FLUIDA Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau sering disebut sebagai zat alir. Zat cair,dan gas termasuk fluida. Dalam bentuk cair dan gas zat dapat mengalir sehingga disebut zat alir. Zat
cair termasuk dalam “inkompresible” artinya tidak dapat dimamapatkan
sedangkan gas termasuk “ kompresible” artinya dapat dimampatkan (volumenya akan berkurang jika ditekan). Sifat penting yang dimilki oleh zat alir yaitu viskositas yang menggambarkan kemampuan suatu zat alir untuk mengalir.
A.FLUIDA STATIS Fluida Tak Bergerak adalah adalah Fluida dalam keadaan keadaan diam atau statis.
Massa Jenis/Rapat massa (ρ) Massa jenis adalah massa suatu bendaitu dibanding volumenya.Dapt dirumuskan sebagai berikut:
=
Keterangan: m= massa (kg) 3 V = Volume (m ) ρ= massa jenis (kg/m 3)
Tekanan Hidrostatis
Tekanan adalah gaya yang bekerja tiap satuan luas.
=
Keterangan :P = tekanan (Pascal) F = Gaya (N) 2
A = Luas Permukaan (m )
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan disebabkan oleh fluida statis atau fluida tak bergerak. Keterangan :Phid = tekanan hidrostatik (Pascal)
Phid = ρgh
ρ
= massa jenis (kg/m 3)
g
= percepatan gravitasi (ms )
h
= kedalaman titik (m)
-2
Apabila tekanan udara luar di perhitungkan maka tekanan hidrostatis suatu fluida dirumuskan sebagai berikut :
Phid =Po + ρgh
Keterangan : Po
= tekanan udara luar (atm) 5
1 atm = 10 Pa
Contoh soal Hitunglah tekanan hidrostatik yang dialami seorang yang menyelam pada kedalaman 12 m dibawah permukaan sungai bila tekanan dipermukaan air sama dengan 1 atm!
Jawab : 5
Diketahui : Po = 1 atm = 10 Pa -2
g = 10 ms h = 12 m 3
-3
ρ = 10 Kgm Ditanya
: Phid
Dijawab : Phid = Po + ρgh 5
3
-3
-2
= 10 Pa + 10 Kgm . 10 ms . 12 m 5
= 2,2 . 10 Pa HUKUM UTAMA HIDROSTATIKA
“Semua titik yang terletak pada bidang horizontal yang di dalam zat cair yang tenang mempunyai tekanan hidrostatis yang sama”
h2 h1 A
P1h1=P2h2
B
Contoh soal -3
Pipa U yang berisi raksa (ρ raksa = 13,6 gr cm ) dituangkan air hingga setinggi 10 cm lalu dituangkan minyak hingga setinggi 30 cm, selisih tinggi air raksa pada kedua kaki pipa U 2,5 cm, tentukan massa jenis minyak! Jawab : Diketahui : h1 = 30 cm (minyak) h2 = 10 cm P2 = 1 gr cm
air
-3
h3 = 2,5 cm -3
P3 = 13,6 gr cm
raksa
Ditanya : P1 (minyak) Dijawab :
Phid A = Phid B P1.h1 + P2.h2 = P3.h3 -3
-3
P1. 30 cm + 1 gr cm .10 cm = 13,6 gr cm . 2,5 cm -3
P1 = 0,8 gr cm
Hukum Pascal
“ Tekanan Tekanan yang dipakaikan kepada suatu fluida tertutup diteruskan tanpa berkurang besarnya kepada setiap bagian fluida dan dinding-dinding yang berisi fluida tersebut”
Contoh alat-alat yang menganut prinsip kerja hokum pascal adalah pengepres hidrolik, mesin pengangkat mobil, dll.
F1
F2
A1
P1 = P2 F1
A2
A1
=
F2 A2
Diagram alat pengepres hidrolik
Contoh Soal Dari Gambar tentukan besar X gaya F yang
F1
dibutuhkan A1
A2 mg
untuk
mengangkat -2
balok
yang 2
massanya 1200 Kg jika g=10ms , A1 = 20 cm , A2 = 2
400 cm ! Jawab : Diketahui :
m1 = 1200 Kg g
A1 = 20 cm
-2
=10ms
2 2
A2 = 400 cm Ditanya
:F
Dijawab :
F1 m.g = A1 A2 -2 F 1200 Kg . 10 ms 2 = 2 20 cm 400 cm F = 600 N
Hukum Archimedes
“sebuah benda yang seluruhnya atau sebagian tercelup di dalam suatu fluida akan diapungkan ke atas dengan sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”
Keterangan
:FA = Gaya Apung (N)
FA = ρgV
-3
ρ = Massa Massa Jenis (Kgm ) -2
g = Percepatan Gravitasi (ms ) 3
V = Volume benda benda yang tercelup tercelup (m ) FC
A, B, dan C berturut-turut tenggelam, melayang C
dan terapung, karena ada gaya ke atas, berat WC
benda dalam zat cair akan berkurang. Jadi, berat benda dalam zat cair = berat benda di udara
FB B
dikurangi gaya ke atas. Akibat gaya ke atas, berat benda di dalam suatu zat cair akan berkurang,
FA
WB
maka berlaku rumus
A WA
Wz = W - F A Keterangan
: Wz = Berat Benda dalam zat cair (N) W = Berat Benda di udara (N) FA = Gaya Angkat ke atas (N)
Bila benda dicelupkan dalam zat cair maka ada 3 kemungkinan : a. Mengapung Syarat benda mengapung Wz < FA ρ b < ρ f b. Melayang Syarat benda melayang Wz = FA ρ b = ρ f c. Tenggelam Syarat benda tenggelam Wz > FA ρ b > ρf
B. FLUIDA DINAMIK Dalam fluida dinamik atau fluida bergerak, besar tegangan dipengaruhi oleh kecepatan alir dan massa jenis fluida serta ketinggian tempat tersebut. Fluida bergerak mempunyai sifat-sifat : 1) Tidak kompresibel 2) Tanpa gesekan (dimiliki oleh fluida kental) 3) Alirannya stasioner (partikel mengalir sesuai garis alir)
Persamaan kontinuitas
Untuk aliran fluida, kecepatan pada pipa berpenampang besar adalah kecil dan pipa yang berpenampang kecil kecepatan fluidanya besar ---Δs1----Δs2-A1
v1
A2
V2
--Δt2----Δt1---
Apabila pada tabung mengalir fluida ideal, maka banyaknya volume yang mengalir dari penampang A1 ke penampang A2 adalah sama. A1 . Δs1 = A2 . Δs2 A1 . v1 . Δt = A2 . v2 . Δt A1 . v1 = A2 . v2
∴ A V = konsta nstan n → persamaan kontinuitas Q=AV 2
Keterangan : A = Luas penampang (m ) -1
V = Kecepatan Aliran Fluida (ms ) 3 -1
Q = Debit (m s ) Contoh Soal Sebuah penampang besar memiliki diameter 4 cm dengan kecepatan aliran 4 ms
-1
sedang penampang kecil berdiameter 2 cm, hitunglah kecepatan air pada penmapang kecil! Jawab : Diketahui : R1 = 4 cm = 0,04 m v1 = 4 ms
-1
R2 = 2 cm = 0,02 m Ditanya
: v2
Dijawab :
A1 . v1 = A2 . v2
π (0,04) 4 = v π (0,02) 2
2
2
-1
v2 = 16 ms
Azas bernouli
Daerah aliran fluida yang kecepatannya kecil mempunyai tekanan besar, sedang daerah aliran fluida dengan kecepatan besar tekanannya kecil.
P1
V1
V2 h1 = h2
P2
1
1
2
2
P1 + ρv1 + ρgh 1 = P2 + ρv2 + ρgh 2 2
P+
1 2
2
2
ρv + ρgh = Konstan
Penerapan azas bernouli pada bak yang bocor P1
Karena permukaan bak lebih luas dari lubang kebocoran,
h
V2
V1 h1
P2
maka kecepatan menurunnya permukaan dianggap 0, sedangkan P1 = P , maka dari persamaan : 1
h2
2
P1 + ρv1 + ρgh1 = P2 + 2
1
2
ρv2 + ρgh1
2 2
Ρgh1 = ρv2 + ρgh1
x
A
1
2
g (h1-h2) =
1 2
V2 2
2
V2 = 2gh
2ℎ
V=
Karena gerak arah vertical termasuk gerak jatuh bebas sehingga tidak mempunyai 1
kecepatan awal, maka h 2 = gt
2
2
2h 2
t=
g
dan gerak pada arah horizontal adalah gerak lurus beraturan, maka air tidak mempunyai percepatan, resultan kedua jenis gerakan tersebut akan membentuk lintasan parabola. X = v2 t =
2g(h − h 2g(h
2h 2
1
2)
g
ℎ − ℎ ℎ
X=2
1
2
2
Pemakaian persamaan bernouli dan persamaan kontinuitas
a. Alat pengukur venture (venture meter) Merupakan alat pengukur yang ditaruh di dalam sebuah pipa aliran untuk mengukur laju aliran suatu cairan. Persamaan yang V1
V2
digunakan : v1
2
=
− ρ −
2 p1 p2 A22 (A 1 2 A 2 2 )
b. Tabung pitot Merupakan alat untuk mengukur laju aliran suatu gas. Persamaan yang berlaku adalah :
Q Fluida dari sini
2
S
tekanan total Aliran fluida
′ ℎ v =
X
memberikan Fluida masuk
P
melalui lubang ini, memberikan tekanan statik
T manometer
h