MODUL FLUIDA STATIS

FLUIDA STATIS | MODUL FISIKA SMA XI 1

Standar Kompetensi
Menerapkan konsep dan prinsip
mekanika klasik sistem kontinu
dalam menyelesaikan masalah.
Kompetensi Dasar
Menganalisis hukum-hukum
yang berhubungan dengan fluida
statik dan dinamik serta
penerapannya dalam kehidupan
sehari- 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? Peristiwa
serangga yang sedang berdiam diri di atas permukaan air seperti pada
gambar, berhubungan dengan salah satu sifat air sebagai fluida, yaitu
tegangan permukaan. Oleh karena adanya tegangan permukaan zat
cair, serangga dan benda-benda kecil lainnya dapat terapung di atas
permukaan air


PETA KONSEP
FLUIDATekanan
Hidrostatik
akkk
Cair Tegangan
Permukaan
Hukum
Pokok
Hidrostatik
a
Fluida
Dinamik
Fluida
Statis
Gass
Fluida
Archimedes
Gaya
Angkat
ke Atas
Hidrometer, Kapal
Laut, galangan
kapal
Hukum
Pascal
Tekanan yang
Diteruskan ke
Segala Arah
Dongkrak
Hidrolik,
Pompa
Hidrolik
memenuhi
Diklasifikasikan dalam
keadaan keadaan
Dapat
berwujud memiliki
Diatur oleh Diatur oleh
Menyatakan adanya Menyatakan adanya
Diaplikasikan
pada
Diaplikasikan
pada
memiliki

Gambar: Air dalam gelas
adalah fluida statik
1. Fluida
Materi dibedakan menjadi tiga wujud, yaitu padat, cair dan gas. Benda
padat, cair dan gas. Benda padat mempunyai tidak dapat berubah bentuk dan
ukurannya juga tetap sehingga tidak langsung terjadi perubahan volume ataupun
bentuk jika terdapat gaya yang bekerja pada benda itu. Keadaan yang berbeda
terjadi pada zat cair dan gas. Zat cair tidak mempunyai bentuk yang berbeda dan
volume nya tetap sedangkan gas tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap.
Oleh karena itu, zat cair dan gas memiki kemampuan mengalir.Zat yang
memiiliki kemampuan mengalir digolongkan ke dalam fluida.
Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir
dibatasi pada zat mengalirkan seluruh bagian-bagiannya ke
tempat lain dalam waktu yang bersamaan. Zat alir mencakup
zat yang dalam wujud cair dan gas. Fluida statik meninjau
fluida yang tidak bergerak. Misalnya air di gelas, air di
kolam renang, air dalam kolam, air danau, dan sebagainya.
Penggolongan fluida menurut sifat-sifatnya
dibedakan menjadi dua, yaitu fluida ideal dan sejati. Fluida
ideel hanya sebgai permodelan dan tidak ada dalam
kehidupan. Adapun ciri- ciri fluida ideal antara lain: tidak dapat di kompresible
atau ditekan dan berpindah tanpa adanya gesekan. Fluida sejati merupakan jenis
fluida yang terdapat dalam kehidupan dengan ciri-ciri antara lain fluida dapat
dikompresible dan mengalami gesekan saat berpindah atau mengalir.
Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida
berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis yang akan
dibahas pada subbab ini di antaranya tekanan dan tekanan hidrostatik, tekanan
total, Hk. Pascal, Hk. Archimedes, tegangan permukaan, gejala kapilaritas, gejala
meniscus dan viskositas serta gaya stokesnya.
2. Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah
pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya
kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada

sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi
tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa
setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat
alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda
homogen 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 jenisnya
Dimana :
= tekanan (N/m2
)
F = gaya (N)
A = Luas (m2
)

1 Pa : 1 N/m2
1 atm : 76 cm Hg
1 mb : 0,001 bar
1 bar : 105 Pa
1atm : 1,01x105 Pa
NOTE
3. Tekanan
3.1. Tekanan Pada Zat Padat
Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu
permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara
matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.
Besarnya tekanan 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.
Satuan dan dimensi tekanan
Satuan SI untuk gaya adalah N dan luas adalah sehingga sesuai
dengan persamaan (2), maka:
Satuan tekanan = = = N.
Dan untuk menghormati Blaise
Pascal, seorang ilmuwan berkebangsaan
Prancis yang menemukan prinsip Pascal,
maka satuan tekanan dalam SI dinamakan
juga dalam Pascal (disingkat Pa), 1 Pa = 1
Nm-2. Untuk keperluan lain dalam
pengukuran, besaran tekanan juga biasa
dinyatakan dengan: atmosfere (atm), cm-raksa (cmHg), dan milibar
(mb).
Dimana :
P = tekanan (N/m2
)
F = gaya (N)
A = Luas (m2
)

Sebuah kursi yang massanya 6 kg memiliki empat kaki yang luas penampangnya
masing- masing adalah 1 x . Tentukan tekanan kursi trrhadap lantai jika
percepatan gravitasi g=10 m /
Penyelesaian :
Lantai mengalami tekanan akibat berat kursi yang tertumpu pada keempat kakinya.
Berat kursi
w = m. g= (6kg) (10 m/ ) = 60 N
Luas alas keempat kaki kursi,
A = 4 (1 x ) = 4 x
Tekanan Kursi terhadap lantai
p = = = = 15 x Pa
CONTOH
SOAL
Gambar 1. Bejana terisi fluida
setinggi h, akan mengalami
tekanan hidrostatik sebesar ph
3.2. Tekanan Hidrostatis
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. Perhatikanlah Gambar 1.
Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar
tabung 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 yang
dapat dilakukan balok pada suatu permukaan datar, jika massa jenis
balok 5 g/ dan percepatan gravitasi (g= 10 m/ ) adalah…?
2. Berapakah gaya yang diberikan pada bola dengan jari bola 14 m
dengan tekanan 3 x Pa..?
Latihan 1

Gambar 2. Tekanan hidrostatik pada titik A-
B-C-D-E besarnya sama
besarnya 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 dengan
percepatan gravitasi bumi, ditulis . Oleh karena ,
persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai . 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 = =
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya
dituliskan sebagai berikut:
Tekanan hidrostatis pada suatu
perairan sedalam 8 km lebih besar
dibandingkan dengan perairan yang
kedalamanya 5 km, mengapa demikian?
Perhatikan gambar 2. Manakah yang memiliki
tekanan hidrostatis paling besar ? Besarnya
tekanan hidrostatis pada gambar 2 adalah
sama besar. Hal ini karena besarnya tekanan
hidrostatis hanya bergantung pada kedalaman
suatu permukaan bukan bentuk permukaannya.
=
Dimana
: tekanan hidrostatis (N/ ),
: massa jenis fluida (kg/ ),
g : percepatan gravitasi (m/ ), dan
h : kedalaman titik dari permukaan

CONTOH
SOAL
CONTOH
SOAL
Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan
hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/ dan tabung berisi:
a. air,
b. raksa, dan
Penyelesaian;
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. Jika
massa 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 2
1. Tabung setinggi 25 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan
hidrostatik 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 tekanan
hidrostatik di dasar tabung 44,8 x Pa. (Diketahui: = 1 g / ,
= 13,6 1 g / dan g =10 m/ )

Gambar. Tekanan
hidrostatik pada titik a
sebesar pa
CONTOH SOAL
3.3. Tekanan Mutlak
Bagaimana besar tekanan jika pada permukaan
terkena udara luar ? Perhatikan gambar 3. Pada
permukaan fluida yang terkena udara luar,
bekerja tekanan udara luar yang dinyatakan
dengan p.
Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan,
besarnya tekanan total atau tekanan mutlak
pada satu titik di dalam fluida sebesar .
Dimana :
p0 = tekanan udara luar = 1,013 × 105 N/m2,
pA = tekanan total di titik A (tekanan
mutlak).
Suatu tempat didasar danau memiliki kedalaman 20 m. Jika massa jenis air
danau 1 g/ , percepatan gravitasi g = 10 m/ , dan tekanan diatas permukaan
air 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 Pa
Tekanan total adalah jumlah tekanan hidrostatika dan tekanan atsmosfer
P = + = 1,03 x Pa + 2 x Pa = 3.013 x Pa

Tekanan total di titik A dan B
pada bejana U yang terisi
fluida homogen adalah sama
besar, pA = pB.
4. Hukum Pokok Hidrostatis
Tekanan hidrostatik pada suatu titik
bergantung pada massa jenis dan letak titik
tersebut dibawah permukaan zat cair. Hal ini
berarti tekanan hidrostatik hanya bergantug
pada letak titik tersebut atau kedalaman. Hal
ini dapat ditarik kesimpulan bahwa semua
titik yang terletak pada bidang datar di
dalam satu jenis fluida zat cair memiliki
tekanan yang sama. Pernyataan ini disebut
“hukum pokok hidrostatika”
Sehingga dapat dirumuskan :
1. Seekor lumba- lumba menyelam dalam laut dan mengalami tekanan hidrostatik
sebesar tiga kali tekanan atsmosfer. Jika massa jenis laut = 920 kg , tentukan
kedalaman 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 pada
dasar tabung, jika g = 10 m/ dan tabung berisi:
Air, = 1.000 kg / Etanol, ρ = 810 kg /
Raksa, ρ = 13.600 kg /
Latihan 3
Dimana
: massa jenis benda 1
: massa jenis benda 2
: jarak titik A terhdap permukaan fluida 1
: jarak titik B terhdap permukaan fluida 2

5. HUKUM PASCAL
Suatu fluida yang berada di dalam ruang tertutup terdapat dua macam
tekanan yang bekerja pada fluida tersebut, yakni tekanan oleh gaya beratnya dan
tekanan yang dipengaruhi oleh udara luar. Jika tekanan udara luar pada
permukaan zat cair ndapat tambahan tekanan dalam jumlah yang sama.
Blaise Pascal (1623 – 1662) merupakan tokoh yang menyimpulkan
hasil penelitian yaitu tekanan yang diberikan kepada fluida pada ruang tertutup
akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar tanpa mengalami
pengurangan. 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 3
cm. Jika massa zat cair 1000 kg/m3
. Tentukan massa jenis
minyak
Penyelesaian
CONTOH SOAL
Sebuah tabung berbentuk huruf U mula-mula diisi dengan air yang massa jenisnya
1gr/cm3. Pada kaki kiri tabung kemudian dituangkan minyak yang massa jenisnya
0,8 gr/cm3 setinggi 10 cm. Tentukan perbedaan ketinggian permukaan air dan
minyak pada kaki tabung.
Latihan 4

Gambar 4. Prinsip
hukum pascal
5.1.Persamaan Hukum Pascal
Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan
sebuah penghisap yang dapat bergerak maka
tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya
ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan
air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh
penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida
yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas
penampang berbeda. Penghisap pertama
memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yang
kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar)
Persamaan hukum pascal dirumuskan sebagai berikut:
Sehingga :
Dimana
F1 = gaya pada pengisap pipa 1,
A1 = luas penampang pengisap pipa 1,
F2 = gaya pada pengisap pipa 2, dan
A2 = luas penampang pengisap pipa 2.
Sebuah dongkrak memiliki penghisap kecil 6cm dan penghisap besar
diameternya 30 cm. Apabila penghisap kecil ditekan dengan gaya 400
N. Berapagaya yang dihasilkan pada penghisap besar ?
Penyelesaian:
Contoh soal

Gambar 5. Dongkrak hidrolik
5.2. Penerapan Hukum Pascal
Peralatan yang menerapkan prinsip hukum pascal antara lain
dongkrak hidrolik, mesin pengangkat mobil dan resm hidrolik
a. Dongkrak hidrolik
Prinsip kerjanya memanfaatkan
hukum pascal yakni Tekanan yang
diberikan pada suatu fluida dalam ruang
tertutup akan diteruskan ke segala arah
sama rata”. Dongkrak hidrolik terdiri dari
dua tabung yang berhubungan yang
memiliki diameter yang berbeda
ukurannya. Masing- masig ditutup dan
diisi cairan seperti pelumas (oli dkk).
Apabila tabung yang permukaannya kecil
ditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut tertekan. Besarnya
tekanan yang diberikan oleh tabung yang permukaannya kecil diteruskan ke
seluruh bagian cairan. Akibatnya, cairan menekan pipa yang luas
permukaannya lebih besar hingga pipa terdorong ke atas
1. Dongkrak hidrolik memiliki penampung masing-masing berdiameter 20
mm dan 50 mm. Berapa gaya minimum yang harus dikerjakan pada
penampang kecil untuk mengangkat mobil yang beratnya 5000 N
2. Pada tabung besar diletakkan mobil yang hendak diangkat. Ketika
pengisap pada tabung kecil diberi gaya, ternyata mobil terangkat ke atas.
Jika berat mobil 3 ton, diameter pengisap tabung besar 30 cm dan tabung
kecil 5 cm, serta g = 10 m/s2, maka hitunglah gaya yang harus diberikan
agar mobil terangkat naik!
Latihan 5

b. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil
Mesin hidrolik pengangkat mobil ini
memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak
hidrolik. Perbedaannya terletak pada
perbandingan luas penampang pengisap yang
digunakan. Pada mesin pengangkat mobil,
perbandingan antara luas penampang kedua
pengisap sangat besar sehingga gaya angkat
yang dihasilkan pada pipa berpenampang
besar dan dapat digunakan untuk mengangkat
mobil
6. Hukum Archimedes
6.1. Gaya Apung dan Persamaan hukum Archimedes
Lakukan percobaan berikut: Ikatlah batu dengan benang,
kemudian pegang ujung lainnya secara vertikal, tarik tali perlahan- lahan
ketika batu masih di udara. Rasakan gaya tarik batu yang bergantung!
Sekarang celupkan batu kedalam ember, lalu tarik batu dengan
perlahan- lahan, lalu tarik dan rasakan gaya tarik yang anda berikan saat
batu tercelup semuanya.
Berdasarkan percobaan tersebut, berat benda di udara lebih berat
daripada berat benda di fluida. Berat benda di fluida sebenarnya tidak
berubah, tetapi air memberikan gaya ke atas kepada batu yang disebut
dengan gaya apung. Gaya apung diberi simbol Fa . Fa adalah selisih berat
benda 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 yang
dipindahkan (m3), dan
g = percepatan gravitasi (m/s3).

Gambar benda terapung
http://fisikamaker.blogspot.com
Gambar benda tenggelam
http://fisikamaker.blogspot.
com
Gambar benda melayang
http://fisikamaker.blogspot.
com
6.2. Pengaruh Hukum Archimedes pada benda
Gaya apung keatas memberikan pengaruh terhadap benda yaitu
a. Mengapung, Melayang dan Tenggelam
Jika balok kayu dicelupkan
seluruhnya ke dalam air, gaya apung
lebih besar daripada gaya balok
sehingga Fa w sehingga balok
bergerak ke atassampai sebagian
permukan balok muncul ke
permukaan air
Jika logam dimasukkan seluruhnya
ke dalam gelasyang berisi air tawar
maka gaya apung lebih kecil dari gaya
berat (Fa W) akibatnya logam
bergerak ke bawah sampai menyentuh
dasar gelas, peristiwa ini disebut
tenggelam
Jika sebutir telur dicelupkan ke dalam
air asin, maka gaya apung telur menjadi
lebih besar daripada gaya beratnya Fa
sehingga telur bergerak keatas
Sebuah kubus dengan sisi 0,2 m digantung secara vertikal dengan seutas
kawat ringan. Tentukan gaya yang dikerjakan fluida pada kubus itu:
a. Kubus dicelupkan seluruhnya kedalam air jika
b. Kubus dicelupkan
c. Penyelesaian
Kubus tercelup seluruhnya

sampai berhenti ketika telur berada diantara permukaan air dan dasar
gelas. Peristiwa ini disebut melayang.
b. Syarat Benda Terapung, Tenggelam dan Melayang
Adapun syarat benda dapat terapung, tenggelam dan melayang terlihat
tabel 1.
Tabel 1. Kondisi benda
No Kondisi benda Syarat
1 Terapung Fa = w
2 Tenggelam Fa w
3 Melayang Fa = w

Gbr. Kapal Laut sebagai aplikasi hukum
archimedes
http://sumedewiblog.wordpress.com
6.3. Penerapan Hukum Archimedes
a. Kapal Laut
Kapal laut terbuat dari baja
atau besi, dimana massa jenis baja
atau besi lebih besar daripada massa
jenis air laut. Tetapi mengapa kapal
laut bisa terapung?
Berdasarkan Hukum
Archimedes, kapal dapat terapung
karena berat kapal sama dengan gaya
ke atas yang dikerjakan oleh air laut, meskipun terbuat dari baja atau
besi. Badan kapal dibuat berongga agar volume air yang dipindahkan
Sebuah benda memiliki volume 20 m3 dan massa jenisnya = 800 kg/m3. Jika
benda tersebut dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kg/m3,
tentukanlah volume benda yang berada di atas permukaan air.
Penyelesaian
Fa = w
= 16
1.Sebuah benda terapung pada zat cair yang massa
jenisnya 800 kg/m3
. Jika ¼ bagian benda tidak tercelup
dalam zat cair tersebut maka massa jenis benda ...
Latihan 6

Gb. Galangan kapal yng
menerapkan hk. Archimedes
http:// mts-cibentang.blogspot.
com
Gbr. Hidrometer sebagai aplikasi
hk archimedes
http://ainnurohmanovic.blogspot.
com
oleh badan kapal lebih besar. Dengan demikian, gaya ke atas juga lebih
besar sehingga volume yang dipindahkan juga semakin besar. Kapal
laut didesain bukan hanya asal terapung, melainkan harus tegak dan
dengan kesetimbangan stabil tanpa berbalik. Kestabilan kapal saat
terapung ditentukan oleh posisi titik berat benda, dan titik di mana gaya
ke atas bekerja.
b. Galangan kapal
Untuk memperbaiki
kerusakan pada bagian bawah kapal,
maka kapal perlu diangkat dari
dalam air. Alat yang digunakan
untuk mengangkat bagian bawah
kapal tersebut dinamakan galangan
kapal.Setelah diberi topangan yang
kuat sehingga kapal seimbang, air dikeluarkan secara perlahan-lahan.
Kapal akan terangkat ke atas setelah seluruh air dikeluarkan dari galangan
kapal.
c. Hidrometer
Hidrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa
jenis zat cair. Semakin rapat suatu cairan, maka semakin besar gaya dorong ke
arah atas dan semakin tinggi hidrometer. Hidrometer terbuat dari tabung kaca
yang dilengkapi dengan skala dan
pada bagian bawah dibebani butiran
timbal agar tabung kaca terapung
tegak di dalam zat cair. Jika massa
jenis zat cair besar, maka volume
bagian hidrometer yang tercelup
lebih kecil, sehingga bagian yang
muncul di atas permukaan zat cair
menjadi 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.

Tegangan permukaan menyebabkan air yang
jatuh pada daun membentuk permukaan sekecil
mungkin. Peristiwa tersebut disebabkan adanya
gaya kohesi antarmolekul air lebih besar
daripada gaya adhesi antara air dan daun.
7. Tegangan Permukaan
Jika kita meletakkan sebuah
jarum atau kilp kertas dengan hati- hati,
maka kedua benda tidak tenggelam. Hal
ini karena adanya tegangan permukaan.
Perhatikan gambar disamping ini,
Mengapa bisa terjadi?
Perhatikan gambar ini pada
keadaan setimbang, gaya tarik peluncur
ke bawah sama dengan tegangan
permukaan yang diberikan selaput tipis larutan sabun pada peluncur. Berdasarkan
gambar, gaya tarik peluncur ke bawah adalah
F = w + T
Jika adalah panjang peluncur kawat maka gaya F bekerja pada
panjang total 2 karena selaput tipis air sabun memiliki dua sisi permukaan.
Dengan demikian, tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan
antara gaya tegangan permukaan F dengan panjang d tempat gaya tersebut
bekerja yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan
Oleh karena d = 2 , tegangan permukaan dinyatakan dengan persamaan
Tegangan permukaan suatu zat cair yang bersentuhan dengan uapnya
sendiri atau udara hanya bergantung pada sifat-sifat dan suhu zat cair itu.
F : gaya yang menyinggung
permukaan (N)
l : panjang (m)

Gbr. Peristiwa kapilaritas
http://aktifisika.wordpress.com
8. Kapilaritas
Kapilaritas disebabkan oleh interaksi
molekul-molekul di dalam zat cair. Di dalam zat cair
molekul-molekulnya dapat mengalami gaya adhesi dan
kohesi. Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara
molekul-molekul di dalam suatu zat cair sedangkan
gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul
dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan
wadah di mana zat cair berada. Apabila adhesi
lebih besar dari kohesi seperti pada air dengan
permukaan gelas, air akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas sehingga air
membasahi kaca dan juga permukaan atas cairan akan melengkung (cekung).
Keadaan ini dapat menyebabkan cairan dapat naik ke atas oleh tegangan
permukaan yang arahnya keatas sampai batas keseimbangan gaya ke atas dengan
gaya berat cairan tercapai. Jadi air dapat naik keatas dalam suatu pipa kecil yang
Batang jarum yang panjangya 5cm diletakan secara perlahan- lahan di atas
permukaan air. Apabila tegangan permukaan air 0,07 N/m. Tentukan besarnya gaya
tegang permukaan pada jarum!
Penyelesaian
Contoh soal
Mengapa mencuci dengan air hangat menghasilkan cucian
yang lebih bersih daripada dengan air dingin ?
Latihan 7

Gbr. Contoh peristiwa kapilaritas
http://aktifisika.wordpress.com
Gbr. Digram gaya pada kapilaritas
http://budisma.web.id
biasa disebut pipa kapiler. Inilah yang terjadi pada
saat air naik dari tanah ke atas melalui tembok.
Air dapat merembes ke atas melalui
retakan tembok sehingga membasahi tembok. Satu
contoh kapilaritas. Gejala alam kapilaritas ini
memungkinkan kita menghitung tinggi kenaikan
air dalam suatu pipa kapiler berbentuk
silinder/tabung dengan jari-jari r.
Kapilaritas dipengaruhi oleh adhesi dan
kohesi. Untuk zat cair yang membasahi dinding
pipa ( < 90 ), permukaan zat cair dalam pipa naik lebih tinggi dibandingkan
permukaan zat cair di luar pipa. Sebaliknya, untuk zat cair yang tidak membasahi
dinding pipa ( < 90 ) permukaan zat cair di dalam pipa lebih rendah daripada
permukaan zat cair di luar pipa.
Misalkan Bentuk permukaan air di
dalam pipa kapiler yang berjari-jari kapiler r,
teganagn permukaan zat cair , massa jenis
zat cair , dan besarnya sudut kotak .
Permukaan zat cair menyentuh dinding pipa
sepanjang keliling lingkaran 2 .r.
Permukaan zat cair menarik dinding dengan
gaya F = 2 .r. , membentuk sudut
terhadap dinding ke bawah.Sebagai
reaksinya, dinding menarik zat cair ke atas
dengan gaya F = 2 .r. , membentuk sudut terhadap dinding ke atas.
Komponen gaya tarik dinding ke atas sebesar F. cos , diimbangi dengan gaya
berat zat cair setinggi y sehingga perumusannya:
Y =
W = F . cos
m . g = 2 . r . . cos
. V . g = 2 . r . . cos
. . r2
. y . g = 2 . r . . cos

Jadi:
9. Viskositas dan Hukum Stokes
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar
kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka
makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam
fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara
molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat
tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara
kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untuk
koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika Anda
berbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak
mempunyai koefisien viskositas. Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan
v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebut
akan mengalami gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yang
bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium,
pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang
bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6 π r. Bila nilai k dimasukkan ke
dalam 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 8
jika pembuluh xylem (pipa kecil yang mengangkut bahan makanan
dari tanah ke bagian atas sebuah pohon) memiliki radius 0,0010 cm,
hitunglah ketinggian air yang akan naik. Anggaplah sudut konak
0o
,tegangan permukaan air = 0,072 N/m, dan g = 9,8 m/s2
.

Perhatikan sebuah bola yang jatuh
dalam. Gaya-gaya yang bekerja pada bola
adalah gaya berat w, gaya apung Fa, dan
gaya lambat akibat viskositas atau gaya
stokes Fs. Ketika dijatuhkan, bola
bergerak dipercepat. Namun, ketika
kecepatannya bertambah, gaya stokes juga
bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang
sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan
terminal. Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama
dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka
pada 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 terhadapa
fluida (ms-1
)
dimana
η = 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
)

Untuk benda berbentuk bola, maka persamaannya menjadi seperti berikut :
w = Fs + FA
w FA =Fs
3
4
. r3
b. g –
3
4
r3
f g = 6 r v
3
4
. r3
g ( b – f) = 6 r v
3
2
r2
g ( b – f) = 3 v
=
9
2
r2
g (
v
ρρ cb
) , disebut persamaan viskositas fluida.
Sedangkan persamaan kecepatannya adalah sebagai berikut.
v =
9
2
r2
g (
η
ρρ cb
)

1. Sebuah bola baja massa jenisnya 8.000 kgm-3
, dijatuhkan kedalam
gliserin yang massa jenisnya 1.300 kgm-3
. Bola tersebut telah
bergerak beraturan (mencapai kecepatan maksimum), menempuh
jarak 20 cm dalam waktu 5 sekon. Jika jari-jari bola 1,5 mm,
percepatan gravitasi bumi 9,8 ms-2
, berapa koefisien viskositas
gliserin?
Penyelesaian
v = = 4 x 10-2
m/s
η = ( ’ – )
= x 6.700
= 82,075 x 10 -2
= 8,2075 x 10-1
Ns/m2
2. Sebuah kelereng memiliki massa jenis 0,9 g/cm3
yang jari-jarinya
1,5 cm dijatuhkan bebas dalam sebuah tabung yang berisi oli yang
mempunyai massa jenis 0,8 g/cm3
dan koefisien viskositas 0,03 Pa s.
Tentukan kecepatan terminal kelereng tersebut?
Penyelesaian:
Contoh soal

1. Sebuah kelereng dengan garis tengah 1 cm dijatuhkan bebas dalam oli
yang berada dalam sebuah tabung, Tentukan kecepatan yang dapat
dicapai kelereng tersebut di dalam oli. Jika massa jenis oli 800 kg/m3,
koefisien viskositasnya 0,003 Pa s, massa kelereng 0,0026 kg dan
percepatan gravitasinya 10 m/s2
2. Sebuah benda berbentk bola dengan diameter 2 cmdijatuhkan secara
bebas dalam cairan tertentu yang massa jenisnya700 kg/m3. Tentukan
koefisien fluida jika kecepatan terminal 4,9 m/s, massa jenis benda 7900
kg/m3
dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2
Latihan 9

RANGKUMAN
1. Fluida adalah suatu zat yang dapat berubah bentuk sesuai dengan wadahnya dan
dapat mengalir (zat cair & gas)
2. Fluida statis adalah fluida yang berada dalam suatu wadah yang akan
memberikan tekanan terhadap wadah
3. Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas
4. Hukum utama hidrostatik menyatakan bahwa tekanan hidrostatik pada
sembarang titik yang terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat cair
besarnya sama.
5. Hukum pascal menyatakan bahwa tekanan yang di berikan pada zat cair di dalam
ruang tertutup di teruskan sama besar ke segala arah.F1
=
6. Hukum Archimedes menyatakan bahwa jika sebuah benda tercelup sebagian atau
seluruhnya di dalam fluida akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama
dengan berat fluida yang di pindahkan.
7. Syarat benda
Benda akan terapung jika b < z,
Benda akan melayang jika b = z
Benda akan tenggelam jika b > z
8. Tegangan permukaan adalah kecenderungan zat cair seolah-olah terdapat selaput
atau lapisan yang tegang, sehingga dapat menahan benda. Hal ini terjadi karena
adanya gaya tarik menarik antara partikel zat cair (kohesi).
contoh: serangga air dapat berjalan di atas permukaan air, silet yang
mengambang dipermukaan air
9. Kapilaritas adalah peristiwa naik turunya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa
yang diameternya sangat kecil).
10.Viskositas adalah suatu kekentalan dari suatu fluida yang dimana kekentalan ini
dapat menentukan aliran

Tes Uji Kompetensi
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1. Jika sebongkah batuan pada gambar bekerja dengan tekanan 50.000Pa, maka
massa bongkahan itu adalah ….
a. 10.000 kg
b. 25.000 kg
c. 50.000 kg
d. 100.000 kg
e. 250.000 kg
2. Suatu titik A dan B berada dalam air, kedalaman titik A dan B daripermukaan
masing-masing 10 cm dan 40 cm. Perbandingan tekanan hidrostatis di titik A
dan B adalah ….
a. 1:5
b. 4:1
c. 3:2
d. 1:4
e. 1:1
3. 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, maka
massa balok kayu ….
a. 440 gram
b. 640 gram
c. 840 gram
d. 940 gram

e. 1.040 gram
4. Segumpal es dalam keadaan terapung dilaut. Volume seluruhnya adalah 5.150
dm3
. Jika massa jenis es = 0,9 kg/dm3
, massa jenis air laut = 1,03 kg/dm3
, maka
volume es yang menonjol dipermukaan air laut adalah ….
a. 550 dm3
b. 600 dm3
c. 650 dm3
d. 700 dm3
e. 750 dm3
5. Suatu kubus dari kayu dengan rusuk 10 cm massa jenisnya 0,6 gr/cm3
. Pada
bagian bawahnya digantungkan sepotong besi yang volumenya
31,25cm3
dengan cara mengikat dengan benang, ternyata semuanya melayang
dalam minyak yang massa jenisnya 0,8 gr/cm3
, maka massa jenis besi tersebut
adalah …
a. 7,8 gr/cm3
b. 7,6 gr/cm3
c. 7,4 gr/cm3
d. 7,2 gr/cm3
e. 7,0 gr/cm3
6. Gaya apung terjadi karena adanya peningkatan kedalaman dalam suatu fluida,
maka ….
a. massa jensia berkurang
b. massa jensia bertambah
c. tekanan tetap
d. tekanan bertambah
e. tekanan berkurang

7. Sutu benda di udara yang beratnya 5 N dimasukan seluruhnya ke dalam air
yang mempunyai massa jenis 1 gr/cm3
, ternyata melayang di dalam air. Besar
gaya ke atas yang dialami oleh benda tersebut adalah ….
a. 1 N
b. 2 N
c. 3 N
d. 4 N
e. 5 N
8. Sepotong kayu terapung dengan 1/5 bagian tercelup di dalam air. Jika ρair =
1.103
kg/m3
, maka massa jenis kayu adalah … kg/m3
a. 150
b. 175
c. 200
d. 250
e. 300
9. Gaya apung terjadi karena dengan meningkatnya kedalaman dalam suatu
fluida, maka ….
a. tekanan bertambah
b. tekanan berkurang
c. tekanan tetap
d. massa jenis bertambah
e. massa jenis berkurang
10. Sebuah tabung berdiameter 0,4 cm dimasukkan secara vertikal ke dalam air.
Sudut kontak antara dinding tabung dan permukaan air 60°. Jika tegangan
permukaan air = 0,5 N/m dan g = 10 m/s2
, air pada tabung akan naik setinggi
….
a. 0,015 m
b. 0,025 m
c. 0,035 m
d. 0,045 m
e. 0,055 m

B. Uraian
1. Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.
Jika massa jenis air 1000 kg/m3
, percepatan gravitasi bumi 10 m/s2
dan
tekanan udara luar 105
N/m, tentukan :
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
2. Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti
gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas
penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa
diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan
anak agar batu bisa terangkat!
3. Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah
gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas
ukur seperti terlihat pada gambar berikut:
Jika percepatan gravitasi bumi adalah
10 m/s2
tentukan berat semu benda di
dalam air!

KUNCI JAWABAN SOAL
Latihan 5
1. 800 N
2. 8,44 N
Latihan 6
2700 kg/m3
Latihan 9
1. 3,3 m/s
2. 0,32 Pa s
Uji Kompetensi
Pilihan ganda
1. A
2. D
3. C
4. C
5. D
6. C
7. E
8. C
9. C
10. A
Uraian
1. 1,5 x 105
N/m2 dan 2,5 x 105
N/m2
2. 40 N
3. 3 N

DAFTAR PUSTAKA
1. Su’ud Z, 2010. Physics Bringing Science To Your Life SMA/MA.
Jakarta: Bumi Aksara
2. Kanginan M. 2000. Fisika SMA XI. Jakarta: Erlangga
3. Supiyanto. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Phibheta

MODUL FLUIDA STATIS

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to MODUL FLUIDA STATIS

More from Fitri Immawati

Recently uploaded

MODUL FLUIDA STATIS