Makalah Fluida - Jika dalam postingan ini, anda kurang mengerti atau susunanya tidak teratur, anda dapat mendownload versi .doc makalah berikut :
A.Pengertian
Fluida
Fluida merupakan bagian dari perubahan
bentuk benda, termasuk benda cair, gas, plasma, dan padat. Fluida memiliki
kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk yang
sesuai dengan wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari
ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress) atau
tidak mampu mempertahankan/mengembalikan bentuknya. Konsekuensi dari sifat ini
adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengarakterisasi
bentuk fluida. Dapat disimpulkan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang
terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau
sekecil apapun tegangan geser itu.
Dalam
fisika, fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Anda mungkin
pernah belajar di sekolah bahwa materi yang kita temui dalam kehidupan
sehari-hari terdiri dari zat padat, cair dan gas. Nah, istilah 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. Untuk lebih memahami penjelasan gurumuda,
alangkah baiknya jika kita tinjau beberapa contoh dalam kehidupan sehari-hari.
Ketika dirimu mandi, dirimu 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 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. Selain zat padat, zat cair dan zat
gas, terdapat suatu jenis zat lagi yang dinamakan plasma. Plasma merupakan zat
gas yang terionisasi dan sering dinamakan sebagai “wujud keempat dari materi”.Plasma
juga tidak dapat digolongkan ke dalam fluida.
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 terbang melaluinya, kapal laut mengapung di atasnya, demikian juga kapal
selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang kita minum dan udara
yang kita hirup juga bersirkulasi di dalam tubuh kita setiap saat, hingga
kadang tidak kita sadari. Jika ingin menikmati bagaimana indahnya konsep
mekanika fulida bekerja, pergilah ke pantai.
B.Fluida Statis dan Fluida Dinamis
1.Fluida statis
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.Tekanan
Tekanan
didefinisikan sebagai gaya normal ( tegak lurus ) yang bekerja pada suatu
bidang dibagi dengan luas bidang tersebut.
P
=

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal ( disingkat Pa).Dalam
bidang meteorologi digunakan satuan atmosfet (atm),cmHg atau mmHg, dan milibar
(mb).
1Pa = 1 N/m²
1mb = 0,001 bar
1bar = 105
Pa
1atm = 76 cmHg =
1,01 x 105 Pa = 1,01 bar
Tekanan pada zat cair (fluida)
secara umum dibedakan menjadi dua jenis tekanan, yakni tekanan pada zat cair
yang tidak bergerak (mengalir) serta tekanan yang zat cair yang bergerak
(mengalir).
Pada pembahasan kali ini kita
akan lebih memfokuskan tekanan pada zat cair yang tidak bergerak atau yang
lebih dikenal dengan Tekanan Hidrostatis. Secara konseptual tekanan hidrostatis
adalah tekanan yang berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal.
Tekanan hidrostatis adalah
tekanan yang diberikan oleh gaya berat zat cair itu sendiri pada suatu luas
bidang tekan. Dengan asumsi bahwa zat cair dalam bentuk lapisan-lapisan sesuai
dengan tingkat kedalaman yang terukur dari permukaan zat cair. Maka tekanan
hidrostatis zat cair adalah sama besar untuk setiap bagian zat cair yang
memiliki kedalaman yang sama.Tekanan hidrostatis zat cair (Ph) dengan massa jenis ρ pada kedalaman h dirumuskan
dengan :
Ph = ρgh
Perhatikan gambar !
Besarnya tekanan hidrostatis :
p = F / A ….. (1)
karena gaya (F) yang bekerja adalah merupakan gaya
berat zat cair (w) yang berada di atasnya, sedangkan w = m.g ,maka persamaan
(1) menjadi ..
p = w / A
p = m.g / A …. (2)
massa ( m ) zat cair,apabila dihubungkan dengan
massa jenis ( ρ ) dan volume ( V ) menjadi : m = ρ . V
maka,
p = ρ . g . V / A …. (3)
karena V / A merupakan pembagian antara volume dengan
luas bidang yang akan menghasilkan komponen tinggi (kedalaman) sehingga
,Tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai,
p = ρ . g . d …. (4)
dimana :
p = tekanan hidrostatis (N/m2)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
d = kedalaman zat cair (m)
Contoh soal
tekanan hidrostatis
Soal No. 1
Gambar berikut sebuah teko berisi sirup sedalam 15 cm. Tentukan tekanan hidrostatis di dasar teko, anggap massa jenis sirup sama dengan massa jenis air yaitu 1000 kg/m3 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2

Pembahasan
Tekanan hidrostatis:
P = ρ x g x h
P = 1000 x 10 x 0,15 = 1500 Pascal
Gambar berikut sebuah teko berisi sirup sedalam 15 cm. Tentukan tekanan hidrostatis di dasar teko, anggap massa jenis sirup sama dengan massa jenis air yaitu 1000 kg/m3 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2

Pembahasan
Tekanan hidrostatis:
P = ρ x g x h
P = 1000 x 10 x 0,15 = 1500 Pascal
Soal No. 2
Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut

Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!
Pembahasan
Tekanan udara dalam tabung
P = Po − h
P = 76 cmHg − 3 cm Hg = 73 cm Hg
Soal No. 3
Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut

Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!
Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut

Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!
Pembahasan
Tekanan udara dalam tabung
P = Po − h
P = 76 cmHg − 3 cm Hg = 73 cm Hg
Soal No. 3
Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut

Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!
Pembahasan
Tekanan udara dalam tabung
P = Po + h
P = 76 cmHg + 3 cmHg = 79 cm Hg
Soal No. 6
Untuk memperkirakan massa jenis suatu zat cair digunakan pipa berbentuk U yang telah berisi air. Setelah zat cair dimasukkan pada pipa sebelah kanan, kondisi akhir seperti gambar berikut

Tentukan massa jenis zat cair pada pipa kanan!
Pembahasan
ρ1h1 = ρ2h2
1000 x 5 = ρ2 x 8
h2 = 5000 / 8 = 625 kg/m3
Soal No. 7
Kota A berada 300 m di atas permukaan air laut. Jika tekanan di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg, tentukan tekanan udara di kota A, nyatakan dalam cmHg!
Pembahasan
Setiap kenaikan 100 cm, tekanan udara luar turun 1 cm
Kota A 300 m dari muka laut, sehingga tekanan udaranya turun 3 cm,
P = 76 cm Hg − 3 cm Hg = 73 cm Hg
Tekanan udara dalam tabung
P = Po + h
P = 76 cmHg + 3 cmHg = 79 cm Hg
Soal No. 6
Untuk memperkirakan massa jenis suatu zat cair digunakan pipa berbentuk U yang telah berisi air. Setelah zat cair dimasukkan pada pipa sebelah kanan, kondisi akhir seperti gambar berikut

Tentukan massa jenis zat cair pada pipa kanan!
Pembahasan
ρ1h1 = ρ2h2
1000 x 5 = ρ2 x 8
h2 = 5000 / 8 = 625 kg/m3
Soal No. 7
Kota A berada 300 m di atas permukaan air laut. Jika tekanan di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg, tentukan tekanan udara di kota A, nyatakan dalam cmHg!
Pembahasan
Setiap kenaikan 100 cm, tekanan udara luar turun 1 cm
Kota A 300 m dari muka laut, sehingga tekanan udaranya turun 3 cm,
P = 76 cm Hg − 3 cm Hg = 73 cm Hg
Soal No. 8
Perhatikan gambar di bawah!

Luas penampang 1 adalah 5 cm2 dan luas penampang 2 adalah 50 cm2. Jika berat beban adalah W = 1800, tentukan besar gaya F yang diperlukan untuk menaikkan beban W!
Pembahasan
F1/A1 = F2/A2
F / 5 = 1800 / 50
F = (1800/50) x 5 = 180 Newton
Perhatikan gambar di bawah!

Luas penampang 1 adalah 5 cm2 dan luas penampang 2 adalah 50 cm2. Jika berat beban adalah W = 1800, tentukan besar gaya F yang diperlukan untuk menaikkan beban W!
Pembahasan
F1/A1 = F2/A2
F / 5 = 1800 / 50
F = (1800/50) x 5 = 180 Newton
Tekanan
gauge.Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan disebut tekanan
gauge.Adapun tekanan disebut tekanan mutlak.
Tekanan mutlak =
tekanan gauge + tekanan atmosfer
p=pgauge + patm
Sebagai contoh,sebuah ban yang berisi udara dengan
tekanan gauge 2 atm ( diukur oleh alat ukur ) memiliki tekanan mutlak kira –
kira 3 atm sebab tekanan atmosfer pada permukaan laut sekitar 1 atm.
Tekanan
mutlak pada suatu kedalaman zat cair (h).
Pada permukaan zat cair bekerja tekanan atmosfer Po
.Sehingga tekanan mutlak pada
kedalaman h adalah :
P = po + ρgh
Tekanan atmosfer yang sering digunakan dalam soal
adalah sebesar 1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 105 Pa.
b.Hukum – Hukum Pokok
Hidrostatika
1.Hukum Pokok
Hidrostatis
Menyatakan bahwa semua titik yeng terletak pada satu bidang
datar didalam zat cair akan memiliki tekanan hidrostatis yang sama.Pernyataan
ini dapat diaplikasikan untuk menentukan massa jenis zat cair menggunakan pipa
U.
2.Hukum Pascal
Menyatakan bahwa jika fluida diberi tekanan dari luar maka
tekanan tersebut akan diteruskan kesegala arah dengan sama besar.prinsip hukum
pascal diterapkan pada akat – alat hidrolik seperti : pompa hidrolik , dongkrak
hidrolik , pengangkat hidrolik dan lain – lain.

·
Persamaan Hukum Pascal
Jika suatu
fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan
di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas
permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini
adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang
berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil)
dan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar) (Kanginan,
2007).
Gambar 1: Fluida yang
Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda
(Sumber: 4.bp.blogspot.com)
Sesuai
dengan hukum Pascal bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam
ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah, maka tekanan yang
masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan pada penghisap kedua
(Kanginan, 2007). Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di
bawah ini. P = F : A
sehingga persamaan hukum Pascal
bisa ditulis sebagai berikut.
P1 = P2
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan
(pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m2).
·
Penerapan Hukum Pascal
Hidraulika adalah
ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika
merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan
pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal
dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti
pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian
berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair (Krist, 1980).
Semua
instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan
prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan
hidraustatistika adalah :
1. Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang
dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,
2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan
gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A) (Krist, 1980).
Dari hukum Pascal
diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan
luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan
luas penampang yang besar (Kanginan, 2007). Prinsi inilah yang dimanfaatkan
pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya
dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik (Azizah & Rokhim,
2007).

Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan
memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki
diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air. Mobil
diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita memberikan
gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah
termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil (Anonim,2009a). Jika gaya F1 diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan
akan bertambah dengan F1/A1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar
adalah penambahan tekanan ini kali luas A2. Jika gaya ini disebut F2,
didapatkan
F2 = (F : A1)
x A2
Jika A2 jauh lebih besar dari A1,
sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan
gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang
ditempatkan di penghisap yang lebih besar (Tipler, 1998).
Berikut ini contoh perhitungan tekanan pada
sebuah dongkrak hidraulik. Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua
buah penghisap dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2
dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila
diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 newton, pada penghisap dengan
luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 = (F1
: A1) x A2 = (200 : 5) x 200 = 8000 newton.
![]()
Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga
gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti (Triyanto, 2009). Rem hidraulik paling banyak digunakan pada
mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang menahan
gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja.
Pada rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa
sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera kembali ke
posisi semula jika rem
dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan (Anonim, 2009b).
Gambar 2
Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Sumber: www.yanto-triyanto.co.cc
|

Dalam
menjalankan suatu sistem tertentu atau untuk membantu operasional dari sebuah
sistem, tidak jarang kita menggunakan rangkaian hidraulik. Sebagai contoh,
untuk mengangkat satu rangkaian kontainer yang memiliki beban beribu–ribu ton, untuk memermudah itu digunakanlah sistem hidraulik.
Sistem
hidraulik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair, biasanya oli, untuk
melakukan suatu gerakan segaris atau putaran. Sistem ini bekerja berdasarkan
prinsip Pascal, yaitu jika suatu zat
cair dikenakan tekanan, tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau
berkurang kekuatannya. Prinsip dalam rangkaian hidraulik adalah menggunakan
fluida kerja berupa zat cair yang dipindahkan dengan pompa hidraulik untuk
menjalankan suatu sistem tertentu (Anonim, 2009c).
Pompa hidraulik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan
pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi
energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk
mentransfer energi mekanik menjadi energi hidraulik. Pompa hidraulik bekerja
dengan cara menghisap oli dari tangki hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem
hidraulik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan
dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara
menghambat aliran oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan
oleh orifice, silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang
biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive
displacement pump (Aziz, 2009).
Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan
dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan
aktuator. Motor hidraulik mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik
dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi
putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan
lain-lain
3.Hukum Archimedes
Hukum archimedes berbunyi: “gaya apung yang bekerja pada suatu benda
yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam suatu fluida sama dengan berat
fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Gaya apung muncul karena selisih antara gaya hidrostatis
yang dikerjakan fluida terhadap permukaan bawah dengan permukaan atas benda.
Gaya apung dapat dirumuskan sebagai berikut.
Fa =
fVbfg

Dengan
f adalah massa jenis fluida dan Vbf
adalah volume benda yang tercelup
dalam fluida. Jika benda tercelup semuanya, Vbf = volume benda.
Tetapi jika volume benda hanya tercelup sebagian, Vbf = volume benda
yang tercelup dalam fluida saja.


Suatu benda mengapung, melayang, atau tenggelam hanya di
tentukan oleh massa jenis benda dan massa jenis zat cair. Jika massa jenis rata rata benda lebih kecil
daripada massa jenis zat cair, maka benda mengapung di permukaan zat cair, jika
massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair, maka benda
tenggelam di dasar wadah zat cair.jika massa jenis sama dengan massa jenis zat
cair,maka benda melayang dalam zat cair.
Melayang
pb, rata-rata = pf
w = Fa
Keterangan :
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung
Tenggelam
pb, rata-rata > pf
w > Fa
Keterangan :
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung
Terapung
pb, rata-rata < pf
w = Fa
Keterangan :
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Archimedes dalam
kehidupan sehari-hari.
a. Hidrometer
Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini digunakan
utuk mengetahui bahwa air accu sudah tidak dapat digunakan.lagi. Penggunaan
Hidrometer , yaitu mencelupkan nya pada zat cair yang yang akan diukur massa
jenisnya.
b. Jembatan Ponton
Jembatan ponton dibuat
dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Jembatan
ponton dibuat dengan memanfaatkan hukum Archimedes. Volume air yang dipindahkan
menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum dan benda-benda yang
melintas diatasnya. Setiap drum penyusun jembatan harus tertutup agar air tidak
dapat masuk kedalamnya.
c.Kapal Selam
Kapal selam dapat diposisikan
mengapung,melayang,dan tenggelam di dalam air laut. Oleh karena itu, kapal
selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan penelitian. Bentuk badan
kapal selam dirancang agar dapat melayang,mengapung,dan telenggelam dalam air.
Selain itu, dirancang untuk menahan tekanan air dikedalaman laut.
Badan kapal selam diberi rongga udara yang
berfungsi sebagai tempat masuk dan keluarnya air atau udara. Rongga udara
terletak di lambing kapal. Rongga tersebut dilengkapi dengan katup bagian atas
dan bawahnya.
Ketika rongga terisi udara, volume air
yang dipindahakan sama dengan berat kapal, kapal selam mengapung. Ketika rongga
katup atas dan bawah pada rongga kapal dibuka, udara dalam rongga keluar atau
air massuk mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal selam mulai tenggelam.
Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman yang diinginkan.
Dalam keadaan tersebut, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika katup udara
pada rongga dibuka kembali, volume air dalam rongga akan bertanbah sehingga
kapal selam akan tenggelam.
Jika kapal selam akan
muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa keluar
sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam mengalami gaya
apung sama dengan berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam akan naik ke
permukaan dan mengapung.
d.Balon Udara
Balon udara adalah penerapan
prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa
jenis lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer, sehingga, balon udara dapat
terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang dipanaskan
Contoh :
1.Sebuah benda memiliki berat 30N
ketika ditembang diudara dan ketika dimasukkan kedalam air beratnya menjadi
22,5N.Jika massa jenis air 1000kg/m3.Berapakah massa jenis benda
tersebut ?
Pembahasan :
Dik : ρair : 100kg/m3
Wudara = 30N
Wair = 22,5N
Dit : ρbenda ....... ?
Penyelesaian :
ρbenda
=
mbenda
= Wo/g

FA = ρair
g Vbenda
Wudara – Wair =
ρair g Vbenda
30 –
22,5 = 105x10xVbenda
7,5 = 10-4 Vbenda
Vbenda =
= 7,5 x 10-4m3

Mbenda =
=
=
= 4.103kg/m



2.Sebuah balok massa jenisnya
800kg/m3 .Jika balok dimasukkan kedalam air berapa bagian balok yang
muncul diatas permukaan ?\
Pembahasan :
Dik : ρbalok = 800kg/m3
Dit : Vmuncul .... ?
Penyelesaian :
FA = W
ρair g Vcelup Vbenda
= ρbenda g Vbenda
103 Vcelup Vbenda = 800.Vbenda
Vcelup =

= 

V = -
V

= 1 -

= 

3.Segumpal es mengapung pada air
dengan volume yang muncul diatas permukaan air sebanyak 250cm3.Jika massa
jenis es 900kg/m3.Berapa volume es seluruhnya ?
Pembahasan :
Dik : Vmuncul = 250cm3
ρ es = 900kg/m3
Dit : Ves ..........???
Penyelesaian :
FA = W
ρair g Vcelup = ρes g Ves
103.Vcelup =
900.Ves
103( Ves –
Vmuncul ) = 900.Ves
103( Ves –
250 ) = 900.Ves
1000 Ves – 250.103
= 900.Ves
1000 – 900 Ves = 250.103
Ves = 250.103/
100
= 2500

* Tegangan Permukaan
Yaitu
kecendrungan permukaan zat cair yang membentuk suatu lapisab yang tertegang
tapi e;astis.Hal inidiakibatkan adanya gaya kohesi yaitu antara partikel –
partikel zat cair tersebut.Karena adanya tegangan permukaan maka dapat terjadi
peristiwa – peristiwa seperti : silet dan djarum dapat terapung diair ,tetes
air cenderung berbentuk bulat .Serangga dapat berjalan diatas air dan
sebagainya..
Selain
gaya kohesi pada zat cair juga bekerja gaya adhesi yaitu gaya tarik antara
partikel air dengan partikel dimana zat cair berada.
* Viskositas
Viskositas
merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan didalam fluida.
Hukum Stokes
Ff
= 6πηrv
Dengan η adalah koefisien
viskositas yang dinyatakan dalam kg m-1s-1 atau Pa s.
Kecepatan Terminal ( Vt )
Suatu
benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental,kecepatannya makin
membesar sampai mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap.Kecepatan terbesar
yang tetap ini dinamakan kecepatan terminal
Vt = Vbg(ρb
– ρf ) / 6πηrv
Untuk benda yang berbentuk bola
dengan jari – jari r , maka volume benda vb =
πr2,
sehingga diperoleh persamaan .

Vt = 2r2g / 9η (ρb –
ρf )
2.Fluida dinamis
Aliran
fluida secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran lurus
alias laminar dan aliran turbulen.
Aliran lurus bisa kita sebut sebagai aliran mulus, karena setiap partikel
fluida yang mengalir tidak saling berpotongan. Salah satu contoh aliran laminar
adalah naiknya asap dari ujung rokok yang terbakar. Mula-mula asap naik secara
teratur (mulus), beberapa saat kemudian asap sudah tidak bergerak secara
teratur lagi tetapi berubah menjadi aliran turbulen. Aliran turbulen ditandai
dengan adanya linkaran-lingkaran kecil dan menyerupai pusaran dan kerap disebut
sebagai arus eddy. Contoh lain dari aliran turbulen adalah pusaran air.
a.Ciri-ciri umum dari aliran fluida
1. Aliran fluida bisa berupa
aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady). Maksudnya apa sich
aliran tunak dan tak-tunak ? mirp seperti tanak menanak nasi.. hehe… aliran
fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik
selalu sama. Katakanlah partikel fluida mengalir melewati titik A dengan
kecepatan tertentu, lalu partikel fluida tersebut mengalir dengan kecepatan
tertentu di titik B. nah, ketika partikel fluida lainnya yang nyusul dari
belakang melewati titik A, kecepatan alirannya sama dengan partikel fluida yang
bergerak mendahului mereka. Hal ini terjadi apabila laju aliran fluida rendah
alias partikel fluida tidak kebut-kebutan. Contohnya adalah air yang mengalir
dengan tenang. Lalu bagaimanakah dengan aliran tak-tunak ? aliran tak tunak
berlawanan dengan aliran tunak. Jadi kecepatan partikel fluida di suatu titik
yang sama selalu berubah. Kecepatan partikel fluida yang duluan berbeda dengan
kecepatan partikel fluida yang belakangan.
2. Aliran fluida bisa berupa
aliran termampatkan (compressible) dan aliran tak-termapatkan (incompressible).
Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika
fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termapatkan.
Sebaliknya apabila jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum
(atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak
termampatkan. Kebanyakan zat cair yang mengalir bersifat tak-termampatkan.
3. Aliran fluida bisa berupa
aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolak (irrotational). Wow, istilah
apa lagi ne… untuk memahaminya dengan mudah, dirimu bisa membayangkan sebuah
kincir mainan yang dibuang ke dalam air yang mengalir. Jika kincir itu bergerak
tapi tidak berputar, maka gerakannya adalah tak berolak. Sebaliknya jika
bergerak sambil berputar maka gerakannya kita sebut berolak. Contoh lain adalah
pusaran air.
4. Aliran fluida bisa berupa
aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Kekentalan dalam
fluida itu mirip seperti gesekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekan
antara partikel fluida makin besar. Mengenai viskositas alias kekentalan akan
kita kupas tuntas dalam pokok bahasan tersendiri.
b.Persamaan
Kontinuitas
1.Debit ( Q )
Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang
mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.
Q
= 

Misalkan
sejumlah fluida melewati penampang pipa seluas Adan setelah selang waktu t
menempuh jarak L .Volume fluida adalah V = AL , sedangkan jarak L = vt
,sehingga debit Q dapat dinyatakan sebagai :
Q
=
=
= Av


Satuan SI untuk debit
adalah m3/s.
2.Persamaan Kontinuitas
Jika suatu fluida
mengalir dengan aliran tunak,maka massa fluida yang masuk kesalah satu ujung
pipa haruslah sama dengan massa fluida yang keluar dari ujung pipa yang lain
selama selang waktu yang sama .Tinjaulah suatu fluida yang mengalir dengan
aliran tunak dan perhatikanlah bagian 1 dan bagian 2 dari pipa.
Misalkan bahwa :
A1 dan A2
adalah luas penampang pipa pada ujung 1 dan 2.v1 dan v2 adalah
kecepatan fluida 1 dan 2.
Selama selang waktu ∆t ,fluida
pada 1 bergerak ke kanan menenmpuh jarak L1 = v1 ∆t, dan
fluida pada 2 bergerak kekanan menempuh jarak L2 = v2 ∆t.Volume fluida V1
= A1L1 akan masuk kepipa pada bagian 1 ,dan volume fluida
V2 = A2L2 akan keluar dari bagian 2.Tentu saja
:
v
1 = v2
A1L1
= A2L2
A1v1∆t
= A2v2∆t
A1v1
= A2v2 ,
dan secara umum ,
A1v1 = A2v2
= A3v3 =.............= konstan
Yang artinya bahwa pada
fluida tak termampatkan,hasil kali antara kelajuan fluida dan luas penampang
selalu konstan.Persamaan tersebut disebut persamaan kontinuitas.
Telah anda ketahui
bahwa Av = Q,dimana Q adalah debit fluida .Dapat disimpulkan bahwa debit fluida
di titik mana saja selalu konstan.
Q1=Q2=Q3=.............=konstan
Persamaan kontinuitas
dapat diubah kebentuk persamaan berikut.Yang artimya bahwa kelajuan aliran
fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang
dilaluinya.
A1v1
= A2v2


Persamaan diatas
menyatakan bahwa jika penampang pipa lebih besar ,maka kelajuan fluida dititik itu lebih kecil.
Daya
oleh debit Fluida
Daya yang dibangkitkan
oleh suatu tenaga air setinggi h dan debit air Q adalah :
P = ρQgh
c.Persamaan
Bernoulli

Asas Bernoulli
menyatakan bahwa pada pipa mendatar, tekanan fluida paling besar adalah pada
bagian yang kelajuan alirannya paling kecil. Sebaliknya, tekanan paling kecil
adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling besar.
Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian
1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit
Persamaan Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volum (1/2pv^2) dan energi potensial per satuan volum (pgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.
p + ½ pv^2 + pgh = konstan
p1 + ½ pv1^2 + pgh1 = p2 + ½ pv2^2 + pgh2
Untuk kasus fluida yang mengalir dalam pipa mendatar dihasilkan Persamaan Asas Bernoulli :
p1 – p2 = ½ p (v2^2 – v1^2)
Selisih tekanan ini dikalikan dengan luas total bentangan sayap menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang.
Teorema Torricelli menyatakan bahwa jika suatu wadah yang ujung atasnya terbuka ke atmosfer, diisi cairan dan terdapat lubang kecil pada kedalaman h di bawah permukaan fluida dalam wadah, maka kelajuan semburan fluida melalui lubang sama dengan kelajuan yang diperoleh oleh suatu benda yang jatuh bebas dari ketinggian h. v = √2gh
Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian
1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit
Persamaan Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volum (1/2pv^2) dan energi potensial per satuan volum (pgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.
p + ½ pv^2 + pgh = konstan
p1 + ½ pv1^2 + pgh1 = p2 + ½ pv2^2 + pgh2
Untuk kasus fluida yang mengalir dalam pipa mendatar dihasilkan Persamaan Asas Bernoulli :
p1 – p2 = ½ p (v2^2 – v1^2)
Selisih tekanan ini dikalikan dengan luas total bentangan sayap menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang.
Teorema Torricelli menyatakan bahwa jika suatu wadah yang ujung atasnya terbuka ke atmosfer, diisi cairan dan terdapat lubang kecil pada kedalaman h di bawah permukaan fluida dalam wadah, maka kelajuan semburan fluida melalui lubang sama dengan kelajuan yang diperoleh oleh suatu benda yang jatuh bebas dari ketinggian h. v = √2gh
Berikut ini beberapa
contoh aplikasi hukum Bernoulli tersebut.
• Hukum Bernoulli digunakan untuk menentukan gaya
angkat pada sayap dan badanpesawat terbang sehingga diperoleh ukuran presisi
yang sesuai.
• Hukum Bernoulli dipakai pada penggunaan mesin karburator
yang berfungsi untukmengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran
udara yang masuk. Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan
bermotor, seperti mobil.
• Hukum Bernoulli berlaku pada aliran air melalui pipa dari tangki
penampung menuju bak-bak penampung. Biasanya digunakan di rumah-rumah
pemukiman.
• Hukum Bernoulli juga digunakan pada mesin yang mempercepat laju kapal
layar.
d.Penerapan Hukum Bernoulli
Penerapan Hukum Bernoulli dapat kita lihat pada:
a. Tabung Venturi
Tabung Venturi adalah sebuah pipa yang memiliki bagian yang menyempit.Dua
contoh tabung venturi adalah karburator mobil dan venturimeter.
1. Karburator
Karburator berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara,
kemudian campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan
pembakaran.
2. Venturimeter
Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di
dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan.
b. Tabung Pitot
Tabung Pitot adalah alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan
gas.
c. Penyemprot Parfum
Penyemprot Parfum adalah salah satu contoh Hukum Bernoulli. Ketika Anda
menekan tombol ke bawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan
melalui lubang sempit diatas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga
memasuki cairan parfum.Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan
udara pada bagian atas tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan
cairan memaksa cairan naik ke atas tabung. Semprotan udara berkelajuan tinggi meniup
cairan parfum sehingga cairan parfum dikeluarkan sebagai semburan kabut halus.
d. Penyemprot Racun Serangga
Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot
parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot
racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap.
Contoh Soal
1.

jawaban:
Diketahui:
Pg =
103watt
ρg =
80% ρair = 0,8 ρair
h = 10 m
Ditanya Q =
…. ?
Pg =
η.ρ.V.g.h
1000 =
0,8.103.V.10.10
V = 12,5.103m3 =
12,5L
Q = V/t =
12,5 L/s
2. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….
Pembahasan:
Diketahui:
d = 5 cm =
5.10-2 m
r = 2,5 cm =
2,5.10-2 m
v = 32 m/s
Ditanya: v =
…?
Jawab:
Karena
memiliki besar diameter yang sama, maka kecepatan aliran fluida besarnya sama,
yaitu 32 m/s.
3. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm2, maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter
jawaban
Diketahui:
h = 4,05 m
A = 0,8cm2 =
8.10-5m2
t = 1menit =
60 sekon
ditanya: V =
….?
Jawab
Ep = m.g.h =
½ mv2
v = √2.g.h =
√2.10.4,05 = 9 m/s
Q = A.v =
8.10-3.9 = 7,2.10-4 m3/s
V = Q.t =
7,2.10-4.60 = 432.10-4m3 = 43,2 L
4. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….
jawaban:
Q = π.R2.v
= 3,14.16.10-4.3 = 0,151 m3/s = 151 liter/s
KESIMPULAN
Fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara
berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan
geser itu. 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.
Tekanan hidrostatis adalah
tekanan yang diberikan oleh gaya berat zat cair itu sendiri pada suatu luas
bidang tekan. Dengan asumsi bahwa zat cair dalam bentuk lapisan-lapisan sesuai
dengan tingkat kedalaman yang terukur dari permukaan zat cair. Maka tekanan
hidrostatis zat cair adalah sama besar untuk setiap bagian zat cair yang
memiliki kedalaman yang sama.Tekanan hidrostatis zat cair (Ph) dengan massa jenis ρ pada kedalaman h dirumuskan
dengan :
Ph = ρgh
Hukum Pascal
menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cairdalam ruang tertutup
diteruskan sama besar ke segala arah. Hukum Pascal dinyatakan dengan
persamaan sebagai berikut.
P masuk
= P keluar
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan
(pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan (m2).
Penerapan hukum Pascal dalam
kehidupan sehari-hari antara lain penggunaan dongkrak hidraulik, rem hidraulik,
dan pompa hidraulik.
Hukum archimedes berbunyi: “gaya apung yang bekerja pada suatu benda
yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam suatu fluida sama dengan berat
fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.
Aplikasi Archimedes ditemukan pada balon
udara,kapal selam,kapal laut,galangan kapal,jembatan ponton.
Asas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar,
tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling
kecil. Sebaliknya, tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan
alirannya paling besar.
Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian
1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit
Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian
1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit
Penerapan Asas Bernoulli Tabung venturi,tabung
vitot,penyemprot parfum,penyemprot racun serangga.
Daftar Pustaka
Aziz, Kharimul, 2008. Pompa Hidrolik. (http://kharimulaziz.blogspot.com/2009/04/pompa-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).
Anonim, 2009a. Prinsip Kerja Dongkrak Hidrolis. (http://www.fisikaasyik.com/home02/content/view/201/44/.html, diakses 9
November 2009).
Anonim, 2009b. Rem Hidrolik. (http://www.fisikaasyik.com/home02/content/view/201/44/.html, diakses 9
November 2009).
Anonim, 2009c. Sistem Hidrolik. (http://eeyarm.ngeblogs.com/2009/10/27/sistem-hidrolik.html, diakses 9
November 2009).
Azizah, S. N. & Nur Rokhim. 2007. Acuan Pengayaan Fisika.
Surakarta: PT. Nyata Grafik Media.
Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta:
Erlangga.
Krist, Thomas. 1980. Hidraulika Ringkas dan Jelas. Jakarta: Erlangga.
Lohat, A.S. 2008. Prinsip Pascal. (http://www.gurumuda.com/prinsip-pascal.html, diakses 9
November 2009).
Resnick, Haliday. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Terjemahan.
Jakarta: Erlangga.
Sanjaya. 2008. Berita Iptek. (http://berita-iptek.blogspot.com/2008/06/pompa-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).
Tipler, P. A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga
Triyanto, Yanto. 2009. Sistem Rem. (http://www.yanto-triyanto.co.cc/2009/10/sistem-rem.html, diakses 9 November 2009).
Demikianlah materi tentang Makalah Fluida yang sempat kami berikan. semoga materi yang kami berikan dan jangan lupa juga untuk menyimak Makalah Energi Terbarukan yang telah kami posting sebelumnya. semoga materi yang kami berikan dapat membantu menambah wawasan anda semikian dan terimah kasih. Semoga dapat membantu menambah wawasan anda semikian dan terimah kasih.
Anda dapat mendownload Makalah diatas dalam Bentuk Document Word (.doc) melalui link berikut.
EmoticonEmoticon