Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Hukum Dasar Fluida Statis | Ilmu Sains




Hukum
Dasar Fluida Statis
Hukum-hukum
dasar tentang fluida statis yang akan kita bahas adalah Hukum
Hidrostatika, Hukum Pascal, dan Hukum Archimedes .



1.
Hukum Pokok Hidrostatika



Telah
diketahui sebelumnya bahwa tekanan yang dilakukan oleh zat cair
besarnya tergantung pada kedalamannya, P = ρ
.g.h . Hal ini menunjukkan bahwa titik-titik yang berada
pada kedalaman yang sama mengalami tekanan hidrostatik yang sama
pula. Fenomena ini dikenal dengan Hukum Hidrostatika yang dinyatakan:




Tekanan
hidrostatik di semua titik yang terletak pada satu bidang mendatar di
dalam satu jenis zat cair besarnya sama.




Perhatikan
Gambar berikut.



Hukum Dasar Fluida Statis



Tekanan
hidrostatik di titik A, B, dan C adalah sama.




Berdasarkan
Hukum Pokok Hidrostatika, maka tekanan di titik A, B, dan C besarnya
sama.




P
A = P B
= P C = ρ
.g.h




Hukum
Pokok Hidrostatika dapat digunakan untuk menentukan massa jenis zat
cair dengan menggunakan pipa U, seperti yang terlihat pada gambar
berikut.




Pipa U untuk menentukan massa jenis zat cair


Pipa
U untuk menentukan massa jenis zat cair.




Zat
cair yang sudah diketahui massa jenisnya ( ρ2
) dimasukkan dalam pipa U, kemudian zat cair yang akan dicari massa
jenisnya ( ρ1
) dituangkan pada kaki yang lain setinggi h1. Adapun h2
adalah tinggi zat cair mula-mula, diukur dari garis batas kedua zat
cair. Berdasarkan Hukum Pokok Hidrostatika, maka:




P A
= P B



ρ1
. g . h1 = ρ2
. g . h2



ρ1
.h1 = ρ2
.h2



(1.0)



Hidrostatika
dimanfaatkan antara lain dalam mendesain bendungan, yaitu semakin ke
bawah semakin tebal; serta dalam pemasangan infus, ketinggian diatur
sedemikian rupa sehingga tekanan zat cair pada infus lebih besar
daripada tekanan darah dalam tubuh.




2.
Hukum Pascal



Apabila
kita memompa sebuah ban sepeda, ternyata ban akan menggelembung
secara merata. Hal ini menunjukkan bahwa tekanan yang kita berikan
melalui pompa akan diteruskan secara merata ke dalam fluida (gas) di
dalam ban. Selain tekanan oleh beratnya sendiri, pada suatu zat cair
(fluida) yang berada di dalam ruang tertutup dapat diberikan tekanan
oleh gaya luar. Jika tekanan udara luar pada permukaan zat cair
berubah, maka tekanan pada setiap titik di dalam zat cair akan
mendapat tambahan tekanan dalam jumlah yang sama. Peristiwa ini
pertama kali dinyatakan oleh seorang ilmuwan Prancis bernama Blaise
Pascal (1623 - 1662) dan disebut Hukum Pascal. Jadi, dalam Hukum
Pascal dinyatakan berikut ini.




“Tekanan
yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke
segala arah dengan sama besar”.




Berdasarkan
Hukum Pascal diperoleh prinsip bahwa dengan memberikan gaya yang
kecil akan dihasilkan gaya yang lebih besar. Prinsip ini dimanfaatkan
dalam pesawat hidrolik. Gambar berikut menunjukkan sebuah bejana
tertutup berisi air yang dilengkapi dua buah pengisap yang luas
penampangnya berbeda.




Pesawat hidrolik berdasarkan Hukum Pascal


Pesawat
hidrolik berdasarkan Hukum Pascal.




Jika
pengisap kecil dengan luas penampang A1 ditekan dengan
gaya F1, maka zat cair dalam bejana mengalami tekanan yang
besarnya:






(1.2)



Berdasarkan
Hukum Pascal, tekanan yang diberikan akan diteruskan ke segala arah
sama besar, sehingga pada pengisap besar dihasilkan gaya F2
ke atas yang besarnya:







karena
P1 = P2, maka:






(1.3)



dengan:



F1
= gaya yang dikerjakan pada perngisap 1 (N)



F2
= gaya yang dikerjakan pada penghisap 2 (N)



A1
= luas penghisap 1 (m2)



A2
= luas perghisap 2 (m2)




Untuk
pengisap berbentuk silinder, maka:







dan







Sehingga
persamaan (1.4) dapat dituliskan:









(1.4)



Alat-alat
bantu manusia yang prinsip kerjanya berdasarkan Hukum Pascal adalah
dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil,
mesin penggerak hidrolik, dan rem hidrolik pada mobil.




3.
Hukum Archimedes



Hukum
Archimedes mempelajari tentang gaya ke atas yang dialami oleh benda
apabila berada dalam fluida. Benda-benda yang dimasukkan pada fluida
seakan-akan mempunyai berat yang lebih kecil daripada saat berada di
luar fluida. Misalnya, batu terasa lebih ringan ketika berada di
dalam air dibandingkan ketika berada di udara. Berat di dalam air
sesungguhnya tetap, tetapi air melakukan gaya yang arahnya ke atas.
Hal ini menyebabkan berat batu akan berkurang, sehingga batu terasa
lebih ringan. Berdasarkan peristiwa di atas dapat disimpulkan bahwa
berat benda di dalam air besarnya:




wair
= w udara – FA



(1.5)



dengan:



wair
= berat benda di dalam air (N)



wudara
= berat benda di udara (N)



FA
= gaya tekan ke atas (N)




Besarnya
gaya tekan ke atas dapat ditentukan dengan konsep tekanan
hidrostatik. Gambar berikut menunjukkan sebuah silinder dengan tinggi
h yang luasnya A.



Hukum Dasar Fluida Statis


Gaya
ke atas oleh fluida.




Ujung
atas dan bawahnya, dicelupkan ke dalam fluida yang massa jenisnya
ρ.




Besarnya
tekanan hidrostatik yang dialami permukaan atas dan bawah silinder
adalah:



P1
= ρ .g.h1



P2
= ρ .g.h2




Sehingga
besarnya gaya-gaya yang bekerja:



F =
P.A



F1
= ρ .g.h1
.A (ke bawah)



F2
= ρ .g.h2
.A (ke atas)




Gaya
total yang disebabkan oleh tekanan fluida merupakan gaya apung atau
gaya tekan ke atas yang besarnya:




FA
= F2 – F1 = ρ
.g.h2 .A – ρ
.g.h1 .A = ρ .g.(h
2 – h 1).A




karena
h2 – h1 = h, maka:



FA
= ρ .g.h.A



A.h
adalah volume benda yang tercelup, sehingga:




F A
= ρ .g.V




dengan:



FA
= gaya ke atas atau Archimedes (N)



ρ
= massa jenis fluida (kg/m3)



g =
percepatan gravitasi (m/s2)



V =
volume benda yang tercelup (m3)




Gaya
total ρ g.V = m.g
adalah berat fluida yang dipindahkan. Dengan demikian, gaya tekan ke
atas pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda.
Pernyataan ini pertama kali dikemukakan oleh Archimedes (287 - 212
SM), yang dikenal dengan Hukum Archimedes, yang berbunyi:




“Sebuah
benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya di dalam fluida
mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang
dipindahkan”
.




Demikianlah materi tentang Hukum dasar Fluida statis ini saya sampaikan, semoga bermanfaat.