Fluida Statik : Pengertian - Rumus dan contoh Soal Penyelesaian - jessipermata
BAB
FLUIDA STATIK
( FLUIDA TIDAK BERGERAK )
·
Massa
Jenis ( ρ )
Massa Jenis adalah perbandingan massa dengan volume zat.
Rumus :
Keterangan
ρ =
m = massa zat (kg) atau
(gr)
V = volume zat (m3)
atau (cm3)
Catatan :
1 liter = 1 dm3 = 10-3 m3
ρ air = 1000 kg/m3 = 1 gr /cm3
Soal :
1. Sebuah
gelas berbentuk silinder dapat memuat air teh sebanyak 628 gram di isi sampai setinggi 20 cm.
jika massa jenis teh 1 gr /cm3. Tentukan jari-jari ( radius ) dalam
gelas tersebut adalah…
2. Gelas
kosong mempunyai massa 500 gram. Jika gelas tersebut diisi penuh air massanya
900 gram dan jika di isi zat cair A massanya 800 gram. Tentukan massa jenis zat
cair A.
Massa Jenis Campuran (ρc)
Rumus
:
Soal
:
1. Sebuah logam paduan (alloy) dibuat dari 0,06 kg logam A dengan massa jenis 6000 kg/m3 dan 0,04 kg logam B dengan massa jenis 4000 kg/m3. Hitung massa jenis campuran logam
2.
Logam
campuran A dan B mempunyai ρ = 18 gr/cm3. Jika dianggap bahwa
dalam proses peleburan logam A dan B volume totalnya tidak berubah, berapakah
perbandingan massa logam A dan logam B dalam pencampuran itu ?
massa jenis logam A = 20 gr/cm3
massa jenis logam B = 14 gr/cm3
Tekanan Hidrostatik ( P )
Tekanan
Hidrostatik adalah tekanan yang
dilakukan zat cair pada suatu benda. Besarnya tekanan hidrostatik adalah
besarnya gaya hidrostatik per satuan luas.
Rumus :
Keterangan :
P = tekanan hidrostatik →(Pa) atau
(N/m2) atau dyne/cm2
P0 = tekanan luar tekanan atmosfer →(Pa)
atau (N/m2)
1 atm = 1,013. 105 Pa
ρ
= massa jenis zat cair → (kg/m3) atau (gr/cm3)
h = jarak antara titik
yang dicari tekanannya dengan permukaan zat cair (m) atau (cm)
Soal :
1. Seseorang penyelam Mutiara berusaha mencari Mutiara dilaut yang kedalamannya sekitar 20 m. Penyelam tersebut kemudian menyelam sampai kedalaman 15 m. Jika massa jenis laut 1200 kg/m3 dan g = 10 m/s2. Tekanan hidrostatis yang dirasakan penyelam tersebut adalah...
2. Sebuah bendungan menampung air dengan ketinggian 8 m. Jika Panjang bendungan 50 m, maka besarnya gaya yang dibutuhkan oleh dinding untuk menahan air adalah...
3. Sebuah kolam yang dalamnya 2 meter terisi penuh dengan air yang massa jenisnya 1 gr /cm3. Jika g = 10 m/s2. Hitung tekanan hidrostatik suatu titik yang berada 50 cm di atas dasar kolam.
Hukum-Hukum Dasar Fluida Statis
A.
Hukum
Utama Hidrostatis
Bunyi : Semua titik yang terletak pada
bidang datar yang sama di dalam zat cair yang sejenis akan mempunyai tekanan
yang mutlak yang sama.
Mula – mula fluida dengan massa jenis 1 ( ρ1 ) di masukkan ke pipa U. setelah itu fluida dengan massa jenis 2 ( ρ2 ) di masukkan ke pipa kiri . hasilnya akan terjadi perbedaan ketinggian antara pipa kiri dan pipa kanan
Rumus :
Pmutlak = Ptotal
Ptotal = P0
+ P
Atau
Keterangan :
P = tekanan hidrostatik →(Pa) atau
(N/m2) atau dyne/cm2
P0 = tekanan luar tekanan atmosfer →(Pa)
atau (N/m2)
1 atm = 1,013. 105 Pa
ρ = massa jenis zat cair
→ (kg/m3) atau(gr/cm3)
h = jarak antara titik yang dicari tekanannya
dengan permukaan zat cair (m) atau (cm).
· Hukum-Hukum Dasar Fluida Statis
A.
Hukum
Utama Hidrostatis
Bunyi : Semua titik yang terletak pada
bidang datar yang sama di dalam zat cair yang sejenis akan mempunyai tekanan
yang mutlak yang sama.
Mula – mula fluida
dengan massa jenis 1 ( ρ1 ) di masukkan ke pipa U. setelah itu
fluida dengan massa jenis 2 ( ρ2 ) di masukkan ke pipa kiri .
hasilnya akan terjadi perbedaan ketinggian antara pipa kiri dan pipa kanan
Rumus :
Keterangan:
ρ1= Massa Jenis Fluida 1 (Kg/m3)
atau (gr/cm3)
ρ2= Massa Jenis Fluida 2
(Kg/m3) atau (gr/cm3)
h1= Ketinggian Fluida 1
(m) atau (cm)
h2=
Ketinggian Fluida 2 (m) atau (cm)
Soal :
1.
Zat
cair (1) adalah air. Berdasarkan perbedaan tinggi permukaaan pada bejana
berhubungan ini, maka massa jenis zat cair (2) adalah...
2.
Untuk
mengetahui massa jenis minyak digunakan pipa U. Mula-mula pipa U diisi dengan
air raksa yang massa jenisnya 13,6 gr/cm3. Kemudian kedalam kaki
pipa U dituangkan air setinggi 8,8 cm dan dituangkan lagi minyak setinggi 40
cm, ternyata selisih tinggi air raksa pada kedua kaki pipa U 3 cm. Berapakah
massa jenis minyak tersebut.
A.
Hukum
Pascal
Bunyi : Tekanan yang diberikan zat cair
pada ruangan tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.
Rumus :
Keterangan :
F1= gaya pada pipa penampang 1
(N) atau (dyne)
F2= gaya pada pipa penampang 2
(N) atau (dyne)
A1=Luas
penampang 1 (m2) atau (cm2)
A2=
Luas penampang 2 (m2) atau (cm2)
A
r = jari-jari luas
penampang lingkaran (m) atau (cm)
Alat-alat yang bekerja
berdasarkan hukum pascal
1.
Alat
pengepres hidrolik
2.
Alat
pengangkat mobil
3.
Dongkrak
hidrolik
4.
Rem
hidrolik
1.Sebuah
pengangkat hidrolik bekerja berdasarkan tekanan air dari gambar. Tentukan
besarnya F yang dibutuhkan untuk mengangkat sebuah mobil yang massanya 1200 kg.
Jika g = 10 m/s2, A1 = 20 cm2, A2 =
400 cm2.
2. Piston A yang luas penampangnya 2000 cm2. Diberi beban 800 kg, luas penampang piston B 40 cm2. Zat cair yang digunakan adalah oli dengan ρ = 0,78 gr/cm3 dan g = 10 m/s2. Berapakah F agar system seimbang seperti pada gambar.
3. Sebuah wadah terbuka berbentuk silinder vertical berdiameter 28 cm mendukung sebuah penghisap yang massanya 44 kg dan g = 10 m/s2. tentukan tekanan mutlak yang bekerja pada udara dalam wadah tersebut .
Po = tekanan luar =
1 atm ( atmosfer )
1 atm = 1,01 . 105
Pa
bila belum faham simak video berikut ini :
A.
Hukum
Archimedes
Bunyi
: gaya apung yang bekerja pada sebuah benda yang dibenamkan sama dengan berat
fluida yang dipindahkan
Contoh : kapal selam,
balon udara dll
1. Terapung
Syarat mengapung :
ρb < ρf
Gaya apung / gaya
angkat / gaya Archimedes Fa
Fa = ρf Vbf g
Berat benda ketika
berada di udara :
wu = mb
g
wu
= ρb Vb g
Rumus
:
Catatan
:
Vb
= Vbm + Vbf
hb
= hbm + hbf
Keterangan
:
wu = berat benda diudara (N) atau (dyne)
Fa = gaya apung (N) atau (dyne)
𝛒f =
massa jenis fluida (Kg/m3) atau (gr/cm3)
ρb =
massa jenis benda (Kg/m3) atau (gr/cm3)
mb = massa benda (kg) atau (gr)
Vb = volume benda (m3)
dan (cm3)
Vbf = volume benda tercelup (cm3)
atau (m3)
Vbm = volume benda muncul (cm3) atau
(m3)
hbf = tinggi benda tercelup (m) atau (cm)
hbm = tinggi benda muncul (m) atau (cm)
Soal
1.
Sebuah
benda terapung diatas bejana berisi zat cair dengan massa jenis 1200 kg/m3.
Jika bagian benda yang ada di udara 20 % dari volume benda yang seharusnya maka
massa jenis benda adalah...
2. Sebuah balok kayu yang volumenya 10-3 m3, muncul 0,4 bagian Ketika dimasukkan ke dalam air yang mempunyai massa jenis 103 kg m-3. Jika g= 10 m/s2. Besar gaya ke atas yang dialami benda adalah
3.
Jika ρair = 1000 kg/m3 dan ρminyak = 800 kg/m3.
Tentukan
4.
Benda
berbentuk balok di masukkan ke cairan x yang massa jenisnya 800 kg/m3 maka ¼ bagian muncul diatas permukaan.
Berapa bagian balok tersebut muncul di permukaan jika diganti cairan y yang
massa jenisnya 1200 kg/m3
5.
Sebuah
benda di masukkan zat cair 1 terapung dengan 3/4 bagian
volume benda berada di atas permukaan air. Tetapi Ketika di masukkan zat cair 2 terapung
dengan ¼ bagian volume benda berada di atas permukaan air. Tentukan perbandingan massa jenis zat cair 1 dengan massa jenis zat cair 2.
bila belum faham simak video berikut ini :
2. Melayang
Syarat
melayang
ρf Vbf g = ρb Vb g
ρf
Vbf = ρb Vb
karena seluruh benda ada di dalam air maka Vbf = Vb
maka :
ρf = ρb
Contoh Soal
1.
Jika
ρair = 1000 kg/m3 dan ρminyak
= 800 kg/m3.Tentukan massa jenis benda
2.
Dari
gambar disamping
3. Tenggelam
Syarat Tenggelam :
ρb > ρf
Rumus
ini tidak berlaku :
Rumus
:
Fa
= wu - wsemu
wu = ρb Vb g
Fa = ρf Vb g ( karena benda tercelup seluruhnya ke dalam air )
Mencari ρb :
Contoh
Soal :
1.
Pada
saat ditimbang diudara, berat sebuah benda 0,6 N. Jika dicelupkan kedalam air
beratnya menjadi 0,4 N. Jika massa jenis air 980 kg/m3. Tentukan
massa jenis benda tersebut.
2.
Sebuah
bola tembaga yang volumenya 200 cm3 ketika di udara beratnya 10 N
dan ketika berada di dalam zat cair beratnya 8,2 N. Apabila g = 10 m/s2.,
maka berapakah massa jenis zat cair tersebut.
3. Sebuah benda mempunyai berat 80 N. benda kemudian dicelupkan ke dalam oli yang massa jenisnya 0,78 gram / cm3.beratnya tinggal 64 N. Apabila g = 10 m/s2.
Tentukan :
a.
Gaya
arcimedes atau gaya angkat benda
b.
Volume
benda
c. Massa jenis benda.
4.
Sebuah
batu memiliki berat 150 N. Saat di timbang di air beratnya menjadi 120 N dan
saat ditimbang di dalam suatu fluida beratnya menjadi 110 N. Tentukan massa
jenis fluida tersebut.
Tegangan Permukaan ( 𝛔
)
Tegangan Permukaan
adalah gaya selaput permukaan tiap satuan Panjang yang arahnya tegak lurus pada
salah satu sisi sebuah garis yang terletak dipermukaan tersebut.
Contoh :
-
Silet
yang terapung dipermukaan air
-
Mencuci
baju memakai air sadah (air yang mengandung kapur / air sadah)
-
dll
Rumus :
Jika benda berbentuk
jarum :
Jika benda berbentuk
huruf U
Keterangan :
γ = Tegangan permukaan (N/m)
F = gaya(N)
ι=
Panjang benda / Panjang kawat geser (m)
w1= berat benda 1 (N)
w2= berat
benda 2 (N)
Soal
1. Kawat berbentuk U dicelupkan ke dalam air sabun pada suhu 200C. Kawat geser mempunyai Panjang 10 cm dengan massa 0,25 gr dan massa beban yang ditambahkan juga 0,25 gr. Berapakah tegangan permukaannya (g = 10 m/s2)
VISKOSITAS
FLUIDA (KEKENTALAN FLUIDA)
Ada 2 macam fluida :
1.
Fluida
ideal
2.
Fluida
sejati
Sifat fluida ideal :
- Tidak kompressible :
volumenya tidak bisa dimampatkan
- Ketika fluida bergerak
tidak mempunyai gesekan dan alirannya stasioner/ aliran laminar
Sifat fluida sejati :
- Kompressible : bisa dimampatkan
- Mempunyai viskositas
artinya mengalami gesekan Ketika mengalir dan alirannya tidak stasioner aliran
turbulen
· Hukum Stokes
Bunyi : bola logam
berjari-jari r bergerak dengan laju tetap v dalam fluida yang mempunyai
koefisien viskositas η akan mengalami gaya gesekan sebesar
Keterangan
:
Fg
= gaya gesek fluida / gaya stokes (N)
Fa
= gaya apung/ gaya ke atas benda ( N )
η= koefisien viskositas (Nsm-2)
ν = kelajuan bola (m/s)
r
= jari-jari bola (m)
Vb
= volume bola = 4/3 πr3 (cm3)
ρb = massa jenis bola (kg/m3)
ρf = massa jenis zat cair (kg/m3)
Soal
1.
Sebuah
bola logam mempunyai jari-jari 2 cm, ρb = 4 gr/cm3.
Jatuh bebas didalam bak berisi air yang mempunyai koefisien viskositas 103
NSm-2. Jika massa jenis air 1 gr/cm3 dan percepatan
gravitasi bumi 10 m/s2. Tentukan kecepatan akhir yang mungkin dari bola.
KAPILARITAS
Kapilaritas adalah
gejala turun/naiknya zat cair dalam pipa sempit
Kapilaritas tergantung
pada adhesi dan kohesi
Adhesi : gaya Tarik
menarik antara molekul yang tidak sejenis
Kohesi : gaya Tarik
menarik antara molekul yang sejenis
Contoh kapilaritas
dalam kehidupan sehari-hari :
· Sumbu kompor
· Meresapnya air ke akar
tanaman
· Rusaknya dinding tembok
bagian bawah akibat air tanah merembes ke dinding tersebut
· dll
Rumus :
Keterangan :
θ=
sudut sentuh (0)
ρ=
massa jenis zat cair (kg/m3)
γ=
tegangan permukaan (N/m)
y = kenaikan/penurunan
zat cair dalam pipa (m)
Soal
1.
Sebuah
pipa kapiler yang sangat bersih dicelupkan tegak lurus ke dalam air, maka air
naik setinggi 2,92 cm. Apabila tegangan air 73.10-3 N/m dan massa jenis air =103
kg/m3 . Berapakah jari-jari pipa kapiler itu?
Soal-soal kerjakan :
1.
Sebuah gelas berbentuk silinder dapat memuat air teh sebanyak 942
gram di isi sampai setinggi 30 cm. jika
massa jenis teh 1 gr /cm3. Tentukan jari-jari ( radius ) dalam gelas
tersebut adalah…
2.
Gelas kosong mempunyai massa 600 gram. Jika gelas tersebut diisi
penuh air massanya 800 gram dan jika di isi zat cair A massanya 700 gram.
Tentukan massa jenis zat cair A.
3.
Sebuah
logam paduan (alloy) dibuat dari 0,8 kg logam A dengan massa jenis 8000 kg/m3 dan 0,2 kg logam B
dengan massa jenis 5000 kg/m3 . Hitung massa jenis campuran logam!
4. Logam campuran A dan B mempunyai ρ = 20 gr /cm3. Jika dianggap bahwa dalam proses peleburan logam A dan B volume totalnya tidak berubah, berapakah perbandingan massa logam A dan logam B dalam pencampuran itu ?
massa jenis logam
A =
24 gr /cm3
massa jenis logam B = 18 gr /cm3
5.
Seseorang penyelam Mutiara berusaha mencari Mutiara di laut yang
kedalamannya sekitar 10 m. Penyelam tersebut kemudian menyelam sampai kedalaman
8 m. Jika massa jenis laut 1200 kg/m3 dan g = 10 m/s2. Tekanan hidrostatis yang dirasakan penyelam tersebut adalah...
6.
Sebuah
kolam yang dalamnya 4 meter terisi penuh dengan air yang massa jenisnya 1 gr /cm3. Jika g = 10 m/s2. Hitung tekanan
hidrostatik suatu titik yang berada 80 cm di atas dasar kolam.
7.
Zat
cair (1) adalah air. Berdasarkan perbedaan tinggi permukaaan pada bejana
berhubungan ini, maka massa jenis zat cair (2) adalah...
8.
Untuk mengetahui massa jenis minyak digunakan pipa U.
Mula-mula pipa U diisi dengan air raksa yang massa jenisnya 13,6 gr/cm3.
Kemudian kedalam kaki pipa U dituangkan air setinggi 28,9 cm dan dituangkan
lagi minyak setinggi 30 cm, ternyata selisih tinggi air raksa pada kedua kaki
pipa U 4 cm. Berapakah massa jenis minyak tersebut.
9.
Sebuah pengangkat hidrolik bekerja berdasarkan tekanan air dari
gambar. Tentukan besarnya F yang dibutuhkan untuk mengangkat sebuah mobil yang
massanya 1200 kg. Jika g = 10 m/s2, A1 = 20 cm2, A2 = 400 cm2.
10. Piston
A yang luas penampangnya 200 cm2. Diberi beban 500 kg, luas
penampang piston B 40 cm2. Zat cair yang digunakan adalah oli dengan
ρ = 0,78 gr/cm3 dan g = 10 m/s2. Berapakah F agar system seimbang seperti pada gambar.
11.Sebuah wadah terbuka
berbentuk silinder vertical berdiameter 14 cm mendukung sebuah penghisap yang
massanya 308 kg dan g = 10 m/s2.
tentukan tekanan mutlak yang bekerja pada udara dalam wadah tersebut .
Po = tekanan luar = 1
atm ( atmosfer )
1 atm = 1,01 . 105 Pa
12. Sebuah
benda terapung diatas bejana berisi zat cair dengan massa jenis 1200 kg/m3.
Jika bagian benda yang ada di udara 40 % dari volume benda yang seharusnya maka
massa jenis benda adalah...
13.Sebuah
balok kayu yang volumenya 10-2 m3, muncul 0,2 bagian Ketika dimasukkan ke dalam air
yang mempunyai massa jenis 103 kg m-3. Jika g= 10 m/s2. Besar gaya ke atas yang dialami benda adalah
14. Jika ρair =
1000 kg/m3 dan ρminyak = 800 kg/m3.
Tentukan (massa jenis benda)
15. Benda
berbentuk balok di masukkan ke cairan x yang massa jenisnya 900 kg/m3 maka
1/5 bagian muncul diatas permukaan. Berapa bagian balok tersebut muncul di
permukaan jika diganti cairan y yang massa jenisnya 1200 kg/m3
16. Sebuah
benda di masukkan zat cair 1 terapung dengan 3/5 bagian volume benda
berada di atas permukaan air. Tetapi Ketika di masukkan zat cair 2 terapung
dengan ¼ bagian volume benda berada di atas permukaan air. Tentukan
perbandingan massa jenis zat cair 1 dengan massa jenis zat cair 2.
17.Jika ρair = 1000 kg/m3 dan
ρminyak = 800 kg/m3.Tentukan massa jenis benda
18.Dari
gambar disamping = 1 gr/cm3 dan massa jenis minyak 0,8 gr/cm3.
Kubus kayu memiliki Panjang sisi 20 cm dan 10% volumenya berada di dalam air.
Massa kayu tersebut adalah...
19.Pada saat
ditimbang diudara, berat sebuah benda 0,8 N. Jika dicelupkan kedalam air
beratnya menjadi 0,6 N. Jika massa jenis air 990 kg/m3. Tentukan massa jenis benda tersebut.
20.sebuah bola tembaga yang volumenya 100 cm3 ketika di
udara beratnya 12 N dan ketika berada di dalam zat cair beratnya 9 N. Apabila g
= 10 m/s2., maka berapakah massa jenis zat cair tersebut.
21. Sebuah
benda mempunyai berat 90 N. benda kemudian dicelupkan ke dalam oli yang
massa jenisnya 0,78 gram / cm3.beratnya tinggal 75 N. Apabila
g = 10 m/s2.
Tentukan :
a. Gaya
arcimedes atau gaya angkat benda
b. Volume
benda
c. Massa
jenis benda.
22.Sebuah batu memiliki berat 180 N. Saat
di timbang di air beratnya menjadi 160 N dan saat ditimbang di dalam suatu
fluida beratnya menjadi 120 N. Tentukan massa jenis fluida tersebut.
23.Kawat berbentuk U dicelupkan ke dalam air sabun pada suhu 200C. Kawat geser mempunyai Panjang 20 cm dengan massa 0,4 gr
dan massa beban yang ditambahkan juga 0,6 gr. Berapakah tegangan permukaannya
(g = 10 m/s2)
24.Sebuah pipa kapiler
yang sangat bersih dicelupkan ke dalam air, maka air naik setinggi 4,38 cm.
sudut kontak antara pipa kapiler dengan air sebesar 600. Apabila tegangan air 73.10-3 N/m
dan massa jenis air =103 kg/m3 .
Berapakah jari-jari pipa kapiler itu?
Playtech - New Zealand's #1 supplier of gaming equipment
ReplyDeletePlaytech, an innovator of 바카라 software and services for online gaming gri-go.com and iGaming products, have partnered casinosites.one with supplier Casino. https://febcasino.com/review/merit-casino/