FISIKA STATIKA FLUIDApancabudi.sch.id/wp-content/uploads/2018/02/12951625417...TEGANGAN PERMUKAAN...

FISIKA

SMK PERGURUAN CIKINI

STATIKA FLUIDA

AdaptifHal.: 2 Isi dengan Judul Halaman Terkait

MASSA JENIS

Massa jenis atau kerapatan suatu zat didefinisikan se-

bagai perbandingan massa dengan volum zat tersebut

V

m Keterangan:

ρ = massa jenis zat (kg/m3)

m = massa zat kg

V = volum zat m3

Satuan massa jenis zat sering juga dinyatakan dengan I g/cm3

1 g/cm3 = 1000 kg/m3


TEKANAN

Keterangan:

p = tekanan (N/m2) atau Pascal (Pa)

F = gaya N

A = luas bidang tekan m2

luas

gayatekanan

A

Fp

F = w

A

Tekanan adalah gaya per satuan luas


TEKANAN HIDROSTATIS

h g p

Tekanan zat cair dalam keadaan diam disebut

tekanan hidrostatis

Keterangan:

ρ = massa jenis zat cair (kg/m2)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

h = kedalaman zat cair diukur dari permukaan-

nya ke titik yang diberi tekanan (m)

p = hydrostatic pressure (N/m2)

Berdasarkan rumus tekanan hidrostatis di atas, diketahui bahwa

tekanan hidrostatis bergantung pada massa jenis zat cair,

ketinggian atau kedalaman zat cair, serta percepatan gravitasi bumi

h

x

air


TEKANAN HIDROSTATIS

Kekuatan pancaran air atau

pancaran zat cair ini

ditentukan oleh besarnya

tekanan dalam air atau zat

cair tersebut. Hal ini berarti

semakin dalam suatu

tempat dalam air atau zat

cair dari permukaannya,

maka semakin besar

tekanan hidrostatisnya

Kegiatan ilmiah

air

lubang

pancaran air


HUKUM POKOK HIDROSTATIS

Source: http://superphysics.netfirms.com/t240754a.jpg

Setiap titik yang terletak pada bidang datar di dalam

suatu zat cair memiliki tekanan hidrostatis yang sama

http://superphysics.netfirms.com/t240754a.jpg


HUKUM POKOK HIDROSTATIS

hA hB

minyak air

A B

Sebuah tabung berbentuk U berisi minyak dan air, seperti tampak

pada gambar di bawah:

Titik A dan titik B berada pada

suatu bidang datar dan dalam

suatu jenis zat cair. Berdasarkan

hukum pokok hidrostatis maka

kedua titik tersebut memiliki

tekanan yang sama, sehingga:

pA = pB

ρminyak g hA = ρair g hB

ρminyak hA = ρair hB

minyak

B

Aair ρ

h

hρ

Keterangan:

ρoil = massa jenis minyak

ρwater = massa jenis air

hA = tinggi kolom minyak

hB = tinggi kolom air


HUKUM PASKAL

Tekanan yang diberikan kepada zat cair di dalam ruang tertu-

tup akan diteruskan ke segala arah dan semua bagian ruang

tersebut dengan sama besar

Contoh pemakaian hukum paskal

2

1

12 A

A

FF

Keterangan:

F1 = gaya pada A1 (N)

F2 = gaya pada A2 (N)

A1 = luas penampang 1 (m2)

A2 = luas penampang 2 (m2)

A2

F2A1

F1

Azas dongkrak hidrolik

Source: http://home.wxs.nl/~ brink494/hydr.htg/pascal.gif

http://home.wxs.nl/~brink494/hydr.htg/pascal.gif


HUKUM ARCHIMEDES

Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke

dalam zat cair atau zat cair lain akan mengalami gaya ke

atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang

dipindahkannya

FA = wbfKeterangan:

FA = gaya ke atas

wbf = berat zat cair yang dipindahkan

FA = ρf Vbf g Keterangan:

ρf = massa jenis fluida

Vbf = volum zat cair yang dipindahkan

g = percepatan gravitasi bumi


HUKUM ARCHIMEDES

Benda tenggelam

FA < w

m f g < mb g

Vf ρf g < Vb ρb g

ρf < ρb

Keterangan:

mb = massa benda

m f = massa zat cair yang dipindahkan

Vb = volum benda

Vf = volum zat cair yang dipindahkan

ρb = massa jenis benda

ρf = massa jenis zat cair

Sebuah benda dikatakan tenggelam jika

benda tersebut tercelup seluruhnya dan

berada di dasar suatu zat cair

w

FA

air


HUKUM ARCHIMEDES

Benda melayang

FA = w

m f g = mb g

Vf ρf g = Vb ρb g

ρf = ρb

Sebuah benda dikatakan melayang jika

benda tersebut tercelup seluruhnya

tetapi tidak mencapai dasar dari zat

cair tersebut

w

FA

air

Keterangan:

mb = massa benda

m f = massa zat cair yang dipindahkan

Vb = volum benda

Vf = volum zat cair yang dipindahkan

ρb = massa jenis benda

ρf = massa jenis zat cair


Hukum archimedes

Benda terapung

Sebuah benda dikatakan terapung jika

benda tersebut tercelup sebagian di

dalam zat cair

FA = w

m f g = mb g

Vf ρf g = Vb ρb g

f

b

fb ρV

Vρ

karena Vf < Vb

maka ρf > ρb

w

FA

water


TEGANGAN PERMUKAAN

ZAT CAIR

Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel sejenis disebut

kohesi; sedangkan gaya tarik tarik-menarik antara partikel-

partikel yang tidak sejenis disebut adhesi.

Tiap partikel dalam zat cair ditarik oleh gaya yang sama

besar kesegala arah oleh partikel-partikel didekatnya,

sehingga resultan gaya yang bekerja pada partikel sama

dengan nol.


TEGANGAN PERMUKAAN ZAT

CAIR

Tegangan permukaan dapat diartikan sebagai besar gaya

yang dialami pada permukaan zat cair per satuan panjang.

F

panjang

gayaF

permuakaan tegangan

Keterangan:

w2

w1

Selapis air sabun

oil


KAPILARITAS

Peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler

dinamakan kapilaritas

kohesi > adhesi

Air dalam pipa kapiler akan terus naik sampai tercapai keseimba-

ngan, yakni berat air yang diangkat seimbang dengan gaya adhesi.

Sedangkan peristiwa turunnya raksa di dalam pipa kapiler terjadi

karena kohesi antara partikel-partikel raksa lebih besar daripada

adhesi antara partikel raksa dengan partikel kaca.

kohesi < adhesi

raksaair


KAPILARITAS

Banyaknya kenaikan atau penurunan zat cair pada pembuluh/pipa

kapiler dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut.

hgρ

cosθ2h

Keterangan:

h = kenaikan atau penurunan zat cair (m)

= tegangan permukaan (N/m)

massa jenis zat (kg/m3)

= sudut kontak

g = percepatan gravitasi (m/s2)

r = jari-jari pipa kapiler (m)


VISKOSITAS FLUIDA DAN

HUKUM STOKES

Ukuran kekentalan suatu fluida dinyatakan dengan viskositas.

Ff = k h v

Keterangan:

Ff = gaya gesekan fluida (N)

k = koefesien (tergantung pada geometrik benda)

h = koefesien viskositas (Pa s)

v = kecepatan gerak benda (m/s)

Persamaan gaya gesekan fluida untuk benda berbentuk bola

dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ff = 6 k r h v



HUKUM STOKES

w = m g

FA

fFA

arah gerak

Perhatikan gambar di bawah ini!

Pada saat benda bergerak dengan

kecepatan terminal, pada benda

tersebut bekerja tiga buah gaya,

yaitu gaya berat, gaya ke atas

yang dikerjakan fluida, dan gaya

gesekan fluida

SF = 0

+ m g – FA – Ff = 0

m g – FA = Ff

Ff = m g – Ff

oil



HUKUM STOKES

fbT ρρ

η

grv

2

9

2

Keterangan:

vT = kecepatan terminal (m/s)

h viskositas fluida (Ns/m2)

b = massa jenis benda (kg/m3)

f = massa jenis benda (kg/m3)


r = jari-jari bola (m)


TERIMA KASIH

SMK PERGURUAN CIKINIFISIKA

DINAMIKA

FLUIDA

Dikreasi oleh Abdul RohmanHal.: 2 DINAMIKA FLUIDA

ALIRAN LAMINER DAN TURBULEN

Garis alir pada fluida mengalir

terdapat dua jenis, yaitu:

Aliran laminar adalah aliran

fluida yang mengikuti suatu

garis lurus atau melengkung

yang jelas ujung dan pangkal-

nya serta tidak ada garis lu-

rus yang bersilangan.

1.

Aliran turbulen adalah aliran fluida yang ditandai dengan

adanya aliran berputar dan arah gerak partikelnya berbeda,

bahkan ber-lawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida.

2.

Source: http://www.math.ucsb.edu/~hdc/res/rhomesh.gif

Aliran laminer dan aliran turbulen


PERSAMAAN KONTINUITAS

Apabila suatu fluida mengalir dalam sebuah pipa dengan

luas penampang A dan kecepatan aliran fluidanya v, maka

banyaknya fluida (volum) yang mengalir melalui penampang

tersebut tiap satuan waktu dinamakan debit.

Dalam bentuk persamaan debit dinyatakan sebagai berikut:

vAQ t

VQ dan

Keterangan:

Q = debit aliran fluida (m3/s)

V = volum fluida yang mengalir (m3)

t = waktu (s)

v = kecepatan aliran fluida (m/s)



Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak melewati pipa yang

mempunyai luas penampang yang berbeda maka volum fluida yang

melewati setiap penampang itu sama besar dalam selang waktu

yang sama.

2211

21

vAvA

QQ

Persamaan kontinuitas me-

nyatakan bahwa pada aliran

fluida ideal, hasil kali laju aliran

fluida dengan dengan luas

penampangnya adalah konstan.

Keterangan:

Q1 = debit aliran fluida bagian 1 (m3/s)

Q2 = debit aliran fluida bagian 2 (m3/s)

A1 = luas penampang bagian 1 (m2)

A2 = luas penampang bagian 2 (m2)

v1 = kecepatan cairan bagian 1 (m/s)

v2 = kecepatan cairan bagian 2 (m/s)



Contoh

1. Kecepatan rata-rata aliran air pada sebuah selang yang

berdiameter 4 cm is 4 m/s. Hitung jumlah fluida (air) yang

mengalir tiap detik (Q)!

Penyelesaian

d = 4 cm r = 2 cm = 2 x 10-2 m

v = 4 m/s

Q = …?

Q = A v = p r2 v

= 3,14 (2 x 10-2 m) x 4 m/s

= 5,024 m3/s



2. Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit

dengan diameter 8 cm. Jika kecepatan aliran di bagian pipa

yang berdiameter besar 10 cm/s, hitung kecepatannya di

ujung yang kecil.

d1 = 12 cm r = 6 cm = 6 x 10-2 m

d2 = 8 cm r = 4 cm = 2 x 10-2 m

A1 = p r12 = 3,14 x (6 cm)2 = 113, 04 cm2

A1 = p r12 = 3,14 x (4 cm)2 = 50,24 cm2

V1 = 10 cm/s and v2 = …?

A1 v1 = A2 v2

113,04 cm2 x 10 cm/s = 50,24 cm2

Penyelesaian

scmv

v

5,22

24,50

4,1130

2

2


AZAS BERNOULLI

Tekanan fluida tempat

yang kecepatannya besar

lebih kecil daripada

tekanan fluida di tempat

yang kecepatan-nya kecil.

konstan 2

21 vhgp

Keterangan:

p = tekanan (N/m2)

= massa jenis fluida (kg/m3)


h = ketinggian fluida dari titik acuan (m)

v = kecepatan fluida (m/s)

Persamaan bernoulli


AZAS BERNOULLI

Terdapat dua kasus istimewa berkenaan dengan persamaan

Bernoulli.

1. Fluida diam atau tidak mengalir (v1 = v2 = 0)

)( 1221 hhgpp

Persamaan ini menyatakan tekanan hidrostatis dalam zat

cair pada kedalaman tertentu.

Keterangan:

p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m2)

h1 dan h2 = tinggi tempat 1 dan 2 (m)


g = gravitasional acceleration (m/s2)


AZAS BERNOULLI

2. Fluida mengalir pada pipa horisontal (h1 = h2 = h)

)(2

1 2

1

2

221 vvpp

Persamaan ini menyatakan jika v2 > v1, maka p1 > p2 yang

berarti jika kecepatan aliran fluida disuatu tempat besar

maka tekanan fluida di tempat tersebut kecil dan berlaku

sebaliknya.

Keterangan:

p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m2)

v1 dan v2 = kecepatan pada 1 dan 2 (m)


g = gravitasional acceleration (m/s2)


PENERAPAN AZAS BERNOULI

Menentukan kecepatan dan debit semburan air pada tangki

yang berlubang

ghv 2

ghAQ 2

Keterangan:

Q = aliran debit m3/s

v = kecepatan semburan air pada pada

bocoran itu m/s

h = tinggi air di atas lubang m

g = percepatan gravitasi m/s2

A = luas panampang lubang bocoran m2

hQ = A.v

air



Contoh

Sebuah tangki berisi air

setinggi 1,25 m. Pada

tangki terdapat lubang

kebocoran 45 cm dari

dasar tangki. Berapa jauh

tempat jatuhnya air diukur

dari tangki (g =10 m/s2)?

Penyelesaian

h1 = 1,25 m

h2 = 45 cm = 0,25 m

v = …?smsm

msm

mmsm

hhgv

/4/16

)80,0(/20

)45,0125(/102

)(2

22

2

2

21

Kecepatan air dari lubang bocor :

1,25 cm

1,25 mair



Lintasan air merupakan bagian dari gerak parabola dengan

sudut a = 0o (v0 arah mendatar)

st

st

t

tsmm

tsmm

tgtvy

sm

m

3,0

9,0

/545,0

)/10(045,0

sin

2

/5

45,0

22

22

21

2

21

0

2

a

m

ssm

tvx

2,1

)3,0)(1)(/4(

)(cos0

a

Jadi, air jatuhnya 1,2 m dari tangki.



Venturimeter

]1)/[(

)(22

21

211

AA

PPv

flow velocity

v2

flow velocity

v1

Keterangan:

p1 = tekanan pada titik 1 N/m2

p2 = tekanan pada titk 2 N/m2

= massa jenis fluida kg/m3

v1 = kecepatan fluida pada titik 1 m/s

A1 = luas penampang 1 m2

A2 = luas penampang 2 m2

demonstrationSource:www.google.com

animasifluida/venturimeter_demo.mpg



Sebuah venturimeter memiliki luas penampang besar 10

cm2 dan luas penampang kecil 5 cm2 digunakan untuk

mengukur kecepatan aliran air. Jika perbedaan ketinggian

permukaan air 15 cm.

Hitunglah aliran air dipenampang besar dan penampang

kecil (g = 10 m/s2)?

Contoh

15 cm

A2

A1

v1 v2



Penyelesaian

A1 = 10 cm2 = 10 x 10-4 m2

A2 = 5 cm2 = 5 x 10-4 m2

h = 15 cm = 15 x 102 m

g = 10 m/s2, v2 = …?

1105

1010

1015/102

1

2

2

24

24

22

2

2

1

m

m

msm

A

A

hgv

Untuk menentukan kecepatan v2,

gunakan persamaan kontinuitas:

sm

smm

m

vA

Av

vAvA

/2

/1105

101024

24

1

2

12

2211

Jadi, laju aliran gas oksigen

dalam pipa adalah 97,52 m/s.



Penyemprot nyamuk

Ketika penghisap pompa ditekan, udara dari tabung selinder

dipaksa keluar melalui lubang sempit. Udara yang keluar dari

lubang sempit ini mempunyai kecepatan tinggi sehingga

menurunkan tekanan udara dibagian atas nosel.

Karena tekanan udara di

atas nosel lebih kecil

daripada tekanan udara

pada permukaan caiaran di

dalam tabung, maka cairan

akan menyemprot keluar

melalui nosel.

lubang

tekanan rendah

tekanan atmosfer



Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas

oksigen yang mempunyai massa jenis 1,43 kg/m3 dalam sebuah

pipa. Jika perbedaan tinggi zat cair pada kedua kaki manometer

adalah 5 cm dan massa jenis zat cair adalah 13600 kg/m3,

Hitunglah kelajuan aliran gas pada pipa tersebut! (g = 10 m/s2)

Contoh

Penyelesaian

= 1,43 kg/m3

’= 13600 kg/m3

h = 5 cm = 0,05 m

g = 10 m/s2

v =...? sm

mkg

msmmkg

ghv

/52,97

/43,1

05,0/10/136002

'2

3

23



Tabung pitot

Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur

laju aliran suatu gas atau udara.

ghv

'2

Keterangan:

h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair di dalam manometer (m)


= massa jenis gas (kg/m3)

’ = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m3)

v = kelajuan aliran udara atau gas (m/s)



Gaya angkat sayap pesawat terbang

F2 = p2 A

F1 = p1 A

v2

v1

Sesuai dengan azas Bernoulli, apabila

kelajuan aliran udara pada bagian atas

sayap lebih besar daripada kelajuan

aliran udara pada bagian bawah sayap,

maka tekanan udara bagian atas sayap

lebih kecil daripada tekanan udara

dibagian bawah sayap..

AppFF )( 2121 Keterangan:

F1 = gaya dorong peasawat ke atas (N)

F2 = daya dorong pesawat ke bawah (N)

F1 – F2 = gaya angkat ke bawah (N)

p1 = tekanan pada sisi bagian bawah (N/m2)

p2 = tekanan pada sisi bagian atas (N/m2)

A = luas penampang sayap (m2)



Persamaan gaya angkat di atas dapat pula dinyatakan

sebagai berikut:

AvvFF )(2

1 2

1

2

221

Keterangan:

F1 = gaya dorong pesawat ke atas (N)

F2 = gaya dorong pesawat ke bawah (N)

F1 – F2 = gaya angkat pesawat (N)

v1 = kecepatan udara di bawah sayap (m/s)

v2 = kecepatan udara di atas sayap (m/s)

= massa jenis udara (kg/m3)



Jika kecepatan aliran udara dibagian bawah sayap pesawat

60 m/s, berapakah kecepatan dibagian atasnya jika tekanan

ke atas yang diperolehnya adalah 10 N/m2? ( = 1.29 kg/m3)

Contoh



sm

smv

mNsm

ppvv

ppvv

ppvv

hgvphgvp

/13,60

/5,3615

29,1

/)10(2)/60(

)(2

)(2

)(

22

1

22

122

2

2

1

122

2

2

1

12

2

2

2

121

2

2

221

21

2

121

1

Penyelesaian

p2 – p1 = 10 N/m

v2 = 60 m/s

h1 = h2

v1 = …?

Jadi, kecepatan aliran udara dibagian atas sayap pesawat adalah

60,13 m/s


DINAMIKA FLUIDA

Latihan!

1. Massa jenis bola yang memiliki berat 0,5 kg dengan

diameter 10 cm adalah….

2. Tekanan hidrostatis pada permukaan bejana yang

berada 30 cm di bawah permukaan air yang massa

jenisnya 100 kg/m3 dan g = 9,8 m/s2 adalah ….

3. Debit fluida memiliki dimensi….

4. Sebuah tangki yang tingginya 4 m dari tanah diisi penuh

dengan air. Sebuah katup (kran) berada 3 meter di

bawah permukaan air dalam tangki tersebut. Bila katup

dibuka, berapakah kecepatan semburan?

FISIKA STATIKA FLUIDApancabudi.sch.id/wp-content/uploads/2018/02/12951625417...TEGANGAN PERMUKAAN...

Documents

Transcript of FISIKA STATIKA FLUIDApancabudi.sch.id/wp-content/uploads/2018/02/12951625417...TEGANGAN PERMUKAAN...