BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Suatu zat yang
mempunyai kemampuan mengalir dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis
fluida yang mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih
merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan
fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan.
Fluida
dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan
menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka
akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida statis misalnya di air
tempayan. Berdasarkan uraian diatas, maka pada makalah ini akan dibahas
mengenai fluida statis.
B. Rumusan
Masalah
Dari latar belakang di atas dapat
diambil rumusan permasalahan yaitu
- Apa
pengertian dari Fluida Statis dan fluida dinamis
- Apa
sifat- sifat Fluida Statis
- Apa
itu Tekanan Hidrostatis
- Apa
saja besaran-besaran dalam fluida dinamis
C. Tujuan
Penulisan
Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka
tujuan penulisan makalah ini yaitu :
- Untuk
mengetahui pengertian dari Fluida Statis dan fluida dinamis
- Untuk
mengetahui sifat- sifat fluida
- Untuk
mengetahui pengertian tekanan hidrostatis
- Untuk
mengetahui besaran- besaran dalam fluid.
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Fluida Statis
- Pengertian
Fluida Statis
Sebelumnya
kita harus mengetahui apa itu fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir.
Kata Fluida mencakup zat cair, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir,
sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan
kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Susu,
minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat
dikelompokan 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 satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin
merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida
merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap
hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya.
Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di
atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya.
Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh
manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Adapun
pengertian dari Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak
bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan
kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa
partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga
tidak memiliki gaya geser.
Contoh
fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak
sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang
tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain
yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak
sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel
di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.
2.
Sifat- Sifat Fluida
Sifat
fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam
keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya, massa
jenis, tegangan permukaan, tekanan dan
tekanan hidrostatis, hukum pascal, hukum archimedes,
kapilaritas, dan viskositas.
- Massa
Jenis
Pernahkah Anda
membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih
berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena
segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi.
Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu
besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda
memiliki 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. Jadi massa jenis adalah 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 memiliki
massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah
daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya
air).
Satuan SI massa jenis
adalah kilogram per meter kubik (kg·m-3).
Massa jenis berfungsi
untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu
zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
|
Secara matematis, massa jenis dituliskan
sebagai berikut:
Dengan: m
= massa (kg atau g),
V = volume (m3 atau cm3), dan
ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).
Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya
dapat dilihat pada Tabel berikut.
Tabel
Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
No.
|
Nama Bahan
|
Massa Jenis (g/cm³)
|
1.
|
Air
|
1,00
|
2.
|
Gliserin
|
1,26
|
3.
|
Alumunium
|
2,7
|
4.
|
Kuningan
|
8,6
|
5.
|
Baja
|
7,8
|
6.
|
Perak
|
10,5
|
7.
|
Benzena
|
0,9
|
8.
|
Platina
|
21,4
|
9.
|
Besi
|
7,8
|
10.
|
Raksa
|
13,6
|
11.
|
Emas
|
19,3
|
12.
|
Tembaga
|
8,9
|
13.
|
Es
|
0,92
|
14.
|
Timah hitam
|
11,3
|
15.
|
Etil alkohol
|
0,81
|
16.
|
Udara
|
0,0012
|
Di dalam
fluida atau zat cair, sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih besar dari
air maka benda itu akan tenggelam, sebaliknya bila sebuah benda memiliki massa
jenis lebih kecil dari air maka benda itu akan terapung. Pada kondisi tertentu,
ketika massa jenis benda sama atau hampir sama dengan massa jenis air, maka
benda itu akan melayang di dalam air.
- Tegangan
permukaan
Tegangan permukaan
disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di
bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya,
tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan
itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila
molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah
permukaan cairan.
Sebaliknya
jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum atau
silet, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya
ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum atau silet
tetap di permukaan air tanpa tenggelam.
Gaya ke atas
untuk menopang jarum atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian
koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang
jarum disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.
Jadi dapat kita
simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan adalah kecenderungan
permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh
suatu lapisan elastis.
- Tekanan dan Tekanan Hidrostatis
Tekanan merupakan konsep yang
tidak asing dalam kajian mekanika. Tekanan memang erat kaitannya dengan konsep
gaya. Pada tinjauan mengenai zat padat, tekanan itu sendiri didefinisikan
sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan tiap satuan luas permukaan.
Dengan kata lain, tekanan merupakan perbandingan antara gaya tekan (yang
arahnya tegak lurus bidang tekan) dan uas bidang tekannya. Secara matematis
tekanan dituliskan sebagai berikut.
dimana: P = tekanan pada suatu
permukaan (N/m2 atau pascal, Pa)
F = gaya tekan (newton, N)
A =
luas bidang tekan (m2)
Tekanan yang ditimbulkan pada
suatu permukan hanya dipengaruhi oleh berapa besar gaya tekannya dan seberapa
luas permukaan yang mengenai bidang tekan itu. Artinya, semakin besar gaya
tekannya maka semakin besar pula tekanan yang ditimbulkannya. Sebaliknya,
semakin besar luas permukaan yang mengenai bidang tekan, semakin kecil
tekanannya. Perhatikan Gambar dibawah ini!
Kedua balok di atas memiliki
ukuran dan berat yang sama. Akan tetapi balok yang diletakkan secara tegak
(berdiri) memiliki luas permukaan kontak dengan meja yang lebih kecil
dibandingkan balok yang diletakkan secara mendatar (berbaring). Oleh karena
gaya beratnya sama maka gaya tekan yang ditimbulkan pada permukaan meja akan
sama besarnya. Namun tekanan yang ditimbulkan pada meja tidak sama, dimana
tekanan yang ditimbulkan oleh balok yang diletakkan secara tegak lebih besar
dibandingkan tekanan yang ditimbulkan oleh balok yang diletakkan secara
mendatar. Hal ini dikarenakan tekanan pada suatu permukaan berbanding terbalik
dengan luas permukaan bidang tekannya, dimana luas permukaan yang lebih kecil
akan menimbulkan tekanan yang lebih besar.
Pada fluida diam, tekanan pada
suatu titik dalam fluida disebabkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas
titik tersebut. Tekanan pada fluida dinamakan tekanan hidrostatik. Tekanan
hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh fluida diam. Ketika Anda
berenang, maka Anda akan merasakan adanya tekanan air pada gendang telinga
Anda. Semakin dalam Anda menyelam, tekanan pada telinga akan semakin besar dan
Anda akan merasakan sakit di telinga. Tekanan yang Anda rasakan itu berasal
dari gaya berat air yang ada di atas Anda. Tekanan pada zat cair bertambah
seiring dengan pertambahan kedalaman. Tekanan pada fluida juga bergantung pada
kerapatan atau massa jenis fluida atau zat cair itu sendiri. Jadi, ketika Anda
menyelam pada zat cair yang kerapatannya lebih besar maka akan semakin besar
tekanan hidrostatik yang Anda rasakan.
Tekanan hidrostatik di sebuah
titik pada kedalaman h dinyatakan secara matematis dengan persamaan
berikut.
P=Po+ ρgh, dimana:
ρ = massa jenis zat cair atau
kerapatan zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman zat cair diukur dari
permukaan zat cair (m)
Persamaan di atas berlaku bila
kita tidak memperhitungkan adanya tekanan udara luar atau tekanan atmosfer yang
pada keadaan tertentu dapat diabaikan. Namun demikian pada umumnya tekanan
atmosfer juga mempengaruhi tekanan hidrostatik. Ingat bahwa tekanan hidrostatik
pada suatu titik ditimbulkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik
itu, yang berarti juga dipengaruhi oleh tekanan atmosfer.
Untuk zat cair tertentu umumnya
memiliki kerapatan tertentu, sehingga tekanan hidrostatik hanya dipengaruhi
oleh kedalamannya. Tekanan hidrostatik semakin bertambah seiring pertambahan
kedalamannya, sehingga desain sebuah dinding bendungan sengaja dibuat semakin
ke dasar semakin tebal. Hal ini untuk mengatasi besarnya tekanan hidrostatik di
dasar bendungan. Untuk menunjukkan keadaan tekanan hidrostatik pada zat cair
dapat digunakan tabung atau gelas plastik yang dibuat beberapa lubang dengan
ketinggian berbeda. Semakin ke dasar (ke dalam) posisi zat cair, maka semakin
besar tekanan hidrostatik pada posisi tersebut. Hal ini terlihat dari pancaran
air melalui lubang yang paling bawah menempuh lintasan yang paling jauh.
Tekanan hidrostatik zat cair pada
kedalaman yang sama nilainya selalu sama, bagaimanapun bentuk wadahnya. Artinya
tekanan hidrostatik dipengaruhi oleh kedalamannya saja, tidak bergantung pada
bentuk wadahnya. Tekanan pada permukaan zat cair pada masing-masing kolom
bejana berhubungan merupakan tekanan atmosfer sehingga nilainya akan selalu
sama. Oleh karena itu tekanan hidrostatik memiliki nilai yang sama karena hanya
dipengaruhi oleh kedalaman yang sama, tidak bergantung pada volume atau bentuk
setiap kolom bejana berhubungan.
Pada tinjauan mengenai gas
(udara), hampir sama dengan zat cair, dimana semakin besar ketinggian lapisan
udara (semakin tinggi posisinya), tekanan hidrostatiknya semakin rendah.
Tekanan udara di daerah pegunungan cenderung lebih rendah dibandingkan tekanan
udara di daerah pantai.
Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada
alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang digunakan untuk
mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.
1)
Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka adalah 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 berhubungan dengan tekanan atmosfir (p0).
2)
Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643
oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika dari Italia.
Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum digunakan
dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca
bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah menandakan 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 adalah
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
3) Pengukur Tekanan Ban
Alat ini digunakan 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 dapat
menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara
dalam ban.
- Hukum Pascal
Pada bagian sebelumnya telah kita
bicarakan mengenai tekanan hidrostatik, dimana tekanan yang berpengaruh
langsung pada tekanan hidrostatik adalah tekanan atmosfer (tekanan udara luar).
Bagaimana apabila ada tekanan lain yang diberikan pada permukaan zat cair yang
berada pada ruang tertutup?
Apabila pada permukaan zat cair
diberikan tekanan (sehingga terjadi perubahan tekanan), maka tekanan ini akan
diteruskan ke setiap titik dalam zat cair itu. Hal ini pertama kali diungkapkan
oleh seorang ilmuwan Perancis, Blaise Pascal (1623 – 1662) dan dinamakan hukum
Pascal, yang berbunyi “perubahan tekanan yang diberikan pada fluida akan
ditransmisikan seluruhnya terhadap setiap titik dalam fluida dan terhadap
dinding wadah”. Artinya, tekanan yang diberikan pada fluida dalam suatu ruang
tertutup akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dan sama besar.
Pada Gambar 9.9 terlihat bahwa tekanan yang diberikan pada piston bejana
sebelah kiri akan menyebabkan tekanan diteruskan oleh zat cair ke segala arah,
termasuk ke dinding bejana dan piston sebelah kanan. Oleh karena dinding bejana
cenderung kaku, maka akibatnya piston sebelah kanan mendapatkan tambahan
tekanan yang ditimbulkan oleh piston sebelah kiri. Tekanan pada penampang
piston sebelah kiri nilainya sama dengan tekanan pada penampang piston sebelah
kanan
- Hukum Archimedes
Pernahkah Anda memikirkan mengapa kapal-kapal pesiar yang terbuat dari
logam berat dapat terapung di perairan? Pertanyaan ini
merupakan salah satu pertanyaan yang dapat Anda jawab setelah mempelajari hukum Archimedes.
Seorang ilmuwan Yunani yang bernama Archimedes (287 – 212 SM) menemukan
bahwa benda-benda yang tercelup dalam air seolah-olah kehilangan beratnya. Hal
ini karena air memberikan gaya ke atas yang menopang benda secara
keseluruhan. Akan tetapi kejadian tersebut tidak hanya terjadi pada zat cair
saja, melainkan pada seluruh fluida. Berkaitan dengan gaya ke atas yang dialami benda dalam fluida ini, Archimedes mengemukakan sebuah prinsip
yang dikenal dengan hukum Archimedes, yaitu “apabila
suatu benda dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, maka benda tersebut mendapatkan gaya ke atas yang besarnya
sama dengan berat fluida yang dipindahkan atau di
desak oleh benda tersebut.
Mengapung, Melayang, dan Akan
Tenggelam
Keadaan benda mengapung,
melayang, dan akan tenggelam suatu benda dalam zat cair bergantung pada massa
jenis benda itu.
1)
Benda-benda yang mempunyai massa jenis lebih besar dari massa jenis zat
cair akan tenggelam dalam zat cair, karena benda yang tenggelam mempunyai gaya
berat yang lebih besar daripada gaya ke atasnya (W > FA) dan seluruh volume
benda tercelup ke dalam zat cair.
2)
Benda-benda yang mempunyai massa jenis yang relatif sama dengan massa jenis
zat cair akan melayang dalam zat cair, dan benda yang melayang dalam zat cair
mempunyai berat yang sama dengan gaya ke atasnya (W = FA) dan seluruh volume
benda tercelup ke dalam zat cair.
3)
Benda-benda yang mempunyai massa jenis yang lebih kecil dari massa jenis
zat cair akan mengapung dalam zat cair, dan benda yang mengapung dalam zat cair
mempunyai gaya berat yang sama dengan gaya ke atasnya, dan tidak seluruh volume
benda tercelup dalam zat cair.
Hukum Archimedes ini banyak
diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya dalam pembuatan
kapal-kapal. Berikut dipaparkan beberapa contoh pemanfaatan hukum Archimedes.
1)
Hidrometer
Hidrometer merupakan alat yang
digunakan untuk mengukur massa jenis berbagai zat cair. Nilai massa jenis zat
cair dapat diketahui dengan membaca skala yang terdapat pada tabung hidrometer.
Ketika digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair, hidrometer dicelupkan ke
dalam zat cair dan nilai massa jenis zat cair tersebut dapat ditentukan
berdasarkan nilai skala yang berhimpit dengan permukaan zat cair. Biasanya
hidrometer ini digunakan untuk mengukur massa jenis cairan asam pengisi
akumulator untuk mengetahui kepekatan asam dan menentukan pemuatan ulang
akumulator, massa jenis susu untuk mengetahui kandungan lemak di dalamnya, dan
massa jenis minuman anggur untuk mengetahui kandungan alkohol di dalamnya.
2)
Kapal Laut dan Kapal Selam
Pada dasarnya kapal laut yang
terbuat dari bahan-bahan berat dapat mengapung di laut atau perairan karena
kapal didesain sedemikian rupa sehingga mempunyai rongga. Dengan demikian,
volume air yang dipindahkan oleh kapal sangat banyak dan hal ini menyebabkan
gaya ke atas yang dialami oleh kapal sangat besar sehingga kapal tidak
tenggelam. Sedangkan untuk kapal selam dilengkapi dengan tangki khusus yang
dapat diisi oleh udara dan air. Ketika tangki ini diisi penuh dengan air, maka
berat keseluruhan kapal ini tidak dapat diimbangi oleh gaya ke atas yang
dialami oleh kapal selam, sehingga kapal selam tenggelam. Tetapi ketika
sebagian air dalam tangki dikeluarkan, maka kapal selam akan mengalami gaya ke
atas yang lebih besar, sehingga kapal selam dapat melayang dalam air dan ketika
tamgki dikosongkan, maka gaya ke atas yang dialami kapal selam semakin besar,
sehingga kapal selam dapat mengapung.
3)
Galangan Kapal
Galangan kapal merupakan alat
yang didesain untuk mengangkat kapal-kapal laut ke daratan. Galangan kapal akan
tenggelam di laut karena air laut memasuki galangan kapal. Ketika kapal akan
diangkat dengan galangan tersebut, maka kapal laut ditempatkan pada penopang
dalam galangan kapal dan air laut dikeluarkan secara perlahan, sehingga
galangan kapal akan terangkat ke atas dan kapal pada penopang galangan tersebut
segera terangkat ke atas.
- Kapilaritas
Untuk membahas
kapilaritas, perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil (pipa kapiler)
yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Kita dapat
menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain hasilnya jika kita
mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa. Permukaan air raksa
dalam tabung akan turun atau lebih rendah daripada permukaan air raksa dalam
bejana. Gejala inilah yang disebut dengan gejala kapilaritas.
Pada kejadian ini, pipa
yang digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala kapilaritas adalah
gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang
berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca
yang berbentuk cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa
yang berbentuk cembung disebut meniskus cembung.
Penyebab dari gejala
kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antar
molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan
yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak menolak, sedangkan adhesi adalah
gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan
antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena
molekulnya saling tarik menarik atau merekat.
Pada gejala kapilaritas
pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air dengan
kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya, pada gejala
kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil daripada kohesi
antar partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan
dinding kaca akan lebih besar daripada sudut kontak air dengan dinding kaca.
Kenaikan atau penurunan
zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang
bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Berikut ini beberapa contoh yang
menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari:
1) Naiknya
minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan.
2) Kain
dan kertas isap dapat menghisap cairan.
3) Air
dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh kayu.
Selain keuntungan, kapilaritas dapat
menimbulkan beberapa masalah berikut ini :
1) Air hujan
merembes dari dinding luar, sehingga dinding dalam juga basah.
2) Air dari dinding
bawah rumah merembes naik melalui batu bata menuju ke atas sehingga dinding rumah
lembab.
- Viskositas
Viskositas merupakan
pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun
tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah
"Ketebalan" atau "pergesekan internal". Oleh karena itu,
air yang "tipis", memiliki viskositas lebih rendah, sedangkan madu
yang "tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas
suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas
menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat
dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida.
Seluruh fluida (kecuali
superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut
kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan
disebut fluide ideal.
B. Fluida
Dinamis
1. Pengertian
Fluida Dinamis
Fluida
dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk
memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai
kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami
perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami
putaran-putaran).
Dalam
kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis
ini.
- Fluida ideal
Sebelumnya kita telah
membicarakan fluida yang diam atau fluida statik. Kini kita akan melamjutkan
pembahasan kita mengenai fluida, yaitu fluida yang bergerak atau fluida
dinamik. Aliran fluida dinamik dapat kita bedakan menjadi dua jenis, yaitu
aliran yang bersifat tunak atau laminar (steady) dan aliran turbulen (turbulent).
Aliran tunak merupakan salah satu jenis aliran dimana masing-masing partikel
fluida mengalir secara teratur dan tidak saling memotong, atau dengan kata lain
laju masing-masing partikel dalam aliran tunak cenderung konstan. Berbeda
halnya dengan aliran turbulen, dimana alirannya tidak teratur dengan laju
partikel yang beragam. Meninjau aliran yang turbulen sangatlah sulit, sehingga
dalam pembahasan ini hanya dibatasi pada aliran yang sifatnya tunak, atau yang
akan kita sebut fluida ideal. Sedikitnya ada empat sifat-sifat yang dimiliki
fluida ideal, diantaranya:
1)
Fluida bersifat non viskos. Pada fluida yang sifatnya non viskos, gesekan
internal antar partikel fluida diabaikan, sehingga kita menganggap tidak ada
gaya gesekan pada aliran yang sifatnya non viskos.
2)
Aliran fluida bersifat tunak. Pada fluida yang sifatnya tunak, kecepatan
masingmasin partikel fluida pada setiap titik cenderung konstan.
3)
Fluida bersifat inkompresibel. Fluida yang bersifat inkompresibel dianggap
memiliki kerapatan yang cenderung konstan.
4)
Aliran fluida bersifat irrotasional. Partikel fluida ideal dianggap tidak
berotasi (tidak memiliki momentum sudut).
Aliran partikel fluida yang
bersifat tunak biasanya dinamakan aliran streamline.
- Persamaan Kontinuitas
Suatu saat mungkin Anda pernah
menyiram tanaman dengan air yang berasal dari keran dengan menggunakan selang.
Pada saat Anda menutup sebagian mulut selang tersebut dengan jari, aliran air
menjadi semakin deras. Bagaimana hal ini bisa terjadi?
Mari kita meninjau aliran fluida
yang melalui sebuah penampang yang tidak seragam. Misalkan kita mempunyai
sebuah selang air yang ukuran diameter pangkal dan ujungnya berbeda (sebagai
analogi selang air yang ujungnya kita tutup dengan jari).
Air yang mengalir
dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau
jika ditinjau 2 tempat, maka:
Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :
A1V1= A2V2
- Hukum Bernoulli
Misalkan kita memiliki sebuah
pipa kaca yang memiliki penampang yang berbeda, yaitu penampang besar dan
penampang kecil. Pada setiap penampang yang berbeda itu terdapat kolom-kolom
vertikal yang terhubung pada bagian dasarnya dan berisi zat cair. Ketika tidak
ada aliran fluida (misalnya udara) melalui pipa horisontal, maka ketinggian zat
cair dalam kolom vertikal akan sama. Akan tetapi ketika terdapat aliran fluida
melalui pipa horisontal, ternyata ketinggian zat cair dalam kolom vertikal
menjadi tidak sama, dimana tinggi zat cair dalam kolom pada pipa yang luas penampangnya
lebih kecil menjadi lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa tekanan fluida
dalam pipa yang luas penampangnya lebih kecil adalah lebih rendah dibandingkan
tekanan fluida dalam pipa yang luas penampangnya lebih besar.
Menurut asas kontinuitas, dikatakan
bahwa pada saat aliran fluida melewati sebuah penampang yang luasnya lebih
kecil akan memiliki kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan ketika melewati
luas penampang yang lebih besar. Daniel Bernoull (1700 – 1782), seorang
fisikawan dari Swiss memberikan kesimpulan bahwa “pada fluida yang mengalir
dengan kecepatan lebih tinggi akan diperoleh tekanan yang lebih kecil”. Asas
Bernoulli membicarakan pengaruh kecepatan fluida terhadap tekanan di dalam
fluida tersebut.
Selanjutnya kita tinjau aliran
fluida ketika melewati suatu ketinggian yang berbeda serta luas penampang yang
berbeda. Menurut tinjauan secara mekanika, energi potensial yang dimiliki
fluida ketika berada di ketinggian h2 lebih besar daripada berada di ketinggian
h1. Selanjutnya Bernoulli menyatakan bahwa tekanan fluida berkurang seiring
dengan penambahan ketinggian, sehingga dapat disimpulkan bahwa tekanan fluida
pada ketinggian h2 lebih rendah dibandingkan tekanan fluida pada ketinggian h1.
Dari tinjauan-tinjauan di atas,
Bernoulli memberikan sebuah perumusan matematis yang menyatakan hubungan antara
tekanan dalam fluida, kecepatan aliran fluida dan perbedaan ketinggian
penampang adalah tetap. Perumusan matematis ini dinamakan persamaan
Bernoulli dan dituliskan sebagai berikut.
P+½PV²+ ρgh |
Dengan: P = tekanan fluida
v = kecepatan aliran
fluida
h = selisih ketinggian penampang
C. Penerapan Fluida dalam teknologi
- Pesawat
Terbang
Gaya angkat pesawat terbang
bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum
bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju
aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih
kecil daripada tekanan pesawat di bawah. Akibatnya
terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di
bawah di kali dengan luas efektif pesawat.
Keterangan: ρ =
massa jenis udara (kg/m3)
va=
kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)
vb=
kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)
F=
Gaya angkat pesawat (N)
- Penyemprot
Parfum dan Obat Nyamuk
Prinsip kerja yang dilakukan
dengan menghasilkan laju yang lebih besar pada ujung atas selang botol sehingga
membuat tekanan di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Akibatnya
cairan dalam wadah tersebut terdesak ke atas selang dan lama kelamaan akan
menyembur keluar.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil pembahasan diatas maka dapat
ditarik beberapa kesimpulan, yaitu:
- Fluida
adalah suatu bentuk materi yang mudah mengalir misalnya zat cair dan gas.
Sifat kemudahan mengalir dan kemampuan untuk menyesuaikan dengan tempatnya
berada merupakan aspek yang membedakan fluida dengan zat benda tegar.
- Dalam kehidupan sehari-hari, dapat ditemukan
aplikasi Hukum Bernoulli yang sudah banyak diterapkan pada sarana dan
prasarana yang menunjang kehidupan manusia masa kini seperti untuk
menentukan gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang, penyemprot
parfum, penyemprot racun serangga dan lain sebagainya.
B. Saran
Adapun Saran penulis sehubungan dengan
bahasan makalah ini, kepada rekan-rekan mahasiswa agar lebih meningkatkan,
menggali dan mengkaji lebih dalam tentang bagaimana fluida statis dan dinamis.
DAFTAR PUSTAKA
Daryanto. (2003). Fisika Teknik.
Jakarta: PT Rineka Cipta.
Syafar, Asfar. (2013). Fisika Dasar
Fluida Statis dan Dinamis. [online: tersedia di: http://asfarsyafar.blogspot.co.id/2013/10/makalah-fisika-dasar-fluida-statis-dan.html?m=1.]