FLUIDA

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

1. Apa pengertian dari Fluida Statis dan fluida dinamis
2. Apa sifat- sifat Fluida Statis
3. Apa itu Tekanan Hidrostatis
4. Apa saja besaran-besaran dalam fluida dinamis

C.      Tujuan Penulisan

Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka tujuan penulisan makalah ini yaitu :

1. Untuk mengetahui pengertian dari Fluida Statis dan fluida dinamis
2. Untuk mengetahui sifat- sifat fluida
3. Untuk mengetahui pengertian tekanan hidrostatis
4. Untuk mengetahui besaran- besaran dalam fluid.

BAB II

PEMBAHASAN

A.      Fluida Statis

1. 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.

1. 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.

ρ =m/V

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.

2. 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.

3. 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.

4. 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

 

5. 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.

6. 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.

7. 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.

1. 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.

2. 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

3. 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

1. 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)

2. 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:

1. 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.
2. 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.]