fluida statis

FLUIDA STATIS

Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu.

Definisi Tekanan

Tekanan dalam mekanika benda titik unsur dinamika yang utama adalah gaya, maka dalam mekanika fluida unsur itu adalah tekanan.Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu titk pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematik tekanan P didefinisikan melalui hubungan

dF=pdA

dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida.

Rumus Tekanan

p = F/A

Ket :
P = Tekanan (Pa)
F = Gaya (N)
A = Luas Benda (m2)

Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal,penemu hukum Pascal.

1Pa = 1 Nm-2

Aplikasi

Tekanan ini biasanya diaplikasikan pada pemain seluncur es, dan pemain ski, dimana pada sepatu pemain seluncur terdapat pisau dibagian bawah yang berfungsi untuk memberikan tekanan besar pada lapisan salju dan pada pemain ski alas yang digunakan memberikan tekanan pada salju sehingga ketika seseorang meluncur maka papan seluncur tidak terbenam di dalam salju .

Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.

Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:
P = ρgh
dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.

Pemahaman tekanan Hidrostatis dengan melakukan percobaan yang menggunakan kaleng bekas tanpa tutup yang diberi lubang berbeda pada ketinggian,tetapi terletak pada satu garis vertical

Maka seluruh lubang akan memancarkan air.Tetapi,masing-masing lubang memancarkan air dengan jarak yang berbeda.Lubang paling dasarlah yang memancrakan air paling deras.
Jadi,Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam wadah selalu tertarik kebawah.Makin tinggi zat cair dalam wadah,makin besar zat cair itu,sehingga makin besar juga tekanan zat cair pada dasar wadahnya.

Tekanan Gauge

Tekanan Gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar).Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge.Adapun tekanan sesungguhnya disebut dengan tekanan mutlak.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

P = Pgauge + Patm

Tekanan Mutlak Pada Suatu Kedalaman Zat Cair

Tekanan hidrostatis zat cair dapat kita miripkan dengan tekanan gauge.Dengan demikian,tekanan mutlak pada kedalam h dirumuskan oleh,

P =P0 + ρgh

Ket :
P = Tekanan Hidrostatika (Pa)
P0 = Tekanan Atmosfer (0,01 x 105 Pa)
ρ = Massa jenis (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi 9,8 m/s2
h = Kedalaman (m)


Pemahaman tekanan gauge dengan melakukan percobaan yang menggunakan sebuah kaleng/wadah yang diberikan dua lubang pada sisinya kemudian diisi dengan air hingga penuh.

Pabsolut = Patmosfer + Phidrostatis
P = p atm + p gh

Air terpancar dari lubang-lubang kedua sisi kaleng.Ketika kaleng diangkat dan dipercepat keatas maka jarak pancaran air dari kedua lubang semakin jauh dengan lubang.Tapi,ketika kaleng dijatuhkan dari suatu ketinggian,jarak pancaran air dari kedua lubang menjadi dekat dengan lubang.

Alat Ukur Tekanan Dan Pengukuran Tekanan

Beberapa alat telah diciptakan untuk mengukur tekanan, diantaranya yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka, seperti diperlihatkan pada Gambar 9.5. Manometer tersebut digunakan untuk mengukur tekanan tera yang terdiri dari sebuah tabung yang berbentuk U yang berisi cairan, umumnya mercury (air raksa) atau air. 

LATIHAN SOAL

1. Air yang mengalir dalam sebuah pip

a yang berdiameter 6 cm berkecepatan 1,5 m/det. Berapa kecepatan air dalam pipa yang berpenampang dengan diameter 3 cm, jika pipa ini dihubungkan dengan pipa pertama dan semia pipa penuh.

      ( jawab : 6 m/s)

2. Pipa dengan penampang 2 cm² dialiri air dengan keceapatan 2 m/s. Ditanyakan :

Berapa cm³ dapat dialirkan tiap menit ( jawab : 24.000 cm³)

Berapa kecepatan alir air bila pipa dihubungkan dengan pipa yang berpenampang 1 cm²) (jawab : 400 cm/s)

3. Perhatikan alat sepeti tergambar di sebeelah kanan

Berapa kecepatan air yang dipancarkan lewat lobang

L. jika tekanan terhadap air 10⁶ Pa dan tekanan udara                                     L

Luar 10⁵ Pa dan apabila kecepatan air dalam reservoir

Boleh diabaikan. (jawab  : 30 m/s)

4. Sebuah tangki berisi air dan mempunyai kran setinggi 2 meter di atas tanah. Jika kran dibuka, maka air akan memancar keluar dan jatuh pada jarak horizontal sejauh 15 m dari kran. Berapa tinggi permukaan air dari kran, jika percepatan grafitasi bumi 10 m/s² dan kecepatan turunnya air boleh diabaikan. (jawab : 28,125 m)

5. Sebuah pipa panjang memiliki penampang berbeda pada empat bagian. Luas penampang pipa berturut-turut pada bagian 1, bagian 2, bagian 3 adalah 150 cm², 100 cm² dan 50 cm². Laju aliran air pada bagian 1 adalah 8 m/s. Sedangkan pada bagian 4 adalah 4,8 m/s. Tentukanlah :

Debit air melalui keempat penampang itu  (jawab : 0,12 m³/s)

Luas penampang pada bagian 4 (jawab : 250 cm²)

Laju air pada bagian 2 dan 3 (jawab  : 12 m/s , 24 m/s)

6. Sebuah pipa air memiliki dua penampang yang berbeda. Diameter masing-masing penampang adalah 15 cm dan 10 cm. Jika laju aliran pada penampang yang kecil adalah 9 m/s. Berapakah laju aliran pada penampang yang besar ? (jawab : 4 m/s)

7. Sebuah tangki berisi air, pada jarak 20 meter di bawah permukaan air pada tangki itu terdapat kebocoran.

Berapa kecepatan air yang memancar dari lubang tersebut. (jawab : 20 m/s

Bila luas lubang 1 x 10^-6 m². Berapa liter volume air yang keluar dalam 1 detik. (0,02 liter)

8. Air mengalir melalui sebuah pipa mendatar yang luas penampangnya berbeda, penampang X = 8 cm², kecepatan air adalah 3 cm/s. Tentukanlah :

Kecepatan air pada penampang Y yang luasnya 2 cm². (jawab : 12 cm/s)

Beda tekanan antara X dan Y   (jawab : 6,75 N/m²)

9. Pada suatu pipa mendatar yang luas penampangnya 30 cm², tekanan statis air yang mengalir dengan aliran stasioner adalah 6,5 . 10⁴ Pa dan tekanan totalnya adalah 6,7 . 10⁴ Pa. Hitung :

Kecepatan aliran air  (2 m/s)

Debit air yang melalui pipa  (jawab : 6 liter/s)

10. Sebuah pipa silindris lurus memiliki diameter 10 cm. Pipa tersebut diletakkan horizontal, sedangkan air mengalir didalamnya dengan kecepatan 2 m/s. Diujung pipa terdapat mulut pipa dengan diameter 1,25 cm.

Berapa kecepatan air yang keluar dari mulut pipa. (jawab : 128 m/s).

Bila mulut pipa berhubungan dengan udara luar, berapa tekanan air di dalam mulut pipa  jika Pbar = 1. 10⁵ Pa.   (jawab : 82,9 . 10⁵ Pa)