Terjemahan Terje mahan Gianc Giancoli oli BAB 10 10 FLUIDA DINAMIS 10-8 Fluida
dalam Gerak dan Persamaan
Kontinuitas Sekarang kita berpindah ke studi tentang fuida yang bergerak, yang disebut fuida dinamis ( khususnya bila fuida yang dimaksud adalah hidrodinamika! Banyak aspek gerak fuida yang masih dipelajari air hidrodinamika! (contohnya turbulansi sebagai mani"estasi kekacauan menjadi berita yang #hangat$ sekarang! Bagaimanapun, dengan asumsi%asumsi yang telah disederhanakan, disederhanakan, kita dapat dapa t mengerti banyak tentang topik ini! &ita bisa membedakan dua jenis utama aliran fuida! 'ika aliran mulus, lapisan%lapisan sebelahnya meluncur satu sama lain dengan mulus, aliran itu disebut aliran lurus atau laminer, dan lintasan tidak saling bersilangan! iatas laju tertentu, aliran menjadi turbulen! Aliran turbulen ditandai dengan lingkaran%lingkaran yg tak menentu, kecil, dan seperti pusaran yang disebut sebagai arus )ddy! )ddy! )ddy menyerap banyak ba nyak energi, dan meskipun ada gesekan internal yang disebut dengan *iskositas, bahkan pada saat aliran laminer, energi tersebut jauh lebih besar ketika aliran berupa turbulen! Sedikit tinta atau +at pearna makanan yang diteteskan ke +at cair akan menentukan apakah itu aliran laminer atau turbulen!
-ari kita lihat aliran laminer suatu fuida yang melalui tabung tertutup atau pipa yang ditunjukkan gambar 10%.0! /ertama, kita tentukan bagaimana laju fuida berubah ketika ukuran tabung diubah! aju aliran massa didenisikan sebagai massa dari fuida yang meleati titik tertentu per satuan aktu!
/ada gambar 10%.0, *olume fuida yang meleati titik 1( yaitu melalui luas A1 dalam aktu dimana adalah jarak yang dilalui fuida dalam aktu &arena kecepatan fuida yang melalui titik 1 adalah llaju alir massa m melalui A1 adalah
imana adalah *olume dengan massa dan adalah massa jenis fuida! Sama, pada titik . (melalui luas A. laju alir adalah &arena tidak ada aliran fuida yang masuk atau keluar dari sisi%sisi, laju alir A1 dan A. harus sama! engan demikian
/ersamaan ini disebut persamaan kontinuitas! 'ika fuida tidak dapat ditekan ( tidak berubah terhadap tekanan merupakan pendekatan yang baik untuk +at cair (dan kadang%kadang juga untuk gas maka dan persamaan kontinuitas menjadi
2asil kali
menyatakan laju aliran *olume (*olume fuida meleati titik per
sekon karena yang dalam satuan S3 adalah /ersamaan 10%4B memberitahukan kita baha penampang lintang besar, kecepatan kecil, dan dimana penampang lintang kecil, kecepatan besar! 3ni dapat dibuktikan dengan memperhatikan sungai! Sebuah aliran sungai mengalir dengan lambat ketika melalui padang rumput, di mata sungai tersebut lebar, tetapi melaju menjadi sangat dekat ketika meleati jurang yang sempit! Aliran darah. i dalam tubuh manusia, darah mengalir dari jantung ke dalam aorta, dan dari situ akan masuk ke arteri utama! ari arteri utama, bercabang lagi ke arteri yang lebih kecil (arteriole, yang bercabang lagi
menjadi sejumlah pembuluh kapiler yang amat kecil!, gambar 10%.1! arah kembali ke jantung melalui *ena! 5adius aorta sekitar 1,. cm, dan laju darah yang meleatinya sekitar 40 cm6s! Tipe pembuluh kapiler biasanya mempunyai radius sekitar dengan laju sekitar dalam tubuh!
dan darah mengalir melaluinya /erkirakan berapa banyak pembuluh kapiler
Pendekatan. &ita perkirakan massa jenis dari darah! -elalui persamaan kontinuitas, laju *olume di aorta harusa sama dengan laju *olume di semua kapiler! Penyelesaian! Biarkan A1 sebagai luas aorta, dan A. sebagai luas dari semua kapiler dimana darah mengalir! &emudian
dimana
adalah perkiraan radius rata%rata pembuluh kapiler! Total luas dari semua kapiler, ditentukan oleh perkalian luas satu kapiler dan jumlah kapiler!
ari persamaan 10%4 kita dapatkan
Atau sekitar 10 billion pembuluh kapiler!
/)5SA-AA7 B)57893 /ernahkah Anda bertanya%tanya bagaimana udara dapat beredar dalam lubang yang dibuat marmot, mengapa asap naik dalam cerobong, atau mengapa bagian atas mobil yang bisa dibuka menggembung ke atas pada saat melaju dengan kecepatan tinggi : Semua ini merupakan contoh dari sebuah prinsip yang ditemukan oleh aniel Bernoulli (1;00%1;<. di aal abad kedelapan belas! /ada intinya, prinsip Bernoulli menyatakan baha di mana kecepatan fuida tinggi, tekanan rendah, dan di mana kecepatan rendah, tekanan tinggi! Sebagai contoh, jika tekanan pada titik 1 dan . pada Gb! 10%1= diukur, akan di temukan baha tekanan pada titik . (lubang besar lebih kecil, sementara kecepatan lebih besar, dari titik 1, di mana kecepatan lebih kecil! &arena jika tekanan pada titik . ( lubang besar lebih tinggi daripada titik 1 (lubang kecil, tekana yang lebih tinggi akan melambatkan fuida, sementara kenyataan fuda tersebut bertambah laju kecepatannya saat mengalir dari titik 1 ke titik .! engan demikian tekanan pada titik . harus lebih kecil dari titik 1, agar konsisten dengan kenyataan baha fuida dipercepat! Bernoulli mengembangkan persamaan yang menyatakan prinsip ini secara kuantitati"! 9ntuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita anggap aliran fuida tetap dan laminar, fuida tersebut tidak bisa dtekan, dan *iskositas cukup kecil sehingga dapat diabaikan! agar berlaku umum, kita anggap fuida mengalir dalam tabung dengan penampang melintang yang tidak sama, yaitu ketinggiannya berubah terhadap suatu tingkat acuan tertentu! &ita akan memperhitungkan banyaknya fuida dan menghitung kerja yang dilakukan untuk memindahkannya dari posisi yang ditunjukkan di (a ke posisi yang digambarkan pada (b! /ada proses ini, "luida pada titik 1 mengalir sejauh >l 1 dan memaksa fuida pada titik . untuk berpindah sejauh >l .! ?luida di sebelah kiri titik memberikan tekanan / 1 pada bagian fuida kita dan melakukan kerja sebesar @1 ?1 >l1 /1A1 >l1!
/ada titik ., kerja yang dilakukan pada fuida tersebut adalah @. %/.A. >l. ada tanda negati" karena gaya yang diberikan pada fuida berlaanan dengan gerak ( dengan demikian fuida melakukan kerja pada fuida di sebelah kanan titik . ! &erja juga melakukan pada fuida oleh gaya gra*itasi! &arena e"ek total proses yang ditunjukkan pada Gb!10%.. adalah memindahkan massa m dari *olume A 1 >l1 A. >l. (karena fuida tidak bisa tertekan dari titik 1 ke titik ., kerja yang dilakukan oleh gra*itasi adalah @C %mg(y .%y1, di mana y1 dan y. adalah ketinggian pusat tabung di atas tingkat acuan tertentu yang sembarang! /erhatikan baha kasus yang ditunjukkan pada Gb!10%.. suku ini negati" karena arah gerakan menuju ke atas melaan gaya gra*itasi! &erja total @ yang dilakukan pada fuida adalah D @ @1 E @. E @C @ /1A1 >l1 F /.A. >l. F mgy. E mgy 1! -enurut prinsip kerja energi (Subbab %C, kerja total yang dilakukan pada sistem sama dengan perubahan kinetiknya! engan demikian 1 2
1 . .
m* %
2
m*1. /1A1 >l1 % /.A. >l. % mgy. E mgy1!
-assa m mempunyai *olume A 1 >l1 A. >l.! Berarti kita bisa mensubtitusikan m ρ
A1 >l1 ρ A. >l., dan juga membagi dengan A 1 >l1 A. >l., untuk
mendapatkan D 1 2
ρv
1 . .
%
2
ρv
/1 F /. % ρgy
. 1
E ρgy
.
1
ynag dapat kita susun ulang untuk mendapatkan 1
/ersamaan Bernoulli D / 1 E
2
ρv
. 1
E
ρgy
1
/. E
1
2
ρv
E ρgy
. .
.
3ni merupakan persamaan Bernoulli! &arena titik 1 dan . dapat berupa dua titik mana saja sepanjang aliran, persamaan Bernoulli dapat dituliskan D
1
/1 E
2
ρv
E ρgy konstan
.
pada setiap titik pada fuida! /ersamaan Bernoulli adalah sebuah bentuk hokum kekekalan energi, karena kita menurunkannya dari prinsip kerja%energi! Contoh 10-12 Aliran dan tekanan pada sistem pemanas air! Air beredar di sebuah rumah pada suatu sistem pemanas air! 'ika air dipompa dengan laju 0,H0 m6s melalui pipa berdiameter 4,0 cm di ruang baah tanah dengan tekanan C,0 atm, berapa laju kecepatan aliran dan tekanan pada pipa berdiameter ., cm di tingkat dua dengan tinggi H,0 m di atasnya: /enyelesaian /ertama kita hitung laju kecepatan aliran di lantai dua, dengan menamakannya * ., dengan menggunakan persamaan kontinuitas, persamaan 10%4! engan memperhitungkan baha luas sebanding dengan kuadrat jari%jari (
A=π r
2
, kita
sebut ruang baah tanah sebagai titik 1 dan didapatkan 0,013 m
*. *1A16A. *1 π r1.6
( 0,020 m )
π r . (0,H0 m6s( .
¿
. ¿ 1,. m6s!
9ntuk mencari tekanan, kita gunakan persamaan BernoulliD /. /1 E
ρ g (y F y E 1 .
1 2
ρ
(*1. F *.. 1
H
.
C
C
.
(C,0 I 10 76m E (1,0 I 10 kg6m (=,< m6s (%H,0 m E
2
(1,0 I 10C
kg6mC((0,H0 m6s. F (1,. m6s . C,0 I 10H 76m. % 4,= I 10476m. %,0 I 10. 76m. .,H I 10H 76m., atau .,H atm! /erhatikan baha suku kecepatan hanya berperan kecil dalam kasus ini!
10%= /enerapan /rinsip Bernoulli D dari Torricelli ke /erahu ayar, Air"oil, dan T3A /ersamaan Bernoulli dapat digunakan pada banyak situasi! Satu contoh adalah untuk menghitung kecepatan +at cair * 1 yang keluar dari kran di dasar bejana air Gb!10%.C! &ita pilih titik . pada persamaan 10%H sebagai permukaan +at cair tersebut! engan menganggap diameter bejana lebih besar jika dibandingkan dengan diameter keran, maka harga * . akan mendekati nol! Titik 1 ( keran dan . ( permukaan terbuka terhadap atmosr sehingga tekanan pada kedua titik sama dengan tekanan atmosr D / 1 /.! 'adi, persamaan Bernoulli menjadi 1 2
ρv
E ρgy
. 1
1
ρgy
.
atau ¿ y
*1
2g¿ √ ¿
.
F
y
(10%
1
Teorema Torricelli 2asil ini disebut teorema Torricelli! -eskipun tampaknya adalah kasus khusus dari persamaan Bernoulli, teorema ini ditemukan satu abad sebelum Bernoulli oleh )*angelista Torricelli, seorang murid Galileo, sehingga namanya digunakan! /ersamaan 10% memberitahu kita baha cairan tersebut meninggalkan keran dengan laju yang sama seperti laju benda yang jatuh bebas dari ketinggian yang sama! 2al ini seharusnya tidak terlalu mengejutkan karena penurunan persamaan Bernoulli beraal dari kekekalan energi! &asus khusus lain dari persamaan Bernoulli muncul saat fuida mengalir tapi tidak ada perubahan ketinggian yang signikan yaitu, y 1 y.! 1
/1 E
2
ρv
1 . 1
/. E
2
ρv
. .
(10%;
2asil ini menunjukkan secara kuantitati" baha bila laju kecepatan fuida tinggi, maka tekanan fuida akan rendah, dan sebaliknya! 2al ini menjelaskan banyak "enomena umum, beberapa di antaranya diilustrasikan pada Gb! 10%.4! Tekanan pada udara yang bertiup dengan laju kecepatan tinggi di atas tabung *ertical penyemprot par"um (Gb!10%.4a lebih kecil daripada tekanan udara normal yang bekerja pada permukaan cairan di dalam botol tersebut! engan demikian,
par"um didorong ke atas tabung karena tekanan yang diperkecil di atasnya! Bola pingpong dapat diapungkan di atas tiupan udara yang kuat (beberapa *acuum cleaner dapat meniupkan udara, Gb! 10%.4b! jika bola mulai meninggalkan tiupan udara, tekanan yang lebih besar pada udara yang diam di luar pancaran (prinsip Bernoulli mendorong bola kembali ke dalam! Sayap pesaat udara dan air"oil lainnya yang bergerak dengan cepat relati" terhadap udara dirancang untuk membelokkan udara sehingga alaupun aliran lurus sebenarnya dipertahankan, aliran tersebut dikumpulkan bersama di atas sayap, Gb! 10%.4c! Sama seperti jalur aliran dikumpulkan bersama pada pipa yang menyempit di mana kecepatannya tinggi (lihat Gb!10%1=, demikian juga aliran di atas sayap menunjukkan baha laju udara lebih besar di atas sayap daripada baahnya! engan demikian tekanan udara di atas sayap lebih kecil daripada dibaahnya dan berarti ada gaya total ke atas, disebut li"t dinamik! /rinsip Bernoulli hanya merupakan satu aspek dari gaya angkat pada sayap! Sayap biasanya dimiringkan sedikit ke atas sehingga udara yang mengenai permukaan baah dibelokkan ke baah perubahan momentum dari molekul%molekul udara yang terpantul menghasilkan gaya ke atas tambahan pada sayap! Turbulensi juga memegang peranan penting! Sebuah perahu layar dapat melaju melaan angin, Gb!10%.4d dan Gb!10%.H, dan e"ek Bernoulli sangat membantu hal ini jika layar diatur sedemikian sehingga kecepatan udara bertambah pada penyempitan antara dua layar! Tekanan atmosr normal di belakang layar utama lebih besar daripada tekanan diperkecil di depannya (yang disebabkan oleh udara yang bergerak cepat pada penyempitan antara layar%layar, dan hal ini mendorong perahu ke depan! &etika melaju melaan angin, layar utama dipasang pada suatu sudut yang kira%kira di tengah%tengah antara arah angin dan sumbu perahu (lunas sebagaimana ditunjukkan pada GB!10% .4d! Gaya total pada layar (angin dan Bernoulli bekerja hampir tegak lurus terhadap layar (? angin! 2al ini akan membuat perahu cenderung bergerak ke samping jika tidak ada lunas yang memanjang *ertical ke baah di baah air, karena air memberikan gaya (? air yang hampir tegak lurus pada lunas! 5esultan kedua gaya ini (?5 hampir lurus ke depan! Tabung *enturi adalah sebuah pipa dengan penyempitan kecil (mirip kerongkongan! Satu contoh tabung *enture adalah kaburator pada mobil, (Gb! 10% .4e! Aliran udara akan semakin cepat ketika meleati penyempitan ini (persamaan 10%4 sehingga tekanan udara akan menjadi kecil! &arena tekanan yang mengecil, bensin pada tekanan atmosr dalam bejana karburator dipaksa memasuki aliran udara dan bercampur dengan udara sebelum memasuki silinder! Tabung *enturi juga merupakan dasar dari *enturi meter, yang digunakan untuk mengukur laju aliran fuida (Gb!10%., mengukur kecepatan aliran dari gas dan +at cair dan bahkan telah dirancang untuk mengukur kecepatan darah dalam arteri!
-engapa asap dapat naik dalam cerobong: Sebagian karena udara panas naik (udara panas memiliki massa jenis lebih kecil dan dengan demikian mudah terapung! Tetapi prinsip Bernoulli juga memainkan peranan! &arena angin bertiup melintasi puncak cerobong asap, tekanan udara di sana lebih kecil dibandingkan tekanan udara di dalam rumah! engan demikian, udara dan asap didorongke atas cerobong! Bahkan pada malam yang tampaknya tenang, biasanya ada cukup aliranudara di atas cerobong untuk membantu aliran asap ke atas! 'ika tikus tanah, marmot, kelinci, dan hean lainnya yang hidup di baah tanah ingin menghindari sesak napas, udara harus beredar pada liang%liang mereka! iang%liang selalu dibuat paling tidak memiliki dua tempat keluar masuk (Gb!10%.;! aju aliran uadara melalui lubang%lubang yang berbeda biasanya sedikit berbeda! 2al ini mengakibatkan sedikit perbedaan tekanan udara, yang memaksa adanya aliran udara melalui liang ala Bernoulli! Aliran udara diperkuat jika satu lubang lebih tinggi dari yang lain (dan seringkali dibuat oleh hean%hean tersebut karena laju angin cenderung bertambah terhadap ketinggian! alam kedokteran, satu dari banyak penerapan prinsip Bernoulli adalah penjelasan T3A, transient ischemic attack (artinya, aliran darah ke otak berhenti sebentar, yang disebabkan oleh subclavian steal syndrome. 8rang yang menderita T3A biasanya mengalami gejala seperti pusing, pandangan berbayang, sakit kepala, dan lemah pada tungkai dan lengan! T3A dapat terjadi sbb! arah biasanya mengalir ke atas menuju otak di belakang kepala melalui . arteri *ertebral%masing%masing naik dari satu sisi leher%yang bertemu untuk membentuk arteri basilar persis di baah otak (Gb!10%.<! Arteri *ertebral keluar dari arteri subcla*ian, seperti digambarkan, sebelum memasuki lengan! &etika sebuah lengan dilatih dengan giat, aliran darah meningkat untuk memenuhi kebutuhan otot lengan! Bagaimanapun, jika arteri subcla*ian pada satu sisi tubuh terhalang sebagian, oleh arteri sclerosis, maka kecepatan darah harus lebih tinggi pada sisi tersebut untuk memenuhi kebutuhan darah! (3ngat persamaaan kontinuitasD luas yang kecil berarti kecepatan yang lebih besar untuk laju alir yang sama (persamaan 10%4! &ecepatan aliran darah yang bertambah melalui jalan masuk ke arteri *ertebral mengakibatkan tekanan yang lebih rendah (prinsip Bernoulli! engan demikian, naiknya darah ke arteri *ertebral pada sisi yang #bagus$ dengan tekanan yang normal dapat dialihkan ke baah ke dalam arteri *ertebral yang lainnya karena tekanan rendah pada sisi itu (seperti e"ek *enturi, dan bukan ke atas ke dalam arteri basilar dan ke otak! engan demikian pasokan darah ke otak diperkecil karena$sindrom pencurian subcla*ian$ darah yang mengalir dengan cepat pada arteri subcla*ian #mencuri$ darah dari otak! /usng atau rasa lemas yang diakibatkan biasanya menyebabkan orang tersebut untuk menghentikan pengerahan tenaga, diikuti dengan kembali ke normal! /ersamaan Bernoulli mengabaikan e"ek gesekan (*iskositas dan kemampuan tekanan fuida! )nergi yang diubah menjadi energi internal (potensial yang disebabkan oleh tekanan dan energi panas oleh gesekan dapat diperhitungkan
dengan menambahkan suku di sisi kanan persaaan 10%H! Suku%suku ini sulit untuk dhitung secara teoritis dan biasanya dientukan secara empiris! &ita tidak akan memperdalam masalah ini di sini, tetapi hanya memperjelas baha suku%suku ini tidak merubah penjelasan "enomena yang dijelaskan di atas secara signikan!
10%11 Jiskositas ?luida yang nyata memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu disebut *iskositas, disebutkan di section 10%
apisan fuida yang diam menahan aliran lapisan yang persis di atasnya, yang juga menahan lapisan berikutnya, dan seterusnya! engan demikian, kecepatan ber*ariasi secara kontinyu dari 0 sampai v, seperti yg ditunjukkan! /erubahan kecepatan dibagi dengan jarak terjadinya perubahan F samadengan *6l% disebut gradient kecepatan. 9ntuk menggerakkan lempeng
yg atas, dibutuhkan sebuah gaya, bisa dibuktikan dengan menggerakkan lempeng rata diatas tumpahan sirup di atas meja! 9ntuk fuida tertentu, gaya yang dibutuhkan ?, sebanding dengan luas fuida yang bersentuhan dengan lempeng, A, dan dengan laju, *, dan berbanding terbalik dengan jarak, l, antar lempeng ! 9ntuk fuida yg berbeda, makin kental fuida tersebut, semakin besar gaya yg dibutuhkan! oe!sien "iskositas
/enyelesaian Satuan 3nternasional untuk Tabel 10%C adalah da"tar dari koesien *iskositas berbagai macam fuida! Temperatur juga dicantumkan, karena punya e"ek yg kuat! Jiskositas +at cair seperti minyak motor, menurun dengan cepat terhadap naiknya temperatur!
10%1. Aliran /ada Tabung, /ersamaan /oiseuille, Aliran darah 'ika suatu fuida tidak mempunyai *iskositas, fuida tersebut bisa mengalir melalui tabung atau pipa bertingkat tanpa ada gaya yg diaplikasikan! Jiskositas beraksi seperti pecahan, jadi perbedaan tekanan antara ujung%ujung tabung diperlukan untuk kesinambungan aliran fuida yg riil, apa pada oli atau pipa, atau darah pada sistem sirkulasi manusia! aju aliran dalam tabung bulat bergantung pada *iskositas fuida, perbedaan tekanan, dan dimensi tabung! 3lmuan /rancis ' /oiseuille (1;==%1<= tertarik pada sika dari peredaran darah ( nama poise dipakai bagaimana *ariable mempengaruhi laju aliran fuida yang tidak bisa ditekan dan mengalami aliran laminer pada tabung silindris! 2asilnya diketahui sebagai /ersamaan /oiseuille D
imana 5 adalah radius dalam tabung, adalah panjang, /1%/. adalah perbedaan tekanan antar ujung%ujungnya, adalah koesien *iskositas, dan K adalah laju *olume aliran (*olume fuida yang mengalir per satuan aktu dinyatakan dalam satuan S3
! /ersamaan 10%= hanya untuk aliran laminer!
10!1C T)GA7GA7 /)5-9&AA7 A7 &A/3A53TAS Sejumlah obser*asi umum menunjukkan baha permukaan +at cair berperilaku seperti membran yang teregang karena tegangan! Sebagai contoh, setetes air di ujung keran yang menetes, atau tergantung pada dahan kecil pada embun pagi hari! /ermukaan +at cair berperilaku seakan F akan mengalami tegangan yang bekerja sejajar dengan permukaan yang muncul dari gaya tarik menarik antar molekul ( e"ek tegangan permukaan ! Tegangan permukaan (
γ
diartikan sebagai gaya ( ? per satuan panjang ( yang bekerja melintasi semua garis pada permukaan dengan kecenderungan menarik permukaan agar tertutup
γ =
F L
&ita dapat melihat bagaimana tegangan permukaan muncul dengan meneliti proses dari sudut pandang molekuler! -olekul%molekul +at cair memberikan gaya tarik satu sama lain! -olekul dalam +at cair berada dalam kesetimbangan karena gaya%gaya molekul lain yang bekerja ke segala arah! engan demikian ada gaya tarik total ke baah, yang cenderung menekan lapisan permukaan sedikit tetapi hanya sampai batas di mana gaya ke baah ini diimbangi oleh gaya ( tolak ke atas yang disebabkan oleh kontak yang dekat atau tumbukan dengan molekul% molekul di baahnya! /enekanan permukaan ini memperlihatkan baha +at cair meminimalkan luas permukaannya! 9ntuk menambah luas permukaan +at cair, diperlukan gaya dan kerja untuk menarik molekul%molekul dari dalam ke permukaan! Besar kerja yang dibutuhkan untuk menambah luas permukaan @ ? >I
γLΔx
γ >A
>I Dperubahan jarak >A D total penambahan luas (pada kedua permukaan γ : dapat dinyatakan dalam 76m atau '6m .!
Contoh soal D dasar kaki serangga kira%kira berbentuk bola dengan radius sekitar .,0 I 10%Hm! -assa 0,00C0 g dari serangga ditopang merata oleh keenam kakinya! /erkiraan sudut L untuk seekor serangga di permukaan air! Temperatur air .0 0 M! #a$a% D karena serangga berada dalam keseimbangan, tegangan permukaan ke atas sama dengantarikan gra*itasi e"ekti" kebaah pada setiap kaki D .NrO cos L P i mana adalah seperenam berat serangga ( karena punya kaki! -aka 1
(,.<(.,0 I 10%H m (0,0;. 76m cos L P
6
(C,0 I 10% kg(=,< m6s .
0,49
Mos L P
0,90 0,H4!
#adi L H;0! 'ika cos L lebih besar dari 1, mengindikasikan baha Q tidak akan cukup besar untuk menopang berat! Tegangan permukaan memainkan peranan yang menimbulkan "enomena menarik lainnya , yaitu kapilaritas! /ada tabung dengan diameter yang sangat kecil, +at cair tampak naik atau turun relati" terhadap tigkat +at cair yang mengelilinginya! ?enomenanya disebut kapilaritas, tabung%tabungnya dinamakan tabung kapiler! Apakah +at cair tersebut naik atau turun tergantung pada kekuatan relati" gaya adhesi dan kohesi!Besar naik turunnya +at cair bergantung pada tegangan permukaan yang menjaga agar permukaan +at cair tidak pecah!
10!14 /8-/A 'A7T97G dan T)&A7A7 A5A2 /ompa dapat diklasikasikan dalam beberapa kategori menurut "ungsinya! /ompa vacum dirancang untuk memperkecil tekanan ( biasanya udara pada sebuah bejana! /ompa gaya untuk menambah tegangan, misalnya untuk mengangkat cairan ( seperti air dari sumur! /ompa sentri"ugal 6 pompa gaya lainnya dapat digunakan sebagai pompa sirkulasi yang mengedarkan fuida dalam satu lintasan tertutup, seperti air pendingin atau oli pelumas dalam mobil, begitu pula jantung manusia ( juga hean !
5ingkasan %
%
%
Tiga "ase umum materi adalah padat, cair, dan gas! Mair dan gas disebut fuida, yg berarti mereka memiliki kemampuan untuk mengalir! -assa jenis materi didenisikan sebagai massa per satuan *olume! Gra*itasi khusus adalah perbandingan massa jenis materi terhadap massa jenis air! Tekanan didenisikan sebagai gaya per satuan luas!
Tekanan pada kedalaman h di dalam +at cair dinyatakan dengan imana
adalah massa jenis cairan dan g adalah percepatan gra*itasi!
% %
-
-
-
-
-
Prinsi& Pas'al menyatakan baha tekanan luar yg diberikan fuida yang berada dalam tempat tertutup akan disebarkan ke seluruh bagian! Tekanan diukur dengan menggunakan manometer atau pengukur lainnya! Barometer digunakan untuk mengukur tekanan atmosr standar adalah Prinsi& Ar'himedes menyatakan baha sebuah benda yang dimasukkan seluruhnya atau sebagian dalam fuida diangkat ke atas oleh gaya yang sama dengan berat fuida yang pindah! aju aliran fuida adalah massa fuida per satuan aktu! Persamaan kontin(itas menyatakan baha untuk fuida yang tidak ditekan yang mengalir dalam tabung tertutup dikali kecepatan aliran dan luas penampang tabung tetap! Prinsi& )erno(lli adalah dimana kecepatan rendah, tekanannya tinggi, dan dimana kecepatan tinggi, tekanannya rendah! /ersamaan Bernoulli sebagai bentuk kekekalan energy D
Aliran *(ida ada dua! Aliran laminer dan turbulen! Aliran laminer berupa lapisan%lapisan fuida bergerak dengan mulus dan regular sepanjang lintasan, aliran turbulen ditandai dengan pusaran%pusaran yang bentuknya tidak beraturan! +iskositas berpacu pada gesekan dan fuida yang mencegah fuida mengalir bebas dan pada dasarnya adalah gesekan antar lapisan%lapisan fuida yang bersisian pada saat bergerak satu sama lain!
1! 'ika sebuah materi memiliki massa jenis yang lebih tinggi dari yang lainnya, apakah berarti molekul materi pertama lenih berat dari yang kedua: 'elaskanR .! /enumpang pesaat sering memperhatikan baha botol kosmetik mereka dan tempat penyimpanan lainnya bocor setelah perjalanan, apa penyebabnya: C! &etiga adah pada gambar ini diisi dengan air sampai ketinggian yang sama dan memiliki luas permukaan dasar yang sama sehingga tekanan air dan gaya total didasar adah masing masing sama! -eskipun demikian, berat total air berbeda satu sama lain! 'elaskan #paradoks hidrostatik$ R
4! /ikirkan jika anda menekan peniti dan ujung pulpen ke kulit anda dengan gaya yang sama! Tentukan apa yang menyebabkan kulit anda tertusuk, gaya total yang diberikan atau tekanan: H! Sedikit air dididihkan dalam sebuah kaleng besi 1 galon! &aleng tersebut dipindahkan dari panas dan tutupnya dipasang! Tidak lama setelah itu kalengnya jatuh! 'elaskanR ! &etika mengukur tekanan darah, mengapa jaket harus dipasang pada ketinggian yang sama dengan jantung:
;! Sebuah es batu terapung dalam segelas air yang diisi sampai penuh! Apa yang dapat kamu katakan tentang kepadatan es: Apakah es akan meleleh, akankah airnya tumpah: 'elaskanR
-engapa sebuah kapal tidak terbuat dari besi:
11! jelaskan bagaimana tabung dalam gambar 10%4H, yang dikenal dengan nama Si&hon dapat mengirimkan cairan dari satu bejana ke bejana yang lebih rendah alaupun cairan harus mengalir ke atas disebagian perjalanannya! (catatan baha tabung harus diisi dengan cairan untuk memulainyaR
1.! sebuah tongkak yang diisi dengan pasiryang tinggi mendekati jembatan rendah diatas sungai dan tidak dapat leat dibaahnya! Apakah pasir harus ditambah atau dihilangkan dari tongkak: petunjukD Anggap prinsip Archimedes 1C! Akankah sebuah balon kosong mempunyaiberat semu yang percis seperti balon yang terisi air: 'elaskanR
14! 'elaskan mengapa balon helium, yang digunakan untuk mengukur kondisi atmos"er pada ketinggian tinggi, biasanya dilepaskan ketika diisi hanya 10U%.0U dari maIimum *olume merekaR 1H! sebuah perahu kayu kecil mengapung di kolam renang, dan ketinggian air disisi kolam ditandai! Tentukan ituasi yang mengikutinya dan jelaskan apakah ketinggian air akan meningkat, jatuh, atau tetap sama! (a perahu dilepas dari air (b perahu didalam air memegang jangkar yang terlepas dari perahu dan diletakkan di tepi (c jangkar besi silepaskan dari perhau dan diletakkan di kolam! 1!
-engapa kamu mengapung lebih tinggi di air asin daripada di air bersih:
1;! jika kamu menjuntai . lembar kertas secara *ertikal, beberapa inci terlepas dan meniup diantara mereka! Bagaimana menurut anda kertas aka bergerak: Mobalah dan lihatR 'elaskanR
1
.4! ua kapal bergerak pada jalur sejajar dekat satu sama lain dan beresiko bertabrakan! -engapa:
