FISIKA STATIKA FLUIDA SMK PERGURUAN CIKINI

FISIKA STATIKA FLUIDA

SMK PERGURUAN CIKINI

MASSA JENIS Massa jenis atau kerapatan suatu zat didefinisikan sebagai perbandingan massa dengan volum zat tersebut

m  V

Keterangan: ρ = massa jenis zat (kg/m3) m = massa zat kg

V = volum zat m3 Satuan massa jenis zat sering juga dinyatakan dengan I g/cm 3 1 g/cm3 = 1000 kg/m3

Hal.: 2

Isi dengan Judul Halaman Terkait

Adaptif

TEKANAN Tekanan adalah gaya per satuan luas A

gaya tekanan  luas

F p A F=w

Keterangan: p = tekanan (N/m 2) atau Pascal (Pa) F = gaya N A = luas bidang tekan m 2

Hal.: 3


Adaptif

TEKANAN HIDROSTATIS Tekanan zat cair dalam keadaan diam disebut tekanan hidrostatis

p   gh

h

air x

Keterangan: ρ = massa jenis zat cair (kg/m 2) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2) h = kedalaman zat cair diukur dari permukaannya ke titik yang diberi tekanan (m) p = hydrostatic pressure (N/m 2)

Berdasarkan rumus tekanan hidrostatis di atas, diketahui bahwa tekanan hidrostatis bergantung pada massa jenis zat cair, ketinggian atau kedalaman zat cair, serta percepatan gravitasi bumi

Hal.: 4


Adaptif

TEKANAN HIDROSTATIS Kegiatan ilmiah

air

lubang pancaran air

Hal.: 5

Kekuatan pancaran air atau pancaran zat cair ini ditentukan oleh besarnya tekanan dalam air atau zat cair tersebut. Hal ini berarti semakin dalam suatu tempat dalam air atau zat cair dari permukaannya, maka semakin besar tekanan hidrostatisnya


Adaptif

HUKUM POKOK HIDROSTATIS

Source: http://superphysics.netfirms.c om/t240754a.jpg

Setiap titik yang terletak pada bidang datar di dalam suatu zat cair memiliki tekanan hidrostatis yang sama

Hal.: 6


Adaptif

HUKUM POKOK HIDROSTATIS Sebuah tabung berbentuk U berisi minyak dan air, seperti tampak pada gambar di bawah: minyak

air

hA A

hB B

Titik A dan titik B berada pada suatu bidang datar dan dalam suatu jenis zat cair. Berdasarkan hukum pokok hidrostatis maka kedua titik tersebut memiliki tekanan yang sama, sehingga: pA = pB

Keterangan: ρoil = massa jenis minyak ρwater = massa jenis air hA = tinggi kolom minyak hB = tinggi kolom air

Hal.: 7

ρminyak g hA = ρair g hB ρminyak hA = ρair hB

ρair

hA  ρminyak hB


Adaptif

HUKUM PASKAL

Tekanan yang diberikan kepada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dan semua bagian ruang tersebut dengan sama besar Contoh pemakaian hukum paskal

F1 Keterangan: F2  A 2 F = gaya pada A (N) 1 1 A1 A

F1

2

A1

F2

F2 = gaya pada A2 (N) A1 = luas penampang 1 (m 2) A2 = luas penampang 2 (m 2)

Azas dongkrak hidrolik Source: http://home.wxs.nl/~ brink494/hydr.htg/pasc al.gif

Hal.: 8


Adaptif

HUKUM ARCHIMEDES Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair atau zat cair lain akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya

FA = wbf

FA = ρf Vbf g

Hal.: 9

Keterangan: FA = gaya ke atas wbf = berat zat cair yang dipindahkan

Keterangan: ρf = massa jenis fluida Vbf = volum zat cair yang dipindahkan g = percepatan gravitasi bumi


Adaptif

HUKUM ARCHIMEDES

FA air

w Benda tenggelam

FA < w mf g < mb g Vf ρ f g < V b ρ b g ρf < ρb

Hal.: 10

Sebuah benda dikatakan tenggelam jika benda tersebut tercelup seluruhnya dan berada di dasar suatu zat cair

Keterangan: m b = massa benda m f = massa zat cair yang dipindahkan Vb = volum benda Vf = volum zat cair yang dipindahkan ρb = massa jenis benda ρf = massa jenis zat cair


Adaptif

HUKUM ARCHIMEDES

FA air

w Benda melayang

FA = w mf g = mb g Vf ρ f g = V b ρ b g ρf = ρb

Hal.: 11

Sebuah benda dikatakan melayang jika benda tersebut tercelup seluruhnya tetapi tidak mencapai dasar dari zat cair tersebut Keterangan: m b = massa benda m f = massa zat cair yang dipindahkan Vb = volum benda Vf = volum zat cair yang dipindahkan ρb = massa jenis benda ρf = massa jenis zat cair


Adaptif

Hukum archimedes

FA

water

w

FA = w mf g = mb g Vf ρf g = Vb ρb g

karena Vf < Vb maka ρf > ρb

Vf ρb  ρf Vb

Benda terapung

Sebuah benda dikatakan terapung jika benda tersebut tercelup sebagian di dalam zat cair

Hal.: 12


Adaptif

TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel sejenis disebut kohesi; sedangkan gaya tarik tarik-menarik antara partikelpartikel yang tidak sejenis disebut adhesi.

Tiap partikel dalam zat cair ditarik oleh gaya yang sama besar kesegala arah oleh partikel-partikel didekatnya, sehingga resultan gaya yang bekerja pada partikel sama dengan nol.

Hal.: 13


Adaptif

TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR Tegangan permukaan dapat diartikan sebagai besar gaya yang dialami pada permukaan zat cair per satuan panjang.

oil

F    Keterangan:

w1 w2

Selapis air sabun

Hal.: 14

  tegangan permuakaan F  gaya   panjang


Adaptif

KAPILARITAS Peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler dinamakan kapilaritas

air

kohesi < adhesi

raksa

kohesi > adhesi

Air dalam pipa kapiler akan terus naik sampai tercapai keseimbangan, yakni berat air yang diangkat seimbang dengan gaya adhesi. Sedangkan peristiwa turunnya raksa di dalam pipa kapiler terjadi karena kohesi antara partikel-partikel raksa lebih besar daripada adhesi antara partikel raksa dengan partikel kaca. Hal.: 15


Adaptif

KAPILARITAS Banyaknya kenaikan atau penurunan zat cair pada pembuluh/pipa kapiler dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut. Keterangan: h = kenaikan atau penurunan zat cair (m)

2  cosθ h ρ gh

 = tegangan permukaan (N/m)   massa jenis zat (kg/m 3)  = sudut kontak g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari pipa kapiler (m)

Hal.: 16


Adaptif

VISKOSITAS FLUIDA DAN HUKUM STOKES Ukuran kekentalan suatu fluida dinyatakan dengan viskositas. Keterangan:

Ff = k h v

Ff = gaya gesekan fluida (N) k = koefesien (tergantung pada geometrik benda) h = koefesien viskositas (Pa s) v = kecepatan gerak benda (m/s)

Persamaan gaya gesekan fluida untuk benda berbentuk bola dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ff = 6 k r h v

Hal.: 17


Adaptif

VISKOSITAS FLUIDA DAN HUKUM STOKES Perhatikan gambar di bawah ini!

arah gerak FA FA

oil

f w=mg

Pada saat benda bergerak dengan kecepatan terminal, pada benda tersebut bekerja tiga buah gaya, yaitu gaya berat, gaya ke atas yang dikerjakan fluida, dan gaya gesekan fluida SF = 0 + m g – FA – Ff = 0 m g – FA = Ff Ff = m g – Ff

Hal.: 18


Adaptif

VISKOSITAS FLUIDA DAN HUKUM STOKES

2r g  ρb  ρ f vT  9 η 2



Keterangan: vT = kecepatan terminal (m/s) h  viskositas fluida (Ns/m 2)  b = massa jenis benda (kg/m 3)  f = massa jenis benda (kg/m 3) g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari bola (m) Hal.: 19


Adaptif

TERIMA KASIH

Hal.: 20


Adaptif

DINAMIKA FLUIDA FISIKA

SMK PERGURUAN CIKINI

ALIRAN LAMINER DAN TURBULEN Garis alir pada fluida mengalir terdapat dua jenis, yaitu: 1. Aliran laminar adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis lurus atau melengkung yang jelas ujung dan pangkalnya serta tidak ada garis lurus yang bersilangan.

Source: http://www.math.ucsb.edu/~hdc/res/rhomesh.gif

Aliran laminer dan aliran turbulen

2. Aliran turbulen adalah aliran fluida yang ditandai dengan adanya aliran berputar dan arah gerak partikelnya berbeda, bahkan ber-lawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida.

Hal.: 2

DINAMIKA FLUIDA

Dikreasi oleh Abdul Rohman

PERSAMAAN KONTINUITAS Apabila suatu fluida mengalir dalam sebuah pipa dengan luas penampang A dan kecepatan aliran fluidanya v, maka banyaknya fluida (volum) yang mengalir melalui penampang tersebut tiap satuan waktu dinamakan debit. Dalam bentuk persamaan debit dinyatakan sebagai berikut:

Q Av Keterangan: Q = debit aliran fluida (m3/s) V = volum fluida yang mengalir (m 3) t = waktu (s) v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Hal.: 3

DINAMIKA FLUIDA

dan

V Q t


PERSAMAAN KONTINUITAS Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak melewati pipa yang mempunyai luas penampang yang berbeda maka volum fluida yang melewati setiap penampang itu sama besar dalam selang waktu yang sama. Persamaan kontinuitas menyatakan bahwa pada aliran fluida ideal, hasil kali laju aliran fluida dengan dengan luas penampangnya adalah konstan.

Q1  Q2 A1 v1  A2 v2 Hal.: 4

Keterangan: Q1 = debit aliran fluida bagian 1 (m 3/s) Q2 = debit aliran fluida bagian 2 (m 3/s) A1 = luas penampang bagian 1 (m 2) A2 = luas penampang bagian 2 (m 2) v1 = kecepatan cairan bagian 1 (m/s) v2 = kecepatan cairan bagian 2 (m/s) DINAMIKA FLUIDA


PERSAMAAN KONTINUITAS Contoh 1. Kecepatan rata-rata aliran air pada sebuah selang yang berdiameter 4 cm is 4 m/s. Hitung jumlah fluida (air) yang mengalir tiap detik (Q)! Penyelesaian d = 4 cm  r = 2 cm = 2 x 10-2 m v = 4 m/s Q = …? Q = A v = p r2 v

= 3,14 (2 x 10-2 m) x 4 m/s = 5,024 m3/s Hal.: 5

DINAMIKA FLUIDA


PERSAMAAN KONTINUITAS 2. Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit dengan diameter 8 cm. Jika kecepatan aliran di bagian pipa yang berdiameter besar 10 cm/s, hitung kecepatannya di ujung yang kecil.

Penyelesaian d1 = 12 cm  r = 6 cm = 6 x 10-2 m d2 = 8 cm  r = 4 cm = 2 x 10-2 m A1 = p r12 = 3,14 x (6 cm)2 = 113, 04 cm 2 A1 = p r12 = 3,14 x (4 cm)2 = 50,24 cm 2 V1 = 10 cm/s and v2 = …? A1 v1 = A2 v2 113,04 cm 2 x 10 cm/s = 50,24 cm 2 Hal.: 6

DINAMIKA FLUIDA

1130,4 v2  50,24 v 2  22,5 cm

s


AZAS BERNOULLI

Tekanan fluida tempat yang kecepatannya besar lebih kecil daripada tekanan fluida di tempat yang kecepatan-nya kecil. Persamaan bernoulli

p   g h  12  v 2  konstan

Keterangan: p = tekanan (N/m2)  = massa jenis fluida (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = ketinggian fluida dari titik acuan (m) v = kecepatan fluida (m/s) Hal.: 7

DINAMIKA FLUIDA


AZAS BERNOULLI Terdapat dua kasus istimewa berkenaan dengan persamaan Bernoulli. 1. Fluida diam atau tidak mengalir (v 1 = v 2 = 0)

p1  p2   g (h2  h1 ) Persamaan ini menyatakan tekanan hidrostatis dalam zat cair pada kedalaman tertentu. Keterangan: p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m 2) h1 dan h2 = tinggi tempat 1 dan 2 (m)  = massa jenis fluida (kg/m3) g = gravitasional acceleration (m/s2) Hal.: 8

DINAMIKA FLUIDA


AZAS BERNOULLI 2. Fluida mengalir pada pipa horisontal (h 1 = h2 = h)

p1  p 2 

1  (v 2 2  v1 2 ) 2

Persamaan ini menyatakan jika v 2 > v 1, maka p1 > p2 yang berarti jika kecepatan aliran fluida disuatu tempat besar maka tekanan fluida di tempat tersebut kecil dan berlaku sebaliknya. Keterangan: p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m 2) v1 dan v 2 = kecepatan pada 1 dan 2 (m)  = massa jenis fluida (kg/m3) g = gravitasional acceleration (m/s2) Hal.: 9

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Menentukan kecepatan dan debit semburan air pada tangki yang berlubang

v

air

Hal.: 10

h Q = A.v

2 gh

Q  A 2 gh Keterangan: Q = aliran debit m 3/s v = kecepatan semburan air pada pada bocoran itu m/s h = tinggi air di atas lubang m g = percepatan gravitasi m/s2 A = luas panampang lubang bocoran m 2 DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Contoh Sebuah tangki berisi air setinggi 1,25 m. Pada tangki terdapat lubang kebocoran 45 cm dari dasar tangki. Berapa jauh tempat jatuhnya air diukur dari tangki (g =10 m/s2)?

Kecepatan air dari lubang bocor :

Penyelesaian

v  2 g (h1  h2 )

1,25 m

air 1,25 cm

h1 = 1,25 m

 210 m / s 2 (125 m  0,45 m)

h2 = 45 cm = 0,25 m

 20 m / s 2 (0,80 m)

v = …?

 16 m 2 / s 2  4 m / s

Hal.: 11

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Lintasan air merupakan bagian dari gerak parabola dengan sudut a = 0o (v0 arah mendatar)

y  v 0 sin at  12 g t 2 0,45 m  0  12 (10 m / s 2 ) t 2 0,45 m  5 m / s 2 t 2 t t

0 , 45 m

x  v 0 (cosa )t

5 m / s2

 ( 4 m / s )(1)(0,3 s )  1,2 m

0,9 s 2

t  0,3 s Jadi, air jatuhnya 1,2 m dari tangki. Hal.: 12

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Venturimeter flow velocity v1

Source:www.google.com

demonstration Hal.: 13

flow velocity v2

v1 

2( P1  P2 )  [( A1 / A2 ) 2  1]

Keterangan: p1 = tekanan pada titik 1 N/m 2 p2 = tekanan pada titk 2 N/m 2  = massa jenis fluida kg/m 3 v1 = kecepatan fluida pada titik 1 m/s A1 = luas penampang 1 m 2 A2 = luas penampang 2 m 2 DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Contoh Sebuah venturimeter memiliki luas penampang besar 10 cm2 dan luas penampang kecil 5 cm 2 digunakan untuk mengukur kecepatan aliran air. Jika perbedaan ketinggian permukaan air 15 cm. Hitunglah aliran air dipenampang besar dan penampang kecil (g = 10 m/s2)?

15 cm

v1

v2 A2

A1

Hal.: 14

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Penyelesaian A1 = 10 cm 2 = 10 x 10-4 m 2 A2 = 5 cm2 = 5 x 10-4 m 2 h = 15 cm = 15 x 102 m g = 10 m/s2, v2 = …? v 



2gh  A1   A2

Untuk menentukan kecepatan v2, gunakan persamaan kontinuitas:

A1v1  A2 v 2 A1 v2  v1 A2 10  10  4 m 2  1 m / s 4 2 5  10 m  2 m/s

2

   1 

2  10 m / s 2  15  10  2 m

Hal.: 15

 10  10 m  4 2  5  10 m 4

2

2

   1 

Jadi, laju aliran gas oksigen dalam pipa adalah 97,52 m/s. DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Penyemprot nyamuk Ketika penghisap pompa ditekan, udara dari tabung selinder dipaksa keluar melalui lubang sempit. Udara yang keluar dari lubang sempit ini mempunyai kecepatan tinggi sehingga menurunkan tekanan udara dibagian atas nosel. tekanan rendah

lubang tekanan atmosfer

Hal.: 16

Karena tekanan udara di atas nosel lebih kecil daripada tekanan udara pada permukaan caiaran di dalam tabung, maka cairan akan menyemprot keluar melalui nosel.

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Contoh Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas oksigen yang mempunyai massa jenis 1,43 kg/m 3 dalam sebuah pipa. Jika perbedaan tinggi zat cair pada kedua kaki manometer adalah 5 cm dan massa jenis zat cair adalah 13600 kg/m 3, Hitunglah kelajuan aliran gas pada pipa tersebut! (g = 10 m/s 2)

Penyelesaian  = 1,43 kg/m 3

v 

’= 13600 kg/m 3 h = 5 cm = 0,05 m g = 10 m/s2 v =...? Hal.: 17



2  ' gh

 2  13600 kg / m 3  10 m / s 2  0,05 m 1,43 kg / m 3

 97,52 m / s DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Tabung pitot Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara.

v

2  ' gh



Keterangan: h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair di dalam manometer (m) g = percepatan gravitasi (m/s2)  = massa jenis gas (kg/m 3) ’ = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m 3) v = kelajuan aliran udara atau gas (m/s)

Hal.: 18

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Gaya angkat sayap pesawat terbang F2 = p2 A

v2

F1 = p1 A v 1

Sesuai dengan azas Bernoulli, apabila kelajuan aliran udara pada bagian atas sayap lebih besar daripada kelajuan aliran udara pada bagian bawah sayap, maka tekanan udara bagian atas sayap lebih kecil daripada tekanan udara dibagian bawah sayap..

F1  F2  ( p1  p2 ) A

Keterangan: F1 = gaya dorong peasawat ke atas (N) F2 = daya dorong pesawat ke bawah (N) F1 – F2 = gaya angkat ke bawah (N) p1 = tekanan pada sisi bagian bawah (N/m 2) p2 = tekanan pada sisi bagian atas (N/m 2) A = luas penampang sayap (m 2) Hal.: 19

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Persamaan gaya angkat di atas dapat pula dinyatakan sebagai berikut:

1 2 2 F1  F2   (v 2  v1 ) A 2 Keterangan: F1 = gaya dorong pesawat ke atas (N) F2 = gaya dorong pesawat ke bawah (N) F1 – F2 = gaya angkat pesawat (N) v 1 = kecepatan udara di bawah sayap (m/s) v 2 = kecepatan udara di atas sayap (m/s)  = massa jenis udara (kg/m3)

Hal.: 20

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI Contoh Jika kecepatan aliran udara dibagian bawah sayap pesawat 60 m/s, berapakah kecepatan dibagian atasnya jika tekanan ke atas yang diperolehnya adalah 10 N/m 2? ( = 1.29 kg/m3)

Hal.: 21

DINAMIKA FLUIDA


PENERAPAN AZAS BERNOULI p1  12  v1   g h1  p2  12  v2   g h2 2

Penyelesaian p2 – p1 = 10 N/m

v2 = 60 m/s h1 = h2 v1 = …?

1 2

2

 (v12  v2 2 )  p2  p1 v1  v2  2

2

2( p2  p1 )



v1  v2  2

2

2( p2  p1 )



2 (10) N / m 2  (60 m / s )  1,29 2

v1  3615,5 m 2 / s 2  60,13 m / s Jadi, kecepatan aliran udara dibagian atas sayap pesawat adalah 60,13 m/s Hal.: 22

DINAMIKA FLUIDA


DINAMIKA FLUIDA Latihan! 1. Massa jenis bola yang memiliki berat 0,5 kg dengan diameter 10 cm adalah…. 2. Tekanan hidrostatis pada permukaan bejana yang berada 30 cm di bawah permukaan air yang massa jenisnya 100 kg/m3 dan g = 9,8 m/s2 adalah …. 3. Debit fluida memiliki dimensi…. 4. Sebuah tangki yang tingginya 4 m dari tanah diisi penuh dengan air. Sebuah katup (kran) berada 3 meter di bawah permukaan air dalam tangki tersebut. Bila katup dibuka, berapakah kecepatan semburan? Hal.: 23

DINAMIKA FLUIDA


Hal.: 24

DINAMIKA FLUIDA


FISIKA STATIKA FLUIDA SMK PERGURUAN CIKINI

Recommend Documents