b – f) = 3 v=92r2g (vρρ cb) , disebut persamaan viskositas fluida.Sedangkan persamaan kecepatannya adalah sebagai berikut.v =92r2g (ηρρ cb)
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 261. Sebuah bola baja massa jenisnya 8.000 kgm-3, dijatuhkan kedalamgliserin yang massa jenisnya 1.300 kgm-3. Bola tersebut telahbergerak beraturan (mencapai kecepatan maksimum), menempuhjarak 20 cm dalam waktu 5 sekon. Jika jari-jari bola 1,5 mm,percepatan gravitasi bumi 9,8 ms-2, berapa koefisien viskositasgliserin?Penyelesaianv = = 4 x 10-2m/sη = ( ’ – )= x 6.700= 82,075 x 10 -2= 8,2075 x 10-1Ns/m22. Sebuah kelereng memiliki massa jenis 0,9 g/cm3yang jari-jarinya1,5 cm dijatuhkan bebas dalam sebuah tabung yang berisi oli yangmempunyai massa jenis 0,8 g/cm3dan koefisien viskositas 0,03 Pa s.Tentukan kecepatan terminal kelereng tersebut?Penyelesaian:Contoh soal
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 271. Sebuah kelereng dengan garis tengah 1 cm dijatuhkan bebas dalam oliyang berada dalam sebuah tabung, Tentukan kecepatan yang dapatdicapai kelereng tersebut di dalam oli. Jika massa jenis oli 800 kg/m3,koefisien viskositasnya 0,003 Pa s, massa kelereng 0,0026 kg danpercepatan gravitasinya 10 m/s22. Sebuah benda berbentk bola dengan diameter 2 cmdijatuhkan secarabebas dalam cairan tertentu yang massa jenisnya700 kg/m3. Tentukankoefisien fluida jika kecepatan terminal 4,9 m/s, massa jenis benda 7900kg/m3dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2Latihan 9
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 28RANGKUMAN1. Fluida adalah suatu zat yang dapat berubah bentuk sesuai dengan wadahnya dandapat mengalir (zat cair & gas)2. Fluida statis adalah fluida yang berada dalam suatu wadah yang akanmemberikan tekanan terhadap wadah3. Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas4. Hukum utama hidrostatik menyatakan bahwa tekanan hidrostatik padasembarang titik yang terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat cairbesarnya sama.5. Hukum pascal menyatakan bahwa tekanan yang di berikan pada zat cair di dalamruang tertutup di teruskan sama besar ke segala arah.F1=6. Hukum Archimedes menyatakan bahwa jika sebuah benda tercelup sebagian atauseluruhnya di dalam fluida akan mengalami gaya ke atas yang besarnya samadengan berat fluida yang di pindahkan.7. Syarat bendaBenda akan terapung jika b < z,Benda akan melayang jika b = zBenda akan tenggelam jika b > z8. Tegangan permukaan adalah kecenderungan zat cair seolah-olah terdapat selaputatau lapisan yang tegang, sehingga dapat menahan benda. Hal ini terjadi karenaadanya gaya tarik menarik antara partikel zat cair (kohesi).contoh: serangga air dapat berjalan di atas permukaan air, silet yangmengambang dipermukaan air9. Kapilaritas adalah peristiwa naik turunya zat cair di dalam pipa kapiler (pipayang diameternya sangat kecil).10.Viskositas adalah suatu kekentalan dari suatu fluida yang dimana kekentalan inidapat menentukan aliran
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 29Tes Uji KompetensiA. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!1. Jika sebongkah batuan pada gambar bekerja dengan tekanan 50.000Pa, makamassa bongkahan itu adalah ….a. 10.000 kgb. 25.000 kgc. 50.000 kgd. 100.000 kge. 250.000 kg2. Suatu titik A dan B berada dalam air, kedalaman titik A dan B daripermukaanmasing-masing 10 cm dan 40 cm. Perbandingan tekanan hidrostatis di titik Adan B adalah ….a. 1:5b. 4:1c. 3:2d. 1:4e. 1:13. Pada gambar diketahui massa jenis air 1gr/cm3, massa jenis minyak 0,8/cm3.Jika balok kayu dengan sisi 10cm dan 20% bagiannya berada dalam air, makamassa balok kayu ….a. 440 gramb. 640 gramc. 840 gramd. 940 gram
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 30e. 1.040 gram4. Segumpal es dalam keadaan terapung dilaut. Volume seluruhnya adalah 5.150dm3. Jika massa jenis es = 0,9 kg/dm3, massa jenis air laut = 1,03 kg/dm3, makavolume es yang menonjol dipermukaan air laut adalah ….a. 550 dm3b. 600 dm3c. 650 dm3d. 700 dm3e. 750 dm35. Suatu kubus dari kayu dengan rusuk 10 cm massa jenisnya 0,6 gr/cm3. Padabagian bawahnya digantungkan sepotong besi yang volumenya31,25cm3dengan cara mengikat dengan benang, ternyata semuanya melayangdalam minyak yang massa jenisnya 0,8 gr/cm3, maka massa jenis besi tersebutadalah …a. 7,8 gr/cm3b. 7,6 gr/cm3c. 7,4 gr/cm3d. 7,2 gr/cm3e. 7,0 gr/cm36. Gaya apung terjadi karena adanya peningkatan kedalaman dalam suatu fluida,maka ….a. massa jensia berkurangb. massa jensia bertambahc. tekanan tetapd. tekanan bertambahe. tekanan berkurang
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 317. Sutu benda di udara yang beratnya 5 N dimasukan seluruhnya ke dalam airyang mempunyai massa jenis 1 gr/cm3, ternyata melayang di dalam air. Besargaya ke atas yang dialami oleh benda tersebut adalah ….a. 1 Nb. 2 Nc. 3 Nd. 4 Ne. 5 N8. Sepotong kayu terapung dengan 1/5 bagian tercelup di dalam air. Jika ρair =1.103kg/m3, maka massa jenis kayu adalah … kg/m3a. 150b. 175c. 200d. 250e. 3009. Gaya apung terjadi karena dengan meningkatnya kedalaman dalam suatufluida, maka ….a. tekanan bertambahb. tekanan berkurangc. tekanan tetapd. massa jenis bertambahe. massa jenis berkurang10. Sebuah tabung berdiameter 0,4 cm dimasukkan secara vertikal ke dalam air.Sudut kontak antara dinding tabung dan permukaan air 60°. Jika teganganpermukaan air = 0,5 N/m dan g = 10 m/s2, air pada tabung akan naik setinggi….a. 0,015 mb. 0,025 mc. 0,035 md. 0,045 me. 0,055 m
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 32B. Uraian1. Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.Jika massa jenis air 1000 kg/m3, percepatan gravitasi bumi 10 m/s2dantekanan udara luar 105N/m, tentukan :a) tekanan hidrostatis yang dialami ikanb) tekanan total yang dialami ikan2. Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat sepertigambar berikut!Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luaspenampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipadiabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikananak agar batu bisa terangkat!3. Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuahgelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelasukur seperti terlihat pada gambar berikut:Jika percepatan gravitasi bumi adalah10 m/s2tentukan berat semu benda didalam air!
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 33KUNCI JAWABAN SOALLatihan 51. 800 N2. 8,44 NLatihan 62700 kg/m3Latihan 91. 3,3 m/s2. 0,32 Pa sUji KompetensiPilihan ganda1. A2. D3. C4. C5. D6. C7. E8. C9. C10. AUraian1. 1,5 x 105N/m2 dan 2,5 x 105N/m22. 40 N3. 3 N
    • FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 34DAFTAR PUSTAKA1. Su’ud Z, 2010. Physics Bringing Science To Your Life SMA/MA.Jakarta: Bumi Aksara2. Kanginan M. 2000. Fisika SMA XI. Jakarta: Erlangga3. Supiyanto. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Phibheta