1.
Sifat-sifat fluida
Adapun sifat-sifat fluida adalah: 1)
Zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen.
2)
Pada suhu dan tekanan tertentu memiliki densitas tertentu.
3)
Zat cair merupakan fluida tak mampu mampat, sedangkan gas merupakan fluida mampu mampat.
2.
Konsep takanan
Tekanan merupakan konsep yang tidak asing dalam kajian mekanika. Tekanan memang erat kaitannya dengan konsep gaya. Pada fluida diam, tekanan pada suatu titik dalam fluida disebabkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Tekanan pada fluida dinamakan tekanan hidrostatik. Tekanan pada zat cair bertambah seiring dengan pertambahan kedalaman. Tekanan pada fluida juga bergantung pada kerapatan atau massa jenis fluida. Gambar berikut menunjukkan tekanan hidrostatik dalam fluida.
Gambar diatas menunjukkan sebuah wadah berisi zat cair. Tekanan hidrostatik di sebuah titik pada kedalaman h dinyatakan secara matematis dengan persamaan berikut. p = ρ g h Dimana: ρ = massa jenis (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman zat yang di ukur dari permukaan (m)
Persamaan di atas berlaku bila kita tidak memperhitungkan adanya tekanan udara luar atau tekanan atmosfer yang pada keadaan tertentu dapat diabaikan. Namun demikian pada umumnya tekanan atmosfer juga mempengaruhi tekanan hidrostatik. Ingat bahwa tekanan hidrostatik pada suatu tit ik ditimbulkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik itu, yang berarti juga dipengaruhi oleh tekanan atmosfer. Besar tekanan hidrostatik dengan memperhitungkan adanya tekanan atmosfer secara matematis dituliskan sebagai berikut.
p = p0 + ρ g h Dimana: p0 = tekanan atmosfer (tekanan udara luar) Pada permukaan air laut, takanan atmosfer normal sebesar 1 atm (1,01 x 105 Pa)
Contoh:
Berapa tekanan hidrostatik air (ρ = 1000 kg/m 3) di dasar kolam yang dalamnya 3 meter? (gunakan g = 10 m/s 2 dan abaikan tekanan atmosfer) Penyelesaian: p = ρ g h = (1000 kg/m3) (10 m/s2) (3 m) = 30000 N/m 2 Jadi, takanan hidrostatiknya adalah 30000 N/m 2.
Untuk zat cair tertentu umumnya memiliki kerapatan tertentu, sehingga tekanan hidrostatik hanya dipengaruhi oleh kedalamannya. Tekanan hidrostatik semakin bertambah seiring pertambahan kedalamannya, sehingga desain sebuah dinding bendungan sengaja dibuat semakin ke dasar semakin tebal. Hal ini untuk mengatasi besarnya tekanan hidrostatik di dasar bendungan. Untuk menunjukkan keadaan tekanan hidrostatik pada zat cair dapat digunakan tabung atau gelas plastik yang dibuat beberapa lubang dengan ketinggian berbeda.
Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa semakin ke dasar (ke dalam) posisi zat cair, maka semakin besar tekanan hidrostatik pada posisi tersebut. Hal ini terlihat dari pancaran air melalui lubang yang paling bawah menempuh lintasan yang paling jauh. Tekanan hidrostatik zat cair pada kedalaman yang sama nilainya selalu sama, bagaimanapun bentuk wadahnya. Artinya tekanan hidrostatik dipengaruhi oleh kedalamannya saja, tidak bergantung pada bentuk wadahnya. Pada berikut ditunjukkan zat cair dalam sebuah bejana berhubungan. Tekanan pada permukaan zat cair pada masing-masing kolom bejana berhubungan merupakan tekanan atmosfer sehingga nilainya akan selalu sama. Oleh karena itu tekanan hidrostatik di titik-titik A, B, C, dan D memiliki nilai yang sama karena hanya dipengaruhi oleh kedalaman yang sama, tidak bergantung pada volume atau bentuk setiap kolom bejana berhubungan. Pada tinjauan mengenai gas (udara), hampir sama dengan zat cair, dimana semakin besar ketinggian lapisan udara (semakin tinggi posisinya), tekanan hidrostatiknya semakin rendah.
Tekanan udara di daerah pegunungan cenderung lebih rendah dibandingkan tekanan udara di daerah pantai.
3.
Penerapan statika fluida
Adapun alat untuk mengukur tekanan adalah sebagai berikut : a.
Manometer
Manometer adalah pengukur tekanan fluida pada suatu ruangan tertutup. Manometer merupakan sebuah pipa U yang berisi cairan pengukur. Pada manometer kedua kaki pipa U terbuka.
Persamaan yang akan diperoleh : p dasar = p + ρgx (dikaitkan dengan tekanan dalam ruang tertutup) p dasar = p0 + ρg (h+x) (dikaitkan dengan tekanan udara luar) p + ρgx = p0 + ρg (h+x) (dalam keadaan setimbang) tekanan ruang tertutup adalah : p = p0 + ρgh
b.
barometer
Barometer adalah pengukur tekanan fluida pada suatu ruangan terbuka. Barometer merupakan sebuah pipa U yang berisi cairan pengukur. Pada manometer kedua kaki pipa U tertutup.
Persamaan dari gambar di atas dalam keadaan setimbang adalah : p + ρgx = ρg (h+x) Sehingga diperoleh rumus tekanan absolut yang diukur dengna barometer sebesar : p = ρgh
contoh:
sebuah manometer digunakan untuk mengukur penurunan tekanan sebuah orifis. Zat cair A adalah raksa (gravitas spesifik 60 oF/60 oF = 13,6), sedangkan fluida b adalah larutan garam (gravitas spesifik 60 oF/60 oF = 1,26). Bila tekanan pada taps sama, tinggi permukaan raksa adalah 3 ft (0,914 m) dibawah orifis taps. Pada kondisi operasi, tekanan taps sebelah hulu adalah 2,0 lbf/in 2 (13790 N/m 2) ( gauge) dan pada taps hilir adalah 10 in (254 mm) Hg di bawah tekanan atmosfer. Berapakah pembacaan manometer dalam milimeter?
Penyelesaian: Asumsi tekanan atmosfer = 0 dan g/gc = 1 pa = 2 x 144 = 288 lbf/ft 2 dari lampiran, densitas air pada 60 oF = 62,37 lbf/ft 3 p b = -
10 12
x 13,6 x 62,37 = -707 lb f /ft
pA = 13,6 x 62,37 = 848,2 lb f /ft pB = 1,26 x 62,37 = 78,6 lb f /ft
3
Maka substitusi pada persamaan sehingga, pa - p = b
g gc
R m (ρA - ρB )
288 + 707 = R m 848,2 - 78,6 R m = 1,29 ft 0,393 m
3
2
DAFTAR PUSTAKA
Fishbane, Paul M, et.al. (2005). Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. New Jersey: Pearson Educational Inc. McCabe, Warren L, et al. (1986). Operasi Teknik Kimia (terjemahan). Jakarta: Erlangga. Hewitt, P.G. (2006). Conceptual Physics 10th ed. St. Petersburg: Pearson Educational Edition Serway, R.A & John W. Jewett. (2004). Physics for Scientists and Engineers. Thomson Brooks/Cole.
