Fluida Statis dan Fluida Dinamis

Category: SMA

FLUIDA STATIS

Fluida adalah zat yang mudah mengalir seperti zat cair dan gas. misal pada cairan adalah air, minyak, susu, solar, bensin dsb. Sedang contoh Gas seperti Uap, Asap Gas dsb.

Statis berarti dalam keadaan diam atau tidak mengalir. Jadi Fluida Statis mempelajari sifat sifat Fluida yang diam atau tidak mengalir.

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang di alami benda saat di dalam zat cair karena adanya Gaya Gravitasi.

Tekanan (P) adalah Hasil bagi antara Gaya (F) dengan Luas penampang (A).

$P = \frac{F}{A}$

Semakin Besar GAya yang diberikan maka tekanan semakin besar.

F dalam satuan Newton (N), A dalam satuan Luas (M²⁾ dan P dalam satuan N/m^2.

Semakin Luas Penampang maka tekanannya akan semakin kecil.

Satuan Tekanan (P) yang lain adalah Pa (Pascal), Atm (atmosfir), cmHg (cmAir Raksa)

1 N/m² = 1 Pa (pascal)
1 atm = 10⁵ Pa = 76 cmHg.

Rumus:

$Ph = \rho . g.h$

P_h = tekanan HIdrostatis (N/m²)
$\rho$ = massa jenis zat cair (kg/m³ )
g = percepatan grafitasi (m/s²)
h = Kedalaman (m) di ukur dari permukaan air

Tekanan Total

Tekanan Total adalah penjumlahan tekanan udara luar dan tekanan hidrostatis.

Rumus:

$P total = Po + Ph$

Keterangan:

$P_{total}=tekanan\ total\ (N/m^{2})$

$P_{0}=tekanan\ udara\ luar\ (N/m^{2})$

$P_{h}=tekanan\ hidrostatis\ (N/m^{2})$

Hukum Pokok Hidrostatis : "Bahwa disemua titik yang berada pada suatu bidang mendatar di dalam zat cair sejenis, memiliki tekanan hidrostatis yang sama."

(walaupun bentuk penampang tempat zat cair tersebut berbeda.)

Jika di dalam suatu penampang terdapat dua zat cair yang berbeda maka tekanan hidrostatisnya sbb :

$P_{A}=P_{B}$

$\rho _{A}.g.h_{A}=\rho _{B}.g.h_{B}$

$\rho _{A}.h_{A}=\rho _{B}.h_{B}$

Keterangan:

h_A = jarak titik A terhadap permukaan zat cair (m)

h_B = jarak titik B terhadap permukaan zat cair (m)

ρ_A = massa jenis zat cair A (kg/m³)

ρ_B = massa jenis zat cair B (kg/m³)

3. Hukum Pascal

Hukum Pascal : " Tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. "

$P_{1}=P_{2}$

$\frac{F1}{A1} = \frac{F2}{A2}$

Keterangan:

F1 = gaya yang diberikan pada penghisap 1 (N)
F2 = gaya yang diberikan pada penghisap 2 (N)
A1 = Luas Penampang pada Penghisap 1 ( m²)
A2 = Luas penampang pada penghisap 2 (m²⁾

4. Hukum Archimedes

Hukum Archimedes : " Jika sebuah benda tercelup sebagian atau seluruhnya pada suatau zat cair maka benda itu akan mendapatkan Gaya tekan ke atas (disebut dengan gaya Archimedes) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda. "

Sehingga besar gaya tekan ke atas balok adalah:

$F_{A}=W_{zat\ cair\ yang\ dipindahkan}$

$F_{A}=m_{zat\ cair\ yang\ dipindahkan}g$

$F_{A}=\rho f.g.V_{tc}$

Keterangan :

F_A = Gaya tekan ke atas atau gaya Archimedes (N)

ρ_f= massa jenis zat cair (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

V_tc⁼Volume zat cair yang dipindahkan oleh benda atau volume benda yang tercelup (m³)

Gaya tekan ke atas inilah yang menyebabkan berkurangnya berat benda yang tercelup di dalam zat cair

$F_{A}=W_{di\ udara}-W_{di\ zat\ cair}$

Keterangan:

W_{di udara} = berat benda di udara (N)
W_{di zat cair}= berat benda setelah tercelup di zat cair (N)

Benda Mengapung → benda berada dipermukaan zat cair

Benda dikatakan mengapung jika gaya tekan keatas sama dengan berat bendanya. F_A = W_B

$F_{A}=W_{benda}$

$m_{zat\ cair}.g=m_{b}.g$

$\rho _{f}.V_{tc}.g=\rho _{b}.V_{b}.g$

$\rho _{f}.V_{tc}=\rho _{b}.V_{b}$

Volume benda yang tercelup di dalam zat cair hanya sebagian (Vtc) lebih kecil dari pada Volume bendanya (Vb) → (Vtc < Vb) atau (ρ_c > ρ_b)
Benda Melayang → seluruh benda tercelup di dalam zat cair → F_A = W_benda, V_tc = V_benda. , ρ_c = ρ_b
Benda Tenggelam → Seluruh benda berada di dasar → F_A < W_b,V_{tc =} V_benda._, ρ_c < ρ_b

FLUIDA DINAMIS

Fluida Dinamis adalah mempelajari sifat sifat fluida yang mengalir atau bergerak.

1. Persamaan Kontiunitas :

Debit (Q) adalah Volume Fluida (V) yang mengalir dala satuan waktu (T) melalui penampang lintang tertentu dengan luas (A) dan kecepatan (V).

Rumus:

$Debit=\frac{volme\ fluida}{selang\ waktu}\rightarrow Q=\frac{V}{t}$

$atau\ Q=A.v$

dimana Q = Debit aliran fluida (m³/s)

V = Volume fluida yang mengalir (m³)

T = Selang waktu (s)

A = Luas permuakaan (m² )

v = kecepatan fluida (m/s).

Pada satu pipa aliran yang memiliki luas penampang yang berbeda berlaku :

2. Persamaan Kontinuitas

$Q1 = Q2 = Q3 = ....... = konstan$

$A_{1}v_{1}=A_{2}v_{2}=A_{3}v_{3}=.......=konstan$

Berdasarkan persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa : Luas penampang berbanding terbalik dengan kecepatan aliran fluida.

$A-\frac{1}{v}\rightarrow \frac{A_{1}}{A_{2}}=\frac{v_{2}}{v_{1}}$

Hukum Bernoulli

" Pada pipa mendatar Fluida yang memiliki kecepatan aliran paling kecil maka tekanan fluidanya paling besar. Sebaliknya, Fluida yang memiliki kecepatan aliran paling besar maka tekanan fluidanya persatuan volume paling kecil"

" Jumlah dari tekanan (P), Enenrgi kinetik persatuan volume ( $\frac{1}{2}\rho v^{^{2}}$ ) dan energi potensial per satuan volume (ρgh) mempunyai nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

$P+\frac{1}{2}\rho \nu _{1}\ ^{2}+\rho gh=konstan$

Maka

$P_{1}+\frac{1}{2}\rho \nu _{1}\ ^{2}+\rho gh_{1}=P_{2}+\frac{1}{2}\rho \nu _{2}\ ^{2}+\rho gh_{2}$

Keterangan:

P = tekanan (P)

h = ketinggian (m)

ρ = massa jenis fluida (kg/m³)

v = kecepatan fluida (m/s)

Aplikasi Hukum Bernoulli

1. Gaya Angkat pada pesawat Terbang

$F2 - F1 = \frac{1}{2}.\rho .(v1^{2}-v2^{2}).A$

agar pesawat dapat terangkat ke atas, gaya angkat pesawat harus lebih besar daripada berat pesawat (F₂ - F₁) > mg

2. Dinding Tangki yang bocor → dengan menganggap diameter lubang yang bocor pada dinding tangki sangat kecil dibandingkan dengan diameter tangki dan ujung tangki terbuka terhadap atmosfir. maka berlaku hukum Toricelli

$v = \sqrt{2.g.h1}$

Keterangan:

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h₁ = jarak lubang dari permukaan air (m)

h₂ = jarak lubang dari dasar bejana (m)

dimana v = kecepatan aliran dan h1 adalah tinggi air dari lubang ke permukaan air

CONTOH SOAL 1

Diketahui kerapatan zat cair = 1.020 kg/m³. dan tekanan zat cair akan menjadi 101% dari tekanan pada permukaan (dengan tekanan atmosfir = 1,01 x 10⁵ N/m² pada kedalaman..??

A. 10 cm B. 10.1 cm C. 10,2 cm D. 9,9 cm E. 100 cm

Penyelesaian :

diketahui : ρ_zat = 1.020 kg/m³.

P = 101% P_o.

Ditanya H... ?

Jawab : P = P_o + ρ . g.h

101% P_o = P_o + ρ . g.h

101% Po - Po = ρ . g.h

0,01 P_o = ρ . g.h <===> 0,01 . (1,01 x 10⁵) = (1,020) . (10) (h) <===> h = 9,9 cm.

Contoh Soal 2.

Fluida Statis dan Fluida Dinamis

Comments

Radio Brite