MAKALAH FISIKA
O L E H
RACHEL PUSPA XI IPA II – 24
1
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas kasih-Nya kami dapat menyelesaikan makalah fisika ini tepat pada waktunya. Kami mengucapkan terimakasih kepada Bapak Heronimus sebagai guru pada mata pelajaran fisika. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman yang telah membantu dalam pembuatan makalah fisika ini. Adapun makalah ini dibuat sebagai salah satu cara kami untuk memperoleh nilai pada mata pelajaran fisika di kelas XI IPA. Selain itu makalah ini juga dibuat agar kami dapat lebih memahami hal-hal mengenai fluida. Fluida merupakan pokok bahasan dalam maklah ini. Di dalam makalah ini, kami tidak hanya merangkum mengenai fluida saja namun kami juga memberikan contoh-contoh penerapan fluida dalam kehidupan seharihari dan memberikan penjelasan yang lengkap mengenai contotoh-contoh penerapan fluida tersebut. Kami mengharapkan melalui makalah yang kami susun ini, orang yang membaca makalah ini dapat lebih memahami fisika terutama mengenai fluida. Kami juga memohon maaf apabila terdapat kekurangan dalam makalah yang kami susun ini yang disebabkan oleh kurangnya pengalaman yang kami miliki dalam penyusunan sebuah makalah. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca agar dalam menyusun makalah selanjutnya, hasilnya dapat lebih baik lagi.
2
DAFTAR ISI
Judul …………………………………………………………………………………… 1 Kata Pengantar ………………………………………………………………………… 2 Daftar Isi ………………………………………………………………………………. 3 Bab I Pendahuluan …………………………………………………………………………… 4 A. Latar Belakang …………………………………………………………….. 4 B. Rumusan Masalah …………………………………………………………. 4 C. Metode Penelitian …………………………………………………………. 4 D. Sistematika Penyusunan …………………………………………………... 5 Bab II Dasar Teori dan Pembahasan …………………………………………………………. 6 Bab III Penutup ………………………………………………………………………………. 14 A. Kesimpulan ………………………………………………………………. 14 B. Saran ……………………………………………………………………... 14 Daftar Pustaka ……………………………………………………………………….. 15
3
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Fluida merupakan salah satu bab yang dipelajari pada kelas XI jurusan IPA. Fluida merupakan salah satu ilmu pada bidang fisika yang banyak digunakan dalam penerapan kehidupan sehari-hari. Fluida tidak berdiri sendiri. Ada banyak konsep yang juga berhubungan dengan fluida. Contohnya adalah hubungan fluida dengan konsep tegangan permukaan, tekanan, hokum Archimedes dan prinsip Bernoulli. Hubungan fluida dengan hukum-hukum dan konsep-konsep lain yang juga termasuk dalam bidang fisika, dihasilkan hal-hal yang berguna bagi kehidupan sehari-hari. Contohnya adalah penerapan fluida pada kapal laut, pada gelembung sabun, alat penyemprot nyamuk, dan lain-lain. Melalui pembelajaran fluida yang lebih dalam lagi, kita dapat lebih mengetahi mengenai fluida dan dapat memahami fluida sehingga kita dapat melakukan pengembangan fluida dalam kehidupan sehari-hari.
Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan fluida? 2. Ilmu apa saja yang berhubungan dengan fluida? 3. Rumus-rumus apa sajakah yang termasuk di dalam konsep fluida? 4. mengapa jarum dapat tenggelam di dalam air sedangkan kapal laut tidak tenggelam? 5. Mengapa Bentuk tetesan air berbentuk bulat? 6. Apa fluida berpengaruh dalam kehidupan sehari-hari? 7. Bagaimanakah penerapan konsep fluida dalam kehidupan sehari-hari?
Metode Penelitian Makalah ini dikerjakan dengan cara mencari informasi dari buku-buku dan melalui pencarian data di internet.
4
Sistematika Penyusunan 1. Bab I A.
Latar Belakang Bersisi hal-hal yang melatarbelakangi pembuatan makalah ini beserta dengan tujuan pembuatan makalah ini. B Rumusan Masalah Merupakan pertanyaan-pertanyaan dan hipotesis yang akan dibahas di dalam pembahasan pada Bab II. C Metode Penelitian Menjelaskan dengan cara apa kita memperoleh data untuk makalah tersebut. D Sistematika Penyusunan Berisi susunan makalah dari awal sampai kahir secara singkat dan umum.
Bab II Berisi dasar teori mengenai fluida dan semua konsep-konsep lain yang memiliki hubungan langsung dengan konsep fluida. Selain itu, terdapat juga pembahasan untuk menjelaskan pertanyaan yang berada pada rumusan masalah dan penjelasan beberapa aplikasi fluida dalam kehidupan sehari-hari. Bab III Berisi kesimpulan mengenai makalah secara keseluruhan dan berisi saran yang disampaikan untuk penyusun makalah dan pembaca makalah.
5
BAB II DASAR TEORI DAN PEMBAHASAN
Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan hanya memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika diberi tekanan. Oleh karena itu yang termasuk dalam fluida hanyalah zat cair dan gas. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Penyelesaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu, sebagai fungsi ruang dan waktu. Fluida statis dipelajari dalam ilmu hidrostatika sedangkan fluida dinamis dipelajari dalam ilmu hidrodinamika. Fluida statis adalah fluida yang sedang diam dalam keadaan seimbang atau dengan kata lain pada saat tidak bergerak. Fluida, terutama fluida statis berkaitan erat dengan konsep tekanan. Tekanan itu sendiri adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang. P = tekanan, F = gaya dan A = luas permukaan. Satuan gaya (F) adalah Newton (N), satuan luas adalah meter persegi (m2). Karena tekanan adalah gaya per satuan luas maka satuan tekanan adalah N/m2. Nama lain dari N/m2 adalah pascal (Pa). Pascal dipakai sebagai satuan Tekanan untuk menghormati Blaise Pascal. Ketika fluida berada dalam keadaan tenang, fluida memberikan gaya yang tegak lurus ke seluruh permukaan kontaknya. Misalnya melalui peninjauan air yang berada di dalam gelas; setiap bagian air tersebut memberikan gaya dengan arah tegak lurus terhadap dinding gelas. jadi setiap bagian air memberikan gaya tegak lurus terhadap setiap satuan luas dari wadah yang ditempatinya, dalam hal ini gelas. Demikian juga air dalam bak mandi atau air kolam renang. Ini merupakan salah satu sifat penting dari fluida statis.
P=F/A a. Tekanan Hidrostatis
Merupakan tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh beratnya sendiri. PARADOKS HIDROSTATIS
6
Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi
(
)
h
dan
massa
jenis
zat
cair
(
)
dalam bejana.
ρ
Ph Pt
= =
g Po
F=PhA=
=
massa
jenis
zat
cair
h h = tinggi zat cair dari permukaan
+
Ph g
gV
Pt
=
percepatan =
tekanan
gravitasi total
Po = tekanan udara luar
b. Tekanan Gauge
Merupakan selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer atau tekanan udara luar.
P = Pgauge + Patm HUKUM PASCAL Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. P1 = P2
F1/A1 = F2/A2
HUKUM ARCHIMEDES Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida sama denagn berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Tiga keadaan benda di dalam zat cair:
7
a. tenggelam: W>Fα ⇒ ρb > ρz
b. melayang: W = Fα ⇒ ρb = ρz
c. terapung: W=F α ⇒ ρb.V=ρz.V' ;
ρ b<ρz
W = berat benda Fα = gaya ke atas = ρz . V' . g ρb
= massa jenis benda
ρz
= massa jenis fluida
V = volume benda V' = volume benda yang berada dalam fluida Akibat adanya gaya ke atas ( F α ), berat benda di dalam zat cair (Wz) akan berkurang menjadi: Wz = W - F Wz = berat benda di dalam zat cair
Jarum Jahit dan Kapal Laut Jarum jahit tenggelam jika dicelupkan ke dalam air, sementara kapal laut yang jauh lebih berat dari jarum, tidak tenggelam. Setiap benda memiliki massa jenis, yaitu perbandingan antara massa dengan volume benda tersebut. Sebagai contoh Massa Jenis Air adalah 1 gr/cm3 (= 1000 kg/m3), artinya air yang memiliki ukuran kubus dengan sisi masing-masing 1 cm, akan memiliki berat 1 gram. Benda akan terapung, melayang, tenggelam di dalam sebuah cairan adalah karena massa jenis benda itu dibandingkan dengan massa jenis cairan tempat benda itu dicelupkan. Jadi benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan. Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan.
8
Massa jenis adalah perbandingan antara massa benda dengan volumenya. Artinya semakin kecil massa benda (semakin ringan), dan semakin besar volume benda tersebut, maka semakin kecil-lah massa jenisnya. Ketika jarum dan kapal dicelupkan pada cairan yang sama yang memiliki massa jenis yang sama, jarum akan tenggelam karena massa jenis jarum lebih besar dari pada massa jenis air, dan juga masih lebih besar dari massa jenis kapal. Penyebabnya adalah kapal laut memiliki ”ruangan” yang demikian luas beserta rongga berisi udara, yang menjadikan ”volume” kapal laut menjadi sedemikian besar dan mengakibatkan massa jenisnya jadi lebih kecil. Massa jenis adalah Massa dibagi volumenya, jika volumenya semakin besar sementara massanya tetap, maka hasil pembagiannya menjadi lebih kecil. Suatu kapal besar dapat mengapung karena gaya apungnya sangat besar (ini disebabkan karena ukuran kapal yang besar sehingga volume kapal yang tercelup sangat besar). Massa jenis juga bergantung pada jenis bahan, sebuah kubus pejal berukuran sama yang terbuat dari kayu tentu akan memiliki massa jenis lebih kecil daripada kubus yang terbuat dari logam. Selain itu, di dalam air, berat benda tidak sama dengan beratnya di udara. Di dalam air benda mengalami apa yang dinamakan gaya apung (atau gaya keatas). Gaya apung ini membuat berat benda di dalam air akan terasa lebih ringan dibandingkan berat benda
di
udara.
TEGANGAN PERMUKAAN Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Molekul cairan biasanya saling tarik menarik. Di bagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya; tetapi di permukaan cairan, hanya ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan saling tarik menarik satu dengan lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak
9
dipermukaan ditarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah. Karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya, dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan fluida. Umumnya ketika terjadi kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan mengalami penurunan. Gelembung Sabun atau Air Tetes Berbentuk Bulat Gelembung sabun atau tetes air berbentuk bulat karena dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan. Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan di antara kedua selaput tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Ketika selaput air sabun berkontraksi dan berusaha memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan tekanaan udara di bagian luar selaput (tekanan atmosfir) dan tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara yang berada di luar selaput (tekanan atmosfir) turut mendorong selaput air sabun ketika ia melakukan kontraksi, karena tekanan udara di bagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di dalamnya (udara yang terperangkap di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga menaikan tekanan udara di dalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan kata lain, ketika tidak terjadi kontraksi lagi, besarnya tekanan udara di antara selaput sama dengan tekanan atmosfir + gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput. Kalau gelembung air sabun memiliki dua selaput tipis pada dua permukaannya, maka tetes air hanya memiliki satu selaput tipis, yakni pada bagian luar tetes air. Bagian dalamnya penuh dengan air. Akibat adanya gaya kohesi, maka timbul tegangan permukaan. Bagian luar tetes air ditarik ke dalam. Akibatnya, air berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Tekanan atmosfir yang berada di luar turut membantu menekan tetes air. Kontraksi akan terhenti ketika tekanan pada bagian dalam
10
air sama dengan tekanan atmosfir + gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput air. FLUIDA DINAMIS Merupakan fluida yang mengalir atau bergerak. Fluida juga memiliki sifat aliran, antara lain : 1. Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady). Aliran fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama. Partikel fluida mengalir melewati titik A dengan kecepatan tertentu, lalu partikel fluida tersebut mengalir dengan kecepatan tertentu di titik B. Ketika partikel fluida lainnya yang menyusul dari belakang melewati titik A, kecepatan alirannya sama dengan partikel fluida yang bergerak mendahului mereka. Hal ini terjadi apabila laju aliran fluida rendah atau partikel fluida tidak saling menyusul. Contohnya adalah air yang mengalir dengan tenang. Aliran tak tunak berlawanan dengan aliran tunak. Jadi kecepatan partikel fluida di suatu titik yang sama selalu berubah. Kecepatan partikel fluida yang terlebih dahulu berbeda dengan kecepatan partikel fluida yang belakangan. 2. Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran taktermapatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volume (atau massa jenis) ketika fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termapatkan. Sebaliknya apabila jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume (atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan. Kebanyakan zat cair yang mengalir bersifat tak-termampatkan. 3. Aliran fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolak (irrotational). 4. Aliran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Kekentalan dalam fluida itu mirip seperti gesekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekan antara partikel fluida makin besar.
11
DEBIT FLUIDA Adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu. ASAS BERNOULLI Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan
bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan
tekanan
pada
aliran
tersebut.
Prinsip
ini
sebenarnya
merupakan
penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli. Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana: v = kecepatan fluida g = percepatan gravitasi bumi h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi p = tekanan fluida ρ = densitas fluida
12
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut: •
Aliran bersifat tunak (steady state)
•
Tidak terdapat gesekan
Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:
13
BAB III PENUTUP
Kesimpulan Fluida adalah zat yang mengalir. Yang termasuk di dalam fluida adalah gas dan zat cair karna hanya kedua zat inilah yang bisa mengalir. Fluida berguna dalam kehidupan sehari-hari dan konsep fluida banayk diaplikasikan pada latt-alat yang mepermudah kehidupan manusia seperti pada alt peneymprot nyamuk. Namun, dalam pengaplikasian fluida dalam kehidupan sehari-hari, fluida tidak berdiri sendiri melainkan harus bergabung dengan konsep dan hukum-hukum lain yang berkaitan agar dapat menghasilkan sesuatu yang berguna. Selain itu, melalui konsep fluida kita dapat memahami peristiwa-peristiwa alam yang terdapat di sekitar kita contohnya adalah seperti peristiwa bentuk tetesan air yang berbentuk bulat. Saran Melalui makalah ini, diharapkan pembaca dapat elbih memahami mengenai konsep fluida. Selain itu, diharapkan juga pembaca dapat menilai makalah ini beserta dengan isinya sehingga kami selaku penyusun makalah ini dapat mempelajari kekuranagn dan kelebihan dalam makalah ini.
14
DAFTAR PUSTAKA
Bagio, Tulus. 2004. Kumpulan Rumus Fisika SMU . Jakarta : Kawan Pustaka Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI . Jakarta : Erlangga Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XI . Jakarta : Erlangga Soetarmo. 1998. Fisika Program Inti. Surakarta : Widya Duta www.google.com/fluida www.google.com/fluidastatis www.google.com/fluidadinamis www.google.com/prinsiphukumbernoulli www.google.com/kapallauttidaktenggelam www.google.com/teganganpermukaan www.yahoo.com/aplikasihukumbernoulli www.yahoo.com/prinsiphukumarchimede www.yahoo.com./aplikasihukumarchimede
15
