FLUIDA

[FLUIDA Kelas XI]

KATA PENGANTAR  Assalamualaikum Wr. Wb. Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia dan hidayah-Nya, kami dapat menyus menyusun un Makala Makalah h bidang bidang ilmu ilmu Fisika. Fisika. Makala Makalahl hl yang yang disusu disusun n ini menggu menggunak nakan an pendek pendekatan atan  pembelajaran berdasarkan kompetensi kompetensi bahan ajar. Makalah ini di buat untuk memenuhi memenuhi tugas fisika. Terdiri Terdiri dari uraian materi mengenai Fluida.kami ucapkan ucapkan terimakasih terimakasih kepada semua semua orang yang telah membantu membantu kami, tanpa mereka makalah ini tidak dapat tersusun. Semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk semuanya . Wassalamuaikum Wr.Wb.

Penyusun

1

[FLUIDA Kelas XI] FLUIDA 1. Pengertian Fluida

Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Fluida mencakup zat cair dan gas, karena zat cair seperti air  atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir  sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Contoh dalam kehidupan sehari-hari. Ketika mandi, pasti membutuhkan air. Untuk sampai ke bak   penampung, air dialirkan baik dari mata air atau disedot dari sumur. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu dan sebagainya. Semuanya zat cair itu dapat kita kelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. zat gas juga dapat mengalir  dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Zat padat tidak dapat digolongkan ke dalam fluida karena zat padat tidak  dapat mengalir. Batu atau besi tidak dapat mengalir seperti air atau udara. Hal ini dikarenakan zat  pada t cenderung tegar dan mempertahankan bentuknya sedangkan fluida tidak mempertahankan  bentuknya tetapi mengalir. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Setiap hari kita menghirupnya, meminumnya dan bahkan terapung atau teggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara udara terban terbang g melalu melaluiny inya, a, kapal kapal laut laut mengap mengapun ung g di atasn atasnya; ya; demikia demikian n juga juga kapal kapal selam selam dapat dapat mengapung atau melayang di dalamnya.

Fluida Statis (Fluida tak mengalir)

Fluida Fluida Dinamis (Fluida Mengalir)

Fluida statis adalah ketika fluida yang sedang diam pada keadaan setimbang. Jadi kita meninjau fluida ketika tidak sedang bergerak. Pada Fluida Dinamis, kita akan meninjau fluida ketika bergerak.

A. Fluida Statis Fluida statis adalah fluida tak mengalir, misalnya zat cair yang ada di dalam bak atau gas dalam wadah wadah tertut tertutup. up. Fluida Fluida memilik memilikii sifatsifat-sif sifat at terten tertentu, tu, dianta diantaran ranya ya dapat dapat member memberikan ikan tekana tekanan n hidrostatis, dapat memberikan gaya ke atas, memiliki tegangan permukaan, selalu memberika tekanan

2

[FLUIDA Kelas XI] ke segala arah, dan sebagainya. Penerapan dalam kehidupan sehari-hari misalnya udara sebagai fluida memberi gaya ke atas (gaya Archimedes) pada pesawat zeppelin.

A.1 Tekanan

Tekanan (p) didefinisikan sebagai gayayang bekerja tegak lurus (F) pada suatu bidang  benda per satuan luas bidang itu. Secara matematis tekanan dapat dinyatakan dengan persamaan  berikut :

P = tekanan, F = gaya dan A = luas permukaan. Satuan gaya (F) adalah Newton (N), satuan luas adalah meter persegi (m 2). Karena tekanan adalah gaya per satuan luas maka satuan tekanan adalah  N/m2. Nama lain dari N/m 2 adalah pascal (Pa).

Satuan tekanan pascal atau N/m 2 merupakan satuan tekanan dalam SI. Dalam pengukuran cuaca, masih digunakan satuan tekanan lain, yaitu atmosfer (atm), cm-raksa (cmHg), dan milibar (mb)

1 mb = 10 -3 bar, sedangkan 1 bar = i0 5 Pa 1 atm = 76 cmHg = 1,01x10 5 Pa = 1,01 bar 

Ketika fluida berada dalam keadaan tenang, fluida memberikan gaya yang tegak lurus ke seluruh  permukaan kontaknya. Misalnya 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 alias fluida yang sedang diam. Gaya per satuan luas ini dikenal dengan istilah tekanan. Mengapa pada fluida diam arah gaya selalu tegak lurus permukaan? INGAT Hukum III Newton mengata mengatakan kan bahwa bahwa jika jika ada gaya gaya aksi aksi maka maka akan akan ada gaya gaya reaks reaksii yang yang besarn besarnya ya sama sama tetapi tetapi  berlawanan arah. Ketika fluida memberikan gaya aksi terhadap permukaan, di mana arah gaya tidak  tegak lurus, maka permukaan akan memberikan gaya reaksi yang arahnya juga tidak tegak lurus. Hal ini ini akan akan meny menyeb ebab abkan kan flui fluida da meng mengal alir ir.. Tapi Tapi keny kenyat ataan aanny nyaa khan khan flui fluida da teta tetap p diam diam.. Jadi Jadi kesimpulannya, pada fluida diam, arah gaya selalu tegak lurus permukaan wadah yang ditempatinya.

3

[FLUIDA Kelas XI] A.2 Tekanan Hidrostatis

Fluida yang berada dalam suatu wadah memiliki gaya berat akibat pengaruh gravitasi bumi. Gaya  berat fluida menimbulkan tekanan. Tekanan dalam fluida tak mengalir, yang di akibatkan oleh adanya gaya gravitasi ini, disebut tekanan hidrostatis. Misalnya, sebuah bak berisi air yang beratnya m.g, mempunyai luas penampang A dan tinggi (kedalaman) air diukur dari permukaannya adalah h, maka  besarnya tekanan hidrostatis di titik S yang berada berada di dasar bak dapat dirumuskan dirumuskan sebagai berikut:  p = F/A …………………………………………. …………………………………… ……. (*) Massa air dalam bak : m =  p.V  p.V V = volume air dalam bak  = luas alas x tinggi = A.h Sehingga m = p =  p.A.h .A.h ……………………………….(**) Dengan mensubtitusikan persamaan (**) ke persamaa (*) akan diperoleh :  p = p = p.A.h.g .A.h.g / A p = p = p.g.h .g.h

dengan :  p = tekanan hidrostatis (N/m2)  p = massa jenis zat cair (kg/m 3) g = percepatan gravitasi bumi (m/s 2) h = kedalam air diukur dari permukaannya ke titik yang diberi tekanan (m) Apabila tekanan udara di luar ikut diperhitungkan, maka besarnya tekanan pada titikT yang berada  pada kedalaman h di dalam fluida dapat dirumuskan: dirumuskan:

4

[FLUIDA Kelas XI] pT = po + pgh  pgh

dengan :  po = tekanan udara luar   pgh  pgh = tekanan hidrostatis  pT = tekanan di titik T Pengaruh kedalaman terhadap Tekanan

Tekanan akan bertambah jika kedalam nya bertambah. Tekanan air pada sebuah wadah sebagaimana tampak pada gambar. Tinggi kolom cairan adalah h dan luas penampangnya A. Bagaimana tekanan air di dasar wadah ?

Keterangan : w adalah berat air, h = ketinggian kolom air dalam wadah yang berbentuk silinder, A = luas permukaan dan P adalah tekanan. Massa kolom zat cair adalah :

Jika kita masukan ke dalam persamaan Tekanan, maka akan diperoleh :

5

[FLUIDA Kelas XI]

 Pa = tekanan atmosfir . Pada gambar di atas tidak digambarkan Pa, tapi dalam kenyataannya, bila wadah yang berisi air terbuka maka pada permukaan air bekerja juga tekanan atmosfir yang arahnya ke bawah. Tergantung permukaan wadah terbuka ke mana. Jika permukaan wadah terbuka ke atas seperti pada gambar di atas, maka arah tekanan atmosfir adalah ke bawah. Berdasarkan persamaan di atas, tampak bahwa tekanan berbanding lurus dengan massa jenis dan kedalaman zat cair  (percepatan gravitasi bernilai tetap). Jika kedalaman zat cair makin bertambah, maka tekanan juga makin besar. Ingat bahwa cairan hampir tidak termapatkan akibat adanya berat cairan di atasnya, sehingga massa jenis cairan bernilai konstan di setiap permukaan. Jika perbedaan keting ketinggia gian n sangat sangat besar besar (untuk (untuk laut laut yang yang sangat sangat dalam) dalam),, massa massa jenis jenis sediki sedikitt berbed berbeda. a. Tapi Tapi jika jika  perbedaan ketinggian tidak terlalu besar, pada dasarnya massa jenis zat cair sama (atau perbedaanya sangat kecil sehingga diabaikan). Kita juga bisa menggunakan persamaan di atas untuk menghitung perbedaan tekanan pada setiap kedalaman yang berbeda.

CONTOH SOAL

1. Terdapat 2 buah balok yang mempunyai berat sama yaitu 100 N, dan luas penampang nya masingmasing 4 m 2 dan 8 m 2. Keduanya terletak diatas lantai. a. Hitung tekanan yang diberikan masing-masing balok pada lantai!  b. Mengapa tekanan balok 1 dan balok 2 berbeda, padahal beratnya sama? c. Buatlah kesimpulan hubungan antara tekanan dengan gaya dan tekanan dengan luas bidang! Penyelesaian : Gaya berat balok = gaya tekan F

6

[FLUIDA Kelas XI] w 1 = w2 = F A1 = 4 m 2 A2 = 8 m 2 a.

teka tekana nan n yang yang dibe diberi riak akn n masi masing ng-m -mas asin ing g balo balok. k. Balok 1  p = F/A = 100 N / 4 m 2 = 25 Pa Balok 2  p = F/A = 100 N / 8 m 2 = 12,5 Pa Tekanan n pada pada lantai lantai oleh oleh balok balok 1 berbed berbedaa dengan dengan tekana tekanan n oleh oleh balok balok 2. perbed perbedaan aan ini  b. Tekana disebabkan oleh luas bidang tekan balok 1 lebih kecil daripada luas bidang tekan balok 2, sehingga p1 > p2. c.

Tekanan Tekanan berbanding berbanding lurus lurus dengan dengan gaya tekan. tekan. Bila Bila gaya tekan tekan diperbesa diperbesarr dengan dengan luas bidang bidang tekan tekan teta tetap p maka maka tekan tekanan an juga juga akan akan memb membes esar ar,, demi demiki kian an pula pula seba sebali likn knya ya.. Teka Tekana nan n  berbanding terbalik dengan luas bidang bidang tekan (A). Bila A diperbesar dengan dengan

d. F=tetap F=tetap maka maka tekanan tekanan akan mengecil, mengecil, demikian demikian pula sebalikya. sebalikya. 2. Kapal Kapal selam selam berada berada pada kedalam kedalaman an 50 m di bawah bawah permuka permukaan an laut. Bila Bila diketahu diketahuii massa massa jenis jenis air  laut 1,03 x 10 3 kg/m3 dan tekanan udara di atas permukaan laut 10 5 Pa, berapa tekanan hidrostatis yang dialami kapal selam tersebut (g = 10 m/s 2). Penyelesaian h = 50 m  p = 1,03 x 10 3 kg/m3  po = 105 Pa  p=?

7

[FLUIDA Kelas XI]  p = po + pgh  pgh = 105 + (1,03 x 10 3)(10)(50) = 105 + (5,15 x 10 5) = 6,15 x 10 5 Pa Jadi, besarnya tekanan hidrostatis yang dialami kapal selam tersebut adalah 6,15 x 10 5 Pa. 3. sebuah kursi yang massa nya 6 kg, memiliki 4 kaki yang luas penampangnya masing-masing 1 x 10-3 m2. Tentukan tekanan kursi terhadap lantai, jika (g = 10 m/s 2) Penyelesaian m = 6 kg A = 4 x 1 x 10 -3 m2 = 4 x 10 -3 m2 g = 10 m/s 2  p??  p = F/A = m.g / A = 6 kg.10 m/s 2 / 0,004 m2 = 15.000 Nm 2 = 15 x 10 3 Nm2 Jadi, tekanan tekanan kursi terhadap lantai adalah 15 x 10 3 Nm2

A.3 HUKUM ARCHIMRDES

8

[FLUIDA Kelas XI]

BIOGRAFI 287 SM - 212 212 SM) SM) Ia bela belaja jarr di kota kota Archimedes dari Syracusa (sekitar  287 Alexandria, Alexandria, Mesir. Pada waktu itu yang menjadi menjadi raja di Sirakusa adalah Hieron II, sahab sahabat at Arch Archime imede des. s. Arch Archime imede dess send sendiri iri adala adalah h seor seorang ang matematikawan, matematikawan, astronom, astronom, filsuf , fisikawan, fisikawan, dan dan insinyur  berbangsa Yunani. Yunani. Ia dibu dibunu nuh h oleh oleh seorang prajurit Romawi pada penjarahan kota Syracusa, meskipun ada perintah dari jendral Romawi, Marcellus bahwa ia tak boleh dilukai. Sebagian sejarahwan matematika memandang Archimedes sebagai salah satu matematikawan terbesar  sejarah, mungkin bersama-sama Newto bersama-sama Newton n dan Gauss Archimedes mendapatkan suatu prinsip sebagai berikut.  Apabila suatu benda dicelupkan dicelupkan ke dalam cairan (seluruhnya atau sebagian), benda itu mengalami gaya ke atas sebesar berat cairan yang  dipindahkannya (hukum Archimedes). Apabila sebuah benda dicelupkan ke dalam cairan, seperti ditunjukkan dalam gambar 5, total gaya ke atas atau gaya angkat, dilakukan pada benda. Akibat gaya ini terdapat perbedaan tekanan pada bagian  bawah dan bagian atas benda. Selama tekanan ini tergantung pada kedalaman cairan, dengan mudah dapat kita hitung gaya ke atas untuk sederhana, antara lain untuk balok tegar di mana salah satu  permukaannya horizontal.

Gambar 5. Gaya-gaya yang dialami benda di dalam cairan. Benda yang bentuknya sembarang, agak sulit kita menentukan tekanan karena bervariasinya titik-titik   permukaan benda. Untuk itu prinsip Archimedes sangat membantu. Andaikan benda dikeluarkan dari dalam cairan akan menggantikan tempat benda sebanyak tempat yang tadinya ditempati oleh benda. Jika volume tempat benda itu telah diisi oleh cairan, ini menunjukkan bahwa adanya keseimbangan gaya yang terjadi terjadi antar cairan penyelubung penyelubung dengan bagian bagian cairan yang menggantikan menggantikan tempat benda benda tersebut. Jadi gaya netto yang arahnya ke atas adalah sama dengan m1 g, di mana m1 adalah massa cairan yang mengisi volume yang ditinggalkan oleh benda. Sekarang kita tinggalkan pengandaian tadi dengan benda sesungguhnya yang massanya mo. Cairan mestilah melakukan kontak dengan setiap titik pada permukaan benda yang memberikan gaya-gaya sama di mana-mana. Gaya ini mestilah sama dengan gaya penopang cairan yang volumenya adalah sama. Gaya ini adalah gaya angkat (ke atas) yang besar. Fb = mf .g .g = ρf.V.g (persamaan 5)

Keterangan

:

Fb

: gaya ke atas atau gaya Archimedes (N)

mf 

: massa fluida (Kg)

g

: gaya grafitasi (m/s 2)

9

[FLUIDA Kelas XI] ρf 

: massa jenis fluida yang di pindahkan (Kg/m 3)

V

: volume fluida yang di pindahkan (m 3)

Catatan: >Hukum Archimides berlaku untuk semua fluida (zat cair dan gas) > Vbf adalah volume benda yang tercelup dalam fluida, j ika benda tercelup seluruhnya, maka Vbf = volume benda. Dan jika benda tercelup sebagian maka Vbf = volume benda yang tercelup dalam fluida saja, untuk kasus ini Vbf < volume benda.

Di

mana mf  adalah massa cairan yang dipindahkan oleh benda yang tercelup ke dalam cairan adalah kerapatan cairan. Gaya angkat ini arahnya vertikal ke atas. Hubungan massa jenis benda dengan massa jenis fluida Untuk benda yang tercelup seluruhnya dalam fluida, maka dapat dirumuskan hubungan massa jenis antara benda ( p b) dengan fluida (pf), sebagai berikut: P b W Pf Fa (persamaan a)

Persamaan 5 dinamakan Prinsip Archimedes y ang dikemukakan oleh Archimedes pada tahun 250 SM. Jika SM. Jika gaya gaya ke atas atas lebih kecil daripada daripada berat berat benda benda yang yang dicelupkan, dicelupkan, mala benda benda itu akan tenggelam. Jika berat benda lebih kecil daripada gaya ke atas, benda itu akan terapung. Dapat di uraikan: 1. Mengapung

Jika benda dicelupkan seluruhnya kedalam fluida (air), maka gaya apung (tekanan keatas, Fa) lebih  besar dari berat benda W (Fa > W). Tetapi jika benda dalam keadaan bebas benda akan naik keatas, sehingga benda muncul sebagian ke permukaan air, karena berat benda lebih kecil dari gaya apung (Fa > W). Ini adalah konsep mengapung. Syarat pada peristiwa benda mengapung adalah: >Volume benda yang tercelup kedalam fluida/ volume fluida yang dipindahkan benda lebih kecil dari volume benda (Vbf< Vb). > Massa jenis rata-rata benda lebih kecil dari pada massa jenis fluida. ( p b < pf). 2. Melayang

Jika benda dicelupkan seluruhnya kedalam fluida (air), maka gaya apung (tekanan keatas, Fa) sama dengan berat benda W (Fa > W). Tetapi jika benda dalam keadaan bebas benda akan naik keatas, sehingga benda berada pada pada posisi antara dasar wadah air dan p ermukaan air, karena berat benda sama dengan gaya apung (Fa = W). Syarat pada peristiwa benda melayang adalah: >Volume fluida yang dipindahkan oleh benda sama dengan volume benda (Vbf = Vb). >Massa jenis rata-rata benda sama dengan massa jenis fluida. ( p b = pf). 3. Tenggelam

10

[FLUIDA Kelas XI] Jika benda dicelupkan seluruhnya kedalam fluida (air), maka gaya apung (tekanan keatas, Fa) lebih kecil dari berat benda W (Fa < W). Sehingga benda bergerak kebawah menuju dasar wadah air. Ini adalah konsep tenggelam. Syarat pada peristiwa benda melayang adalah: > Volume fluida yang dipindahkan oleh benda lebih besar volume benda (Vbf > Vb). >Massa jenis rata-rata benda lebih besar massa jenis fluida. ( p b > pf). Hubungan massa jenis benda dengan massa jenis fluida Untuk benda yang tercelup seluruhnya dalam fluida, maka dapat dirumuskan hubungan massa jenis antara benda ( p b) dengan fluida (pf), sebagai berikut: W P b Fa (persamaan a) Pf

CONTOH SOAL

1. Tinjau sebuah balok berbentuk kubus dengan sisi 0,1 m digantung vertikal dengan tali yang ringan (massanya dapat diabaikan), tentukan gaya apung yang dialami oleh balok tersebut, jika: j ika: a. Dicelupkan setengah bagian dalam air ( p= 1.000 kg/m3)  b. Dicelupkan seluruhnya kedalam minyak minyak ( p= 800 kg/m3 ) Diketahui: Massa jenis air: p= 1.000 kg/m 3 Massa jenis minyak: p= 800 kg/m 3 Volume balok: Vb = 0,1 m x 0,1 m x 0,1 m = 10 -3 m3. Percepatan gravitasi bumi: g = 9,8 m/s 2 Jawab : (a) Gaya tekan keatas/gaya apung Fa oleh fluida air: Fa = mf . g = ρf.V.g (persamaan 5) = 1.000 kg/m 3 . (10-3 m3.: 2). 9,8 m/s 2 = 49N

(b) (b)

Gaya Gaya tek tekan an kea keata tas/ s/ga gaya ya apu apung ng Fa Fa ole oleh h flui fluida da miny minyak ak::

Fa = mf . g = ρf.V.g (persamaan 5) = 800 kg/m3.10-3 m3. 9,8 m/s 2 = 7,84 N

2. Tinjau sebuah benda, sebelum dimasukkan ke dalam fluida benda ditimbang dengan neraca  pegas dan diperoleh berat benda 60,5 N. Tetapi ketika benda dimasukan kedalam air ( Pf = 1000 kg/m3) neraca pegas menunjukkan angka 56,4 N. Tentukan massa jenis benda tersebut. Diketahui: Massa jenis air: Pf  = 1.000 kg/m 3 Wbu = 60,5 N Wbf = 56,4 N Jawab : P b W

11

[FLUIDA Kelas XI] Fa (persamaan a) Pf  P b = (W:Fa).Pf  = (W bu:[W bu.W bf ]). ]). Pf  = (60,5 N:[ 60,5 N. 56,4 N]. 1.000 kg/m 3 = 4100 kg/m 3

Penerapan Hukum Archimedes dalam bidang teknik adalah sebagai berikut. a) Kran otomatis pada penampungan air 

Jika di rumah kita menggunakan mesin pompa air, maka dapat kita lihat  bahwa tangki penampungnya harus diletakkan pada ketinggian tertentu. Tujuannya adalah agar diperoleh tekanan besar untuk mengalirkan air. Dalam tangki tersebut terdapat pelampung yang berfungsi sebagai kran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga ia akan bergerak  naik naik seirin seiring g dengan dengan keting ketinggian gian air. air. Ketika Ketika air kosong kosong,, pelamp pelampun ung g akan akan membuk membukaa kran kran untuk  untuk  mengalirkan air. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampung akan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis kran tertutup. b) Kapal selam

Pada Pada kapal kapal selam selam terdapa terdapatt tangki tangki yang yang jika jika di darat darat ia terisi terisi udara udara sehingga ia dapat mengapung di permukaan air. Ketika kapal dimasukkan ke dalam air, tangki ini akan terisi air sehingga kapal dapat menyelam.

c) Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini berbentuk  tabung tabung yang berisi pemberat dan ruang ruang udara sehingga sehingga akan terapung terapung tegak dan stabil seketika. seketika. Hidrometer bekerja sesuai dengan prinsip Archimedes.

A.4 Hukum A.4 Hukum Pascal   Bunyi Hukum Hukum Pascal  Pascal 

"Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak  bertambah atau berkurang kekuatannya".

12

[FLUIDA Kelas XI]  Penurunan  Penurun an Rumus Rumus

 Penemu Hukum Pascal  Pascal 

 Pascal disimbolka disimbolkan n dengan Pa satuan turunan SI  untuk tekanan atau tegangan. Satuan ini dinamakan menurut nama Blaise Pascal, seorang  matematikawan, fisikawan dan filsuf Perancis. • 1 Pa  – = 1 N/m² N/m² = 1 (kg•m/s²)/m² (kg•m/s²)/m² = 1 kg/m•s²  kg/m•s²   – = 0,01 millibar   – = 0,00001 0,00001 bar  bar  Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tert te rtut utup up di dite teru rusk skan an ke se sega gala la ar arah ah da dan n sa sama ma be besa sar. r.Ai Air  r  menyembur dari setiap lubang kantong plastik dengan jarak  yang sama. Semak Semakin in kuat kantong plastik ditekan, semakin cepat semburan airnya begitu sebaliknya. Dengan demikian kitaa dap kit dapat at men menyimp yimpulk ulkan an bahwa tekanan tekanan diterus diteruskan kan ke segala arah dengan sama besar.

 Blaise Pascal (1623-1 (1623-1662) 662) bera be rasa sall da dari ri Pe Pera ranc ncis is.. Mi Mina nat  t  utamanya ialah filsafat dan agama,  sedangkan  sedangka n hobinya yang lain adalah matematik matematika a dan geometri  proyektif. Ilmuwan dan filsuf   Perancis Blaise Pascal (1623 1662 M) me mema mang ng se seja jak k ke keci cill su suda dah h menunjukkan bakatnya sebagai ahli mate ma temat matik ik ya yang ng di dise sega gani ni,, pa paka kar  r  dalam bahasa Peran anccis serta diken dik enal al seb sebaga agaii fil filsuf suf bes besar ar yan yang g relijius Blaise Pascal terlahir di Clermont Ferrran Fe and d pada 19 June 1623. Ayahnya Etienne Pascal, penasehat kerajaan kera jaan yang kemu kemudian dian diang diangkat kat seba se baga gaii pr pres esid iden en or orga gani nisa sasi si th thee Court Cou rt of Aid Aidss di kot kotaa Cle Clermo rmont. nt. Ibun Ib unya ya wa wafa fatt sa saat at ia be beru rusi siaa 3 tahu ta hun, n, me meni ning ngga galk lkan an ia da dan n du duaa saudar sau daraa per peremp empuan uannya nya,, Gilb Gilber erte te dan Jac Jacque quelin line.P e.Pada ada tah tahun un 16 1631 31 kelu ke luar arg gan anya ya pi pin nda dah h ke Pa Pari ris. s.

Bebera Bebe rapa pa al alat at ya yang ng  bekerja berdasarkan hukum huk um Pas Pascal cal ada adalah lah dongkrak hidrolik, rem hid hidrol rolik ik dan alat  pengangkat mobil.

13

[FLUIDA Kelas XI]

b. Bejana Berhubungan  Hukum Bejana Bejana Berhubun Berhubungan gan

Bejana berh Bejana berhubung ubungan an adalah rangkaian rangkaian beber beberapa apa bejan bejanaa yang bagian atasnya terbuka dan  bagian bawahnya dihubungkan satu sama lain. Jika ke dalam bejana itu diisi air maka akan terlihat  bahwa permukaan air dalam bejana yang diam selalu terletak pada bidang datar. Begitu pula bila  bejana dimiringkan, permukaan airnya akan tetap dalam satu bidang datar. Prinsip kerja bejana  berhubungan dapat diterapkan dalam kehidupan seharihari. Beberapa penerapannya dapat ditemui  pada cerek atau tekopermukaan air dalam mulut teko sama tinggi dengan permukaan air pada bagian  bawah tutup teko,tangki air, waterpass atau sifat datar dari selang air yang digunakan oleh tukang  bangunan. Hukum bejana berhubungan tidak berlaku untuk zat cair yang tidak sejenis, misalnya diisi air dan air raksa. Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk huruf U. Bila  pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama,  berarti mengikuti hukum bejana berhubungan. Alat yang digunakan oleh para tukang bangunan untuk  mendapatkan sifat datar juga menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat tersebut dinamakan water pas. Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari yang pemanfaatannya menggunakan hukum bejana  berhubungan akan bermanfaat sekali untuk mendapatkan sifat datar. Bunyi hukum bejana  berhubungan yaitu “Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejana-bejana itu terletak pada sebuh bidang mendatar”. Hukum  bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler di salah satu bejana, dan tidak berlaku  pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis jenis zat cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U dituangkan zat cair yang berbeda (massa  jenisnya berbeda dengan massa jenis zat cair yang sudah ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua  permukaan zat cair di kedua mulut pipa U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis diperoleh dari membandingkan gaya berat zat cair dengan luas penampang yang diderita. Jadi p = w/A = m.g/A m.g/A =ρ. V.g/A =ρ. A.h.g/A =ρ.g.h.

Dengan demikian pada kedua kaki pipa U berlaku tekanan hidrostatis yang sama.

14

[FLUIDA Kelas XI] p1 =p2 ρ1gh1= ρ2gh2 Tekanan hidro Tekanan hidrostati statiss ditem ditemukan ukan di kedal kedalaman aman tertentu dari permukaan zat cair. Misalnya seseorang menyelam di laut, makin dalam ia menyelam makin besar pula tekanan hidrostatis yang dirasakannya. Besar tekanan hidrostatis yang diderita penyelam ditentukan sebagai berikut.  p =ρ.g.h Sedangkan tekanan total yang dialami oleh penyelam adalah sebagai berikut.  p = p0 +ρ.g.h Dimana p0 adalah tekanan Dimana tekanan udara luar d perm permukaan ukaan laut tepat tepat di tas penyelam itu berada. berada. Tekanan hidrostatis akan sama besarnya pada kedalaman yang sama dalam zat cair cai r yang sejenis.

Gambar Gambar1 1 pada pada kedalaman kedalaman yang sama tekanan hidrostatis  bernilai sama asal zat cair   sejenis

CONTOH SOAL 1.Sebuah 1.Sebu ah beb beban an aka akan n dia diang ngkat kat den dengan gan men menggu ggunak nakan an don dongkr gkrak ak hid hidrol rolik. ik. Mas Massa sa beb beban an 64 ton dile di leta takk kkan an di at atas as pe pena namp mpan ang g A se selu luas as 0, 0,5 5 m2 m2.. Be Bera rapak pakah ah ga gaya ya ya yang ng ha haru russ di dibe beri rika kan n pa pada da  penampang B (luasnya 11/88kali 11/88kali penampang A) agar beban dapat terangkat? Penyelesaian: Diketahui: A1=0,5m2 A2= 1/8 A1 g = 10 m/s2 Fi = w = m . g = 64000 kg x 10 = 640.000 N Ditanyakan: F2 = ….? Jawab: f1/f2 = f2/A2 640000/A1 = F2/1/8 A1 F2 = 1/8 x 640000 = 80.000 N

15

[FLUIDA Kelas XI] CONTOH SOAL 1. Ke dalam kaki 1 pipa U dimasukkan cairan setinggi 32 cm dan ke dalam kaki 2 dimasukkan raksa dengan massa jenis 13,6 gr/cm3. Ketinggian bidang batas adalah 1,4 cm. Berapakah massa jenis cairantersebut? Penyelesaian: Diketahui: 32 cm h2 = 1,4 cm  p2 = 13,6 gr/cm3 Ditanyakan: p1 = ….? Jawab: pt . g . h1 = p2g.h2  p1.10. 32= 13,6 . 10 .1,4 .1,4 pl = 0,595 gr/cm3

B. Flui Fluida da Dina Dinami miss B.1 Fluida ideal

Dalam kenyataannya, kenyataannya, tidak ada fluida fluida ideal. ideal. Tetapi untuk menyederhan menyederhanakan akan pembahasan pembahasan fluida mengalir, kita perlu mengambil anggapan adanya fluida ideal ini. Fluida ideal memiliki ciri-ciri aliran sebagai berikut: a. Tida Tidak k komp kompre resi sibe bel, l, arti artiny nyaa tida tidak k meng mengal alam amii peru peruba baha han n volu volume me akib akibat at adan adanya ya teka tekana nan n (dimampatkan).  b. Tak kental (nonviscous), artinya artinya fluida tersebut mengalir tanpa mengalami gesekanakibat gesekanakibat sifat kekentalannya (viskositas). Baik gesekan antara partikel fluida dengan tempatnya maupun gesekan antar partikel fluida. c.

Alirannya Alirannya stasioner stasioner (tenang/ko (tenang/konstan nstan), ), artinya artinya aliran fluida fluida yang jejak antarpar antarpartikeltikel-partik partikelnya elnya mengikuti garis alir tertentu atau lintasan tertentu.

d. Tidak berotasi (laminar), yaitu aliran fluida dengan garis arus yang tidak berpotongan ataupun memutar.

B.2 Viskositas (kekentalan)

Setiap kali kita memikirkan zat cair, bayangan yang terbentuk dalam pikiran kita adalah zat yang sangat sangat cair. Kenyataannya, Kenyataannya, zat cair yang berbeda memiliki tingkat tingkat viskositas viskositas (kekentalan) (kekentalan) yang berbeda. Kekentalan ter/aspal, gliserin, minyak zaitun, dan asam sulfat, sangat bervariasi. Dan jika kita bandingkan zat-zat cair tersebut dengan air, perbedaannya menjadi lebih jelas. Air 10 juta kali lebih cair daripada aspal, 1.000 kali lebih cair daripada gliserin, 100 kali lebih cair daripada minyak  zaitun, dan 25 kali lebih cair daripada asam sulfat.

16

[FLUIDA Kelas XI]

Viskositas (kekentalan) dapat pula dianggap sebagai gesekan pada bagian dalam suatu fluida. Setiap fluida sejati, baik zat cair maupun gas, memiliki viskositas. Hal itulah yang menyebabkan apabila suatu suatu fluida fluida akan akan digera digerakan kan atau atau dialir dialirkan kan,, harusl haruslah ah dikerj dikerjaka akan n gaya gaya untuk untuk melawa melawan n geseka gesekan n (keken (kekental talan) an) fluida fluida itu. itu. Zat cair cair lebih lebih ketal ketal daripa daripada da gas, gas, sehing sehingga ga untuk untuk mengal mengalirk irkan an zat cair diperlukan gaya yang lebih besar dibandingkan dingan gaya yang diberikan untuk mengalirkan gas. Bila massa jenis suatu bola lebih besar dari massa jenis suatu fluida dan jari-jarinya jari-jarinya r , dimasukkan kedalam suatu fluida (misalkan zat cair), maka bola tersebut akan jatuh dipercepat, sampai suatu saat kecepatannya maksimum (V maks). maks). Pada kecepatan tersebut, benda akan bergerak beraturan karena gaya beratnya sudah diimbangi oleh

F w

gaya gesek fluida. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir  atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Semakin besar koefisien keke kekent ntal alan an suat suatu u flui fluida da maka maka sema semakin kin besa besarr gaya gaya gese gesek k yang yang ditimbulkan oleh fluida.

Rumus viskositas Fs = gaya gesek pada fluida 6 η = angka kekentalan (viskositas) v = kecepatan

-

Fs = 6 .η.v

Kecepatan terminal

Kecepatan terminal dialami oleh benda yang bergerak dalam keadaan setimbang pada fluida kental. Misalkan sebuah kelereng(berbentuk bola) denagn masajenis dan jari jari r di jatuhkan bebas pada fluida kental kental denagn denagn masaa jenis dan koefisien koefisien viskositas viskositas . Setelah Setelah benda benda dilepas, dilepas, benda benda akan  bergerak dengan kecepatan konstan. Pada gambar menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola yakni:

Fa = gaya Archimedes Fs = gaya Stokes, dan

 Fa

 Fs

W =m.g  =m.g (gaya (gaya berat benda). Ini berarti pada bola berlaku hubungan berikut:

17

w

[FLUIDA Kelas XI]

Oleh karena benda berbentuk bola maka

Jadi:

Dengan:

Jadi Jadi,, kec kecep epat atan an term termin inal al adal adalah ah kece kecepa pata tan n ben benda da saat saat berg berger erak ak dala dalam m kea keada daan an seti setimb mban ang g(

)

CONTOH SOAL 1. Sebuah ke kelereng de dengan ga garis te tengah 2 cm da dari ba bahan de dengan ma massa jenis 2, 2,7

.

Kelereng dijatuhkan pada tabung kaca berisi oli dengan massa jenis 800 viskositas oli

. Bila koefisien

, tentukanlah kecepatan terminal yang dicapai kelereng tersebut! ( )

Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

2. Sebu Sebuah ah bola bola dim dimas asuk ukan an keda kedala lam m sebu sebuah ah flu fluid ida a deng dengan an jar jarii-ja jari ri 4cm 4cm.. kecep kecepata atan nb bola ola terseb tersebut ut 3,15 3,15 . Berap Berapaka akah hg gaya aya gesek gesek yang yang timb timbul ul? ?

18

[FLUIDA Kelas XI] Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

B.3 Garis alir

Ada dua macam aliran fluida yaitu aliran garis lurus dan aliran turbulen. Aliran yang paling sederhana ialah aliran garis lurus. Aliran garis lurus adalah aliran yang mengikuti mengikuti suatu garis ( lurus lurus atau lengkung lengkung ) yang jelas ujung pangkalnya pangkalnya . aliran aliran turbulen turbulen ditandai oleh oleh adanya adanya aliran aliran berput berputar. ar. Adanya Adanya partik partikelel- partik partikel el yang yang arah arah gerakn geraknya ya berbed berbeda, a, bahkan bahkan  berlawanan dengan arah gerak fluida. aliran turbulen biasanya terjadi pada kecepatan air yang tinggi dengan kekentalan yang relatif tinggi serta memiliki dimensi linear yang tinggi, sehingga terdapat kecenderungan berolak selama pengalirannya. B.4 Debit aliran dan laju fluida

Fluida mengalir dalam suatu pipa yang luas penampangnya A dengan kecepatan v. pada suatu saat, penampung fluida A berada di P dan setelah t detik penampang tiu pindah sejauh vt ke Q. Volume air yang mengalir dalam waktu t detik ( dari P ke Q ) .yaitu : V = A . v. t Debit merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat ditampung dalam suatu tempat tiap satu satuan waktu tertentu. Satuan debit pada umumnya mengacu pada satuan volume dan satuan waktu. Apabila Q menyatakan debit air dan v menyatakan volume air, sedangkan t adalah selang waktu tertentu mengalirnya air tersebut, maka hubungan antara ketiganya dapat dinyatakan sebagai berikut: Q=

=

Q = A .v

Dengan : A = luas penampang pipa ( m 2) v = kecepatan atau laju fluida ( m/s ) Q = debit aliran ( m 3/s 0) suatu pipa terbuka yang luas penampang ujung kiri adalah A 1 dan dan meng mengal alir ir air air deng dengan an kece kecepa pata tan n V 1, selanj selanjutn utnya ya air  mengalir melalui pipa kanan yang memiliki luas penampang

19

[FLUIDA Kelas XI] A2 dengan kecepatan pengaliran adalah V 2, maka berdasarkan sifat yang telah dikemukakan di depan akan berlaku hukum kekekalan massa, yakni bahwa selama pengaliran tidak ada fluida yang hilang, maka selama t detik akan berlaku persamaan: A1 V1 g t = A 2 V2 g tA1 A1V1

= A2 V2

Persamaan Kontinuitas

sebagai konsekuensi aliran semacam ini adalah bahwa kecepatan pengaliran air akan terbesar pada suatu tempat yang memiliki luas penampang terkecil. Di sini volume air yang mengalir V = A v tJadi selama selama t detik besarnya besarnya debit air yang dapat keluar keluar adalah Q =

=

→ Q = A .v

Aliran Aliran air dalam dalam suatu suatu tabung tabung akan akan bergan bergantun tung g pada pada tinggi tingginya nya permuk permukaan aan air di dalam dalam tabung tabung tersebut dan luas penampang lubang yang terdapat dalam tabung. Hal ini berarti bahwa debit air yang mengali mengalirr dalam dalam tabung tabung akan akan bergan bergantun tung g pada pada keting ketinggian gian permuk permukaan aan air dalam dalam tabun tabung g dan luas luas  penampangnya. Gambar di bawah ini memperlihatkan bahwa tabung dengan ketinggian permukaan air yang sama tingginya tetapi luas lubang pengaliran berbeda. Selanjutnya air dibiarkan mengalir  dalam waktu yang sama. CONTOH SOAL memiliki kapasit kapasitas as 2 . Debit Debit air air PAM yang mengalir mengalir ke rumah rumah 10 10 1. Sebuah bak kamar mandi memiliki liter/sekon. Berapa lama bak mandi akan penuh? Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

kamar mandi berukuran berukuran (30x8x4) (30x8x4) 2. Sebuah bak kamar lamakah bak kamar mandi akan terisi penuh? Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

20

diisi air dengan dengan debit 50 liter/se liter/sekon. kon. Berapa

[FLUIDA Kelas XI] 3. Kecepatan air pada pipa berdiameter 6 cm adalah 2,4

. Berapakah kecepatan air pada

 pipa yang berhubungan dan berdiameter berdiameter 3 cm? Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

B.5 Persamaan asas Bernoulli

Asas Bernoulli Bernoulli dinyatakan dinyatakan secara kuantitatif kuantitatif dalam bentuk bentuk persamaan, persamaan, yang di sebut sebut persamaan persamaan  bernouli . persamaan ini adalah hubungan antara tekanan, kecepatan dan tinggi – rendah ( letak )  berbagai titik pada aliran fluida. Berdasarkan hokum kekekalan energy dan persamaan kontinuitas, dapat di turunkan paersamaaan Bernoulli sebagai berikut :     

 p1 dan p2 A1 dan A2 L1 dan L2 v1 da dan v2 h1 da dan h2

= tekanan di titik (1) dan (2) = lu luas pen penampa ampan ng dib dibag agia ian n (1 (1) dan dan (2) (2) = jarak yang ang dite itempuh puh (1) = ke kecepatan di di ti titik (1 (1) da dan (2) = ke ketinggian te tempat (1 (1) dan (2 (2)

Usaha (W) yang dilakukan untuk mendorong fluida sama dengan perubahan energy mekanik (Em) fluida. W = ∆E m W = ∆E p + ∆Ek  W1 = F1 .s1 = P1 . A1 .s1 = P1 . V 1

W2 = -F2 .s2 = -P2 . A2 . s2 = -P2 . V2

Wt = W 1 + W 2 = P1 . V1 - P2 . V2 . . . . . . . . . . . . ① ∆Ep = Ep2 – Ep1 E p1 = m.g .h 1

E p2 = m .g.h2

∆ E p = m. g. ( h 1 - h2 )

21

[FLUIDA Kelas XI] = ρ . v .g ( h 1 –h2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . ② ∆ Ek = Ek2 – Ek1 Ek1 =

. m . V 12

Ek2 =

∆ Ek = =

. m . V 22

m ( V22 – V12 ) ρ . v ( V22 – V12 ) . . . . . . . . . . . . . ③

Jadi persamaan Bernoulli ; W = ∆E p + ∆Ek  P1 . V2 – P2 . V2 = ρ . v .g ( h 1 –h2 ) + P1 – P2 = ρ . g ( h1 – h2 ) +

ρ . v ( V22 – V12 )

ρ ( V 22 – V12 )

persamaan bernoulli

B.6 Penerapan Prinsip dan Persamaan Bernoulli

a. Menentukan keceptan dan debit semburan air pada tangki bocor Salah satu penggunaan persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan zat cair yang keluar dari dasar sebuah wadah (lihat gambar di bawah)

Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2 (permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (v 1 = 0). Permukaan Permukaan wadah dan permukaan permukaan lubang/kran lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfir (P 1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah :

Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka persamaan ini kita oprek lagi menjadi :

22

[FLUIDA Kelas XI]

Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa laju aliran air pada lubang yang berjarak h dari permukaan wadah sama dengan laju aliran air yang jatuh bebas sejauh h (bandingkan Gerak jatuh Bebas) Ini dikenal dengan Teorema Torricceli (kecepatan dan debit semburan air pada tangki bocor). CONTOH SOAL 1. Sebuah bejana bejana berisi berisi penuh penuh air setinggi setinggi 3,25 m. m. pada ketingg ketinggian ian 2 m dari dari dasar bejana bejana terdapat pancuran. Tentukanlah berapa besar kecepatan air keluar pancuran! Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

 b. Tabung Venturi Selain debit semburan air pada tangki bocor, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus khusus lain lain yakni yakni ketika ketika fluida fluida mengal mengalir ir dalam dalam bagian bagian pipa yang yang keting ketinggian giannya nya hampir hampir sama sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini, amati gambar di bawah.

Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar  maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berubah menjadi :

23

[FLUIDA Kelas XI]

Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A 2), maka laju fluida bertambah (ingat  persamaan kontinuitas kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar. Ini dikenal dengan julukan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar. 1. Venturi me meter Penerapan menarik dari efek venturi adalah Venturi Meter. Alat ini dipakai untuk mengukur laju aliran fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Terdapat 2  jenis venturi meter, yakni venturi meter tanpa manometer dan venturi meter yang menggunakan manometer yang berisi cairan lain, seperti air raksa. 2. Ventur Venturii meter meter tanpa tanpa manome manometer ter

Gambar di bawah menunjukkan sebuah venturi meter yang digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair dalam pipa.

Amati gambar di atas. Ketika zat cair melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A 2), laju cairan meningkat. Menurut prinsipnya Bernoulli, jika laju cairan meningkat, maka tekanan cairan menjadi kecil. Jadi tekanan zat cair pada penampang besar  lebih besar  dari tekanan zat cair pada  penampang kecil (P 1 > P 2). Sebaliknya v2 > v 1. Sekarang kita oprek persamaan yang digunakan untuk  menentukan laju aliran zat cair pada pipa di atas. Kita gunakan persamaan efek venturi yang telah diturunkan sebelumnya.

Pada persamaan ini, kita hendak mencari laju aliran zat cair di penampang besar (v 1). Kita gantikan v 2  pada persamaan 1 dengan v2 pada persamaan 2.

24

[FLUIDA Kelas XI]

Dalam pokok bahasan Tekanan Pada Fluida, gurumuda sudah menjelaskan bahwa untuk menghitung tekanan fluida pada suatu kedalaman tertentu, kita bisa menggunakan persamaan :

Jika perbedaan massa jenis fluida sangat kecil, maka kita bisa menggunakan persamaan ini untuk  menent menentuka ukan n perbed perbedaan aan tekana tekanan n pada pada keting ketinggian gian yang yang berbed berbedaa (kalau (kalau bingun bingung, g, baca kembali kembali  pembahasan  pembahasan mengenai Tekanan Tekanan Dalam Fluida — Fluida Statis). Statis) . Dengan demikian,  persamaan  persamaan a bisa kita oprek menjadi :

Karena zat cair-nya sama maka massa jenisnya juga pasti sama. Kita lenyapkan rho dari persamaan…

25

[FLUIDA Kelas XI]

Persamaan ini kita gunakan untuk menentukan laju zat cair yang mengalir dalam pipa. Dalam bidang kedokteran, telah dirancang juga venturi meter yang digunakan untuk mengukur laju aliran darah dalam arteri. CONTOH SOAL 1. Sebuah venturimeter tanpa manometer, penampang masuk cairan garis tengahnya 30 cm dan

 penampang keluaran cairan garis tengahnya 15 cm. Bila perbedaan tinggi antara kolom raksa 23 cm, berapakah kecepatan aliran saat masuk manometer? Diketahui:

Ditanyakan: Jawab:

c. Tabung Pitot

Tabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran gas / udara. Perhatikan gambar di bawah… Lubang pada titik 1 sejajar dengan aliran udara. Posisi kedua lubang ini dibuat cukup jauh dari ujung tabung pitot, sehingga laju dan tekanan udara di luar lubang sama seperti laju dan tekanan udara yang mengalir mengalir bebas. Dalam hal ini, v 1 = laju aliran udara yang mengalir bebas (ini yang akan kita ukur), dan tekanan pada kaki kiri manometer (pipa bagian kiri) = tekanan udara yang mengalir bebas (P 1).

26

[FLUIDA Kelas XI]

Lubang yang menuju ke kaki kanan manometer, tegak lurus dengan aliran udara. Karenanya, laju aliran udara yang lewat di lubang ini (bagian tengah) berkurang dan udara berhenti ketika tiba di titik  2. Dalam hal ini, v 2 = 0. Tekanan Tekanan pada kaki kanan manometer manometer sama dengan dengan tekanan udara di titik 2 (P2). Ketinggian titik 1 dan titik 2 hampir sama (perbedaannya tidak terlalu besar) sehingga bisa diabaikan. Ingat ya, tabung pitot juga dirancang menggunakan prinsip efek venturi. Mirip seperti si venturi meter, bedanya si tabung petot ini dipakai untuk mengukur laju gas alias udara. Karenanya, kita tetap menggunakan persamaan efek venturi. Sekarang kita oprek p ersamaannya :

Perbedaan tekanan (P 2 – P1) = tekanan hidrostatis zat cair dalam manometer (warna hitam dalam manometer adalah zat cair, air raksa misalnya). Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Perhatikan persamaan 1 dan persamaan 2. Ruas kiri-nya sama (P 2 – P1). Karenanya persamaan 1 dan 2  bisa dioprek menjadi seperti ini :

27

[FLUIDA Kelas XI]

Persamaan ini digunakan untuk menghitung laju aliran gas atau udara menggunakan tabung pitot. d. Peny Penyem empr prot ot Par Parfu fum m

Prinsip kerja penyemprot parfum juga menggunakan prinsip Bernoulli. Perhatikan gambar di bawah.

Secara garis besar, prinsip kerja penyemprot parfum bisa digambarkan seperti berikut. Ketika bola karet diremas, udara yang ada di dalam bola karet meluncur keluar melalui pipa 1. Karenanya, udara dalam pipa 1 mempunyai mempunyai laju yang lebih tinggi. tinggi. Karena Karena laju udara tinggi, maka tekanan udara pada  pipa 1 menjadi rendah. Sebaliknya, udara dalam pipa 2 mempunyai laju yang lebih rendah. Tekanan udara dalam pipa 2 lebih tinggi. Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika si cairan parfum tiba di pipa 1, udara yang meluncur dari dalam bola karet mendorongnya keluar, si cairan parfum akhirnya menyembur membasahi tubuh. Biasanya lubang berukuran kecil, sehingga parfum meluncur dengan cepat (persamaan kontinuitas= apabila apabila luas penampang penampang kecil, kecil, maka fluida bergerak bergerak lebih cepat. Sebaliknya, Sebaliknya, kalau luas penampang penampang  pipa besar, maka fluida bergerak pelan). pelan). e. Gaya Gaya angk angkat at Pesa Pesawa watt

Salah Salah satu satu faktor faktor yang yang menyeb menyebabk abkan an pesawa pesawatt bisa bisa terban terbang g adalah adalah adanya adanya sayap. sayap. Bentuk Bentuk sayap sayap  pesawat melengkung dan bagian depannya lebih tebal daripada bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti ini dinamakan aerofoil. Ide ini ditiru dari sayap burung. Bentuk sayap burung juga seperti itu (sayap (sayap burung burung meleng melengkun kung g dan bagian bagian depann depannya ya lebih lebih tebal) tebal).. Perbed Perbedany anya, a, sayap sayap burun burung g bisa bisa dikepakkan, sedangkan sayap pesawat tidak. Burung bisa terbang karena ia mengepakkan sayapnya, sehingga ada aliran udara yang melewati kedua sisi sayap. Agar udara bisa mengalir pada kedua sisi

28

[FLUIDA Kelas XI]

saya sayap p pesa pesawa wat, t, maka maka pesa pesawat wat haru haruss dige digera rakk kkan an maju maju.. Manu Manusi siaa meng menggu guna naka kan n mesi mesin n untu untuk  k  menggerakan pesawat (mesin baling-baling atau mesin j et).

Bagian depan sayap dirancang melengkung ke atas. Udara yang ngalir dari bawah berdesak-desakan dengan dengan yang lainnya lainnya yang ada di sebela sebelah h atas. atas. Mirip Mirip sepert sepertii air yang yang mengal mengalir ir dari dari pipa pipa yang yang  berpenampang besar ke pipa yang berpenampang sempit. Akibatnya, laju udara di sebelah atas sayap meningkat. Karena laju udara meningkat, maka tekanan udara menjadi kecil. Sebaliknya, laju aliran udara di sebelah bawah sayap lebih rendah, karena udara tidak berdesak-desakan (tekanan udaranya lebih lebih besar) besar).. Adanya Adanya perbed perbedaan aan tekana tekanan n ini, ini, membua membuatt sayap sayap pesawa pesawatt didoro didorong ng ke atas. atas. Karena Karena sayapnya nempel dengan badan si pesawat, maka si pesawat pun ikut terangkat. Prinsip bernoulli ini hanya salah satu faktor yang menyebabkan pesawat terangkat. Penyebab lain adalah si momentum. Biasanya, sayap pesawat dimiringkan sedikit ke atas. Pernah lihat pesawat? Udara yang mengenai permukaan bawah sayap dibelokkan ke bawah. Karena pesawat punya dua saya sayap, p, yakn yaknii di bagi bagian an kiri kiri dan dan kana kanan, n, maka maka udar udaraa yang yang dibe dibelo lokk kkan an ke bawah bawah tadi tadi sali saling ng  bertumbukan. Perubahan momentum molekul udara yang bertumbukkan menghasilkan gaya angkat tambahan (ingat lagi momentum dan tumbukan).

29