STATIKA FLUIDA DENGAN MEDIA VIRTUAL Pendahuluan Pelatihan bagi para Instruktur Guru Sains (IPA) atau Diklat IPA lainnya selama ini, masih menggunakan sistem konvensional khususnya dalam penggunaan alat-alat IPA untuk pembelajaran. Hal ini masih tetap relevan mengingat pembelajaran sains tanpa percobaan pada gilirannya kurang menghasilkan siswa yang mumpuni/kompeten dalam memahami sains itu sendiri. Pembelajaran sains akan lebih baik dan menarik bagi siswa jika guru menggunakan berbagai metode yang kreatif dan inovatif. Misalnya dalam menjelaskan mengenai materi Satika Fluida secara manual dan virtual (komputer). • Apa itu Satika Fluida ? • Mengapa Satika Fluida dalam fisika perlu dipelajari ? • Bagaimana memahami Satika Fluida dalam fisika secara manual dan virtual ? • Dan lain-lain Dari beberapa contoh pertanyaan di atas, nampak bahwa ada pertanyaan yang tidak bisa dijelaskan secara teori saja, bahkan dengan percobaan pun kadang-kadang ada yang sulit untuk dibuktikan. Dalam kegiatan pelatihan yang sangat singkat ini, saya ingin mencoba menyajikan materi ini dengan bantuan komputer khususnya mengenai Satika Fluida secara manual dan virtual. Pembelajaran dengan bantuan komputer (CAI = Computer Assisted Instruction), ada kelemahan dan keunggulannya. Sejumlah studi mengenai hal ini menunjukkan bahwa hasil belajar menggunakan bantuan komputer ternyata lebih baik. 1. Tinjauan teoritis A. Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh zat cair pada kedalaman h.
Dititik B : Bila tekanan udara luar adalah Po Tekanan hidrostatis: 1
Ph = ρ g h Tekanan total P = Po + Ph = Po + ρ g h Satuan-satuan tekanan : 1 Pa = 1 N/m 2 Pair = 1gr/cm3; Massa jenis = ρ = m/V Berat jenis = BJ = ρ g
1 atm = 76 cmHg = 1,013 x 105 N / m2 Phg = 13,6 gr/cm3 V = volume benda
B. Hukum Pascal " Tekanan yang diberikan pada fluida akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata".
Tekanan P = F/A, maka untuk fluida berlaku
C. Hukum Archimedes
Benda di celupkan dalam fluida mendapat gaya ke atas sebesar berat fluida yang di tercelup". Gaya Archimedes : FA = ρ VA g 2
dengan : VA = Bagian volume benda yang tercelup. ρ = Massa jenis fluida Bagian volume benda yang tercelup sama dengan volume zat cair yang dipindahkan. Bila V/Vtot menyatakan seberapa bagian benda yang tercelup, maka ρ benda = (V/Vtot) ρ fluida D. Tegangan permukaan : • •
Timbul karena molekul-molekul zat cair di permukaan ditarik oleh molekul-molekul yang lebih dalam. Merupakan gaya yang dialami zat cair tiap satuan panjang zat cair tersebut.
dengan ,W = berat jarum; L = panjang jarum
E. Kapilaritas • Permukaan zat cair dalam pipa kapiler dapat naik atau turun.
3
Tinggi kenaikan / penurunan zat cair
engan : r
= jari-jari pipa θ g ρ γ
= sudut kontak = percepatan = massa jenis zat cair = tegangan permukaan
Contoh tampilan secara virtual : 1. Gaya Apung di dalam Cairan (Buoyant Force in Liquids) Versi Inggris : This Java applet shows a simple experiment concerning the buoyancy in a liquid: A solid body hanging from a spring balance is dipped into a liquid (by dragging the mouse!). In this case the measured force, which is equal to the difference of weight and buoyant force, is reduced. You can change (within certain limits) the preselected values of base area, height and densities by using the appropriate text fields. After you have pressed the "Enter" key, the program will indicate the new values of depth, replaced volume, buoyant force, weight and measured force. A gravitational acceleration of g = 9.81 m/s2 was presupposed. If you see the words "Maximum exceeded!" (red letters), you have to choose an adequate measuring range.
4
Law of Archimedes: The buoyant force is equal to the weight of the replaced liquid or gas.
Versi Indonesia : Program Java Applet ini menunjukkan suatu eksperimen sederhana mengenai gaya apung di (dalam) suatu cairan: Suatu benda padat yang menggantung dari suatu neraca pegas terbaca sepintas lalu suatu cairan dengan menyeret mouse). Dalam hal ini gaya yang diukur, yang mana sepadan dengan perbedaan berat/beban dan gaya apung, sehingga berkurang. Anda dapat merubah ( di dalam batas tertentu) nilai-nilai area dasar yang preselected, kepadatan dan tingginya dengan menggunakan bidang teks yang sesuai. Setelah anda sudah menekan "enter" , program akan menandai (adanya) nilai-nilai kedalaman yang baru, menggantikan volume, gaya apung, berat/beban dan mengukur gaya. Suatu percepatan gravitasi g = 9.81 m/s2 disyaratkan. Jika anda lihat kata-kata " Terlewati maksimum!" ( merah), anda harus memilih suatu batas-ukur cukup. Hukum Archimedes: Gaya yang menekan sama dengan berat/beban dari cairan atau gas yang dipindahkan 2. Tekanan Hidrostatik di dalam Cairan (Hydrostatic Pressure in Liquids) Versi Inggris : In this Java simulation the hydrostatic pressure of a liquid is measured with an U-tube manometer. On the upper side of the red coloured chamber there is a membrane which is deformed more or less, depending on the pressure. Consequently the pressure of the air in the connected tube (pink) increases so that the liquid sinks in the left part of the U-shaped tube and rises in its right part. The displacement of the liquid's level measures the hydrostatic pressure. Remark 1: It is supposed that the liquids in the U-shaped tube and in the container are the same. Remark 2: Note that only the hydrostatic pressure of the liquid is registered, not the pressure of the air!
5
The problem of this simulated experiment is the relation between hydrostatic pressure and depth. You can raise or lower the manometer with pressed mouse button. On the right side it is possible to select one of several liquids. In addition, you can write the values of density and depth directly into the text fields. On the lower right the applet will indicate the measured hydrostatic pressure (in hPa). (1 hPa = 1 Hektopascal = 100 Pa = 100 N/m2)
Versi Indonesia : Di (dalam) Program Java applets ini Simulasi berupa tekanan hidrostatik suatu cairan diukur dengan suatu pipa-U Manometer. Pada bagian sebelah atas dari ruang [yang] diwarnai merah ada suatu selaput yang mana dapat diubah bentuk kurang lebih, tergantung pada tekanan [itu]. sebagai konsekwensi tekanan dari udara di (dalam) tabung yang dihubungkan ( merah muda) akan meningkat sedemikian sehingga cairan meresap yang ditinggalkan bagian dari bentuk-U Tabung dan kenaikan dalam akan memisahkannya. Penggantian dari tingkatan cairan untuk mengukur tekanan hidrostatik. Komentar 1: [Itu] dikira bahwa cairan di (dalam) bentuk-U Tabung dan di (dalam) kontainer menjadi sama. Komentar 2: Bahwa hanya tekanan hidrostatik dari cairan dicatat, bukan tekanan dari udara! Permasalahan dalam simulasi eksperimen ini menjadi hubungan antara tekanan hidrostatik dan kedalaman. Anda dapat menaikkan atau menurunkan manometer dengan tombol mouse ditekan. Pada sisi kanan sisi adalah mungkin untuk memilih salah satu beberapa cairan. Sebagai tambahan, anda dapat tulis nilai-nilai kedalaman dan kepadatan secara langsung ke dalam bidang teks. Pada bagian atas yang lebih rendah membetulkan applet akan menandai (adanya) tekanan hidrostatik yang diukur ( di dalam: hPa). ( 1 hPa= 1 Hektopascal= 100 Nilai= 100 N/M2) Anda dapat lihat bahwa tekanan hidrostatik air meningkat dengan sekitar 1 hPa untuk masing-masing cm kedalaman. Rumusan berikut dinyatakan secara umum: 6
p = grh p ... Tekanan Hidrostatik (Pa); hydrostatic pressure of the liquid g ... Percepatan gravitas (m/s2); gravitational acceleration r ... Rapat massa (kg/m3); density of the liquid h ... Ketinggian (m) ; depth
7
Daftar Pustaka : 1. http: //www.lightlink.com. Sergey Kiselev and Tanya Yanovsky-Kiselev , © Copyright 1997Last modified: June 20, 1997 2. http://rokk.princeton.edu. 3. http//: www.fi.itb.co.id. 4. www.e-dukasi.net 5. SPMB 2003
8
