Fluida Statis yaitu fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau sanggup dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak mempunyai gaya geser. Contoh fenomena fluida statis sanggup dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang membisu secara sederhana yaitu air di kolam yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, ibarat gaya angin, panas, dan lain-lain yang menjadikan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana yaitu air sungai yang mempunyai kecepatan seragam pada tiap partikel di banyak sekali lapisan dari permukaan hingga dasar sungai.
Cairan yang berada dalam ember mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar ember dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melaksanakan gaya ke bawah oleh akhir berat cairan dalam kolom tersebut.
Sifat- Sifat Fluida
Sifat fisis fluida sanggup ditentukan dan dipahami lebih terperinci ketika fluida berada dalam keadaan membisu (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tegangan permukaan, kapilaritas, dan viskositas.
1. Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, lantaran segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang sempurna untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda mempunyai kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Kaprikornus massa jenis yaitu pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang mempunyai massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan mempunyai volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang mempunyai massa jenis lebih rendah (misalnya air).
Massa jenis berfungsi untuk memilih zat. Setiap zat mempunyai massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan mempunyai massa jenis yang sama.
Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.
V = volume (m3 atau cm3), dan
ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).
Jenis beberapa materi dan massa jenisnya sanggup dilihat pada Tabel berikut.
Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
Bahan | Massa Jenis (g/cm3) | Nama Bahan | Massa Jenis (g/cm3) |
Air | 1,00 | Gliserin | 1,26 |
Aluminium | 2,7 | Kuningan | 8,6 |
Baja | 7,8 | Perak | 10,5 |
Benzena | 0,9 | Platina | 21,4 |
Besi | 7,8 | Raksa | 13,6 |
Emas | 19,3 | Tembaga | 8,9 |
Es | 0,92 | Timah Hitam | 11,3 |
Etil Alkohol | 0,81 | Udara | 0,0012 |
Tekanan Hidrostatis
Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan yaitu gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.
p= F/ A
dengan: F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang daerah gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan mendapat tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar.
Tekanan Hidrostatis yaitu tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, berdasarkan konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan ember (A).
p= F/A
Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan gravitasi Bumi, ditulis
p= massa x gravitasi bumi / A
Oleh karena m = ρ V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai
p = ρVg / A
Volume fluida di dalam ember merupakan hasil perkalian antara luas permukaan ember (A) dan tinggi fluida dalam ember (h). Oleh lantaran itu, persamaan tekanan di dasar ember akhir fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi
p= ρ(Ah) g / A = ρ h g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut.
Ph = ρ g h |
ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).
Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan maritim atau danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang bila ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh lantaran itu, tekanan hidrostatis akan bertambah bila kedalaman bertambah.
Contoh menghitung tekanan hidrostatis
Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:
a. air,
b. raksa, dan
c. gliserin.
Gunakan data massa jenis pada Tabel
Jawab
Diketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/s2.
Ditanya : a. Ph air
b. Ph raksa
c. Ph gliserin
Jawab :
a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:
Ph = ρ gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.000 N/m2
b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa:
Ph = ρ gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2
c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin:
Ph = ρ gh = (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini dipakai pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang dipakai untuk mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.
a. Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka yaitu alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p(dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berafiliasi dengan tekanan atmosfir (p0).
b. Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, spesialis Fisika dan Matematika dari Italia. Barometer yaitu alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum dipakai dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi pertanda cuaca bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah pertanda kemungkinan badai. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya yaitu sebagai berikut.
Ph = ρ gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2
c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin:
Ph = ρ gh = (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini dipakai pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang dipakai untuk mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.
a. Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka yaitu alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p(dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berafiliasi dengan tekanan atmosfir (p0).
b. Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, spesialis Fisika dan Matematika dari Italia. Barometer yaitu alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum dipakai dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi pertanda cuaca bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah pertanda kemungkinan badai. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya yaitu sebagai berikut.
ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung atau
(13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2
Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2
c. Pengukur Tekanan Ban
Alat ini dipakai untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga sanggup mengatakan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
Alat ini dipakai untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga sanggup mengatakan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
EmoticonEmoticon