fluida

MODUL KULIAH : MEKANIKA FLUIDA DAN

HIROLIKA

SKS : 3

Oleh :

Acep Hidayat,ST,MT.

Jurusan Teknik Perencanaan

Fakultas Teknik Perencanaan dan Desain

Universitas Mercu Buana Jakarta

2012

Mekanika Fluida Dan HidrolikaIr Acep Hidayat ST.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana‘12 1

MODUL 5

STABILITAS BENDA TERAPUNG

DAFTAR ISI

Pengantar 4

Tujuan Instruksional Umum 4

Tujuan Instruksional Khusus 4

I. LATAR BELAKANG MASALAH 5

II. PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES 10




1. Pengantar.

Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair.

Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan

pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari

bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan,

pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan

dengan bantuan tekanan suatu zat cair

2. Tujuan Instruksional Umum

Mahasiswa diharapkan dapat merencanakan suatu bangunan air berdasarkan

konsep mekanika fluida, teori hidrostatika dan hidrodinamika.

3. Tujuan Instruksional Khusus

1. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip hukum Archimedes

2. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kestabilan benda terapung

3. Mahasiswa dapat menghitung besar gaya apung dan pusat apung




II. LATAR BELAKANG MASALAH

Ilmu yang mempelajari gejala alam disebut sains. Sains berasal dari kata Latin yang

berarti mengetahui. Sains terbagi atas beberapa cabang ilmu, diantaranya adalah fisika.

Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti gerak, kalor, cahaya, bunyi, listrik, dan

magnet. Semua gejala ini berbentuk energi. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa

fisika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara materi dan energi.

Perubahan global berlangsung cukup cepat menempatkan fisika sebagai salah satu

ilmu pengetahuan yang merupakan tulang punggung teknologi terutama teknologi

manufaktur dan teknologi modern. Teknologi modern seperti teknologi informasi,

elektronika, komunikasi, dan teknologi transportasi memerlukan penguasaan fisika yang

cukup mendalam.

Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia yang

handal dalam sains dan teknologi serta memahami lingkungan sekitar melalui

pengembangan keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial, dan kegiatan

teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarahkan sumber daya

manusia untuk mampu menerjemahkan perilaku alam.

Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida

diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan

gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat

seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam

fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya

seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan

ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang

lain.

Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis.

Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep

tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal dan hukum Archimedes.

Hukum Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang



http://id.wikipedia.org/wiki/1623

http://id.wikipedia.org/wiki/1662

berasal dari Perancis. Sedangkan hukum Archimedes diambil dari nama penemunya

yaitu Archimedes (287-212 SM) yang berasal dari Italia.

Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan

manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal dan prinsip

hokum Archimedes. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut.

Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan

hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan.

Suatu benda mengapung, tenggelam, atau melayang hayna ditentukan oleh massa

jenis rata – rata benda dan massa jenis zat cair. Jika massa jenis rata – rata benda

lebih kecil daripada massa benda zat cair, benda mengapung di permukaan zat cair.

Jika massa jenis rata – rata benda lebih besar daripada massa jenis zat cair, benda

tenggelam di dasar wadah zat cair. Jka massa jenis rata rata benda sama dengan

massa jenis zat cair, benda melayang dalam zat cair diantara permukaan dan dasar

wadah zat cair.

SYARAT MENGAPUNG

KETERANGAN

pb = massa jenis benda

pf = massa jenis fluida

w = berat benda

Fa = gaya Apung

SYARAT TENGGELAM



b, rata – rata <

f

b, rata – rata >

f

w = Fa

http://id.wikipedia.org/wiki/Perancis

KETERANGAN



w = berat benda

Fa = gaya Apung

SYARAT MELAYANG

KETERANGAN



w = berat benda

Fa = gaya Apung

Pada suatu benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam zat cair, bekerja gaya

apung (Fa). Pada benda yang tercelup dalam zat cair bekerja dua buah gaya: gaya

berat w dan gaya apung Fa, sehingga

F = 0



b, rata – rata =

f

w = Fa

w > Fa

+ Fa – w = 0 atau w = Fa

Pada benda yang tenggelam , berat w lebih besar daripada gaya apung Fa.

Syarat tenggelam

Syarat mengapung sama dengan syarat melayang, yaitu berat benda sama dengan

gaya apung (w = Fa). Perbedaannya kalau mengapung hanya sebagian benda yang

tercelup dalam zat cair. Kalau pada melayang seluruh benda tercelup dalam zat cair.

MENGAPA ADA BENDA YANG TENGGELAM,MELAYANG DAN MENGAPUNG DI AIR?

Kita ambil salah satu gejala fisika yaitu “jarum jahit tenggelam jika dicelupkan ke dalam

air, sementara kapal laut yang jauh lebih berat dari jarum, tidak tenggelam, Mengapa?”

Setiap benda memiliki kerapatan tertentu (di fisika kita sebut dengan massa jenis), yaitu

perbandingan antara massa dengan volume benda tersebut. Sebagai contoh bila ada

dua kubus yang volumenya sama, yang satu terbuat dari besi dan yang kedua terbuat

dari kayu, samakah kerapatannya? Tentu tidak Massa Jenis kubus dengan volume

yang sama, akan memiliki berat yang berbeda, sehingga kalau kita bandingkan massa

dengan volumenya akan menghasilkan nilai massa jenis yang berbeda. Artinya

semakin kecil massa benda (semakin ringan), dan semakin besar volume benda

tersebut,maka semakin kecil-lah massa jenisnya.

Ketika benda dicelupkan ke dalam zat cair (dimana zat cair juga memiliki massa jenis

tertentu), maka benda tersebut akan memperoleh gaya tekan ke atas dari zat cair,

sehingga berat di air akan lebih ringan ( yang belum coba silahkan bawa benda yang



w > Fa W = Fa

W = Fa

http://www.gravitasi79.co.cc/2010/01/mengapa-ada-benda-yang.html

http://www.gravitasi79.co.cc/2010/01/mengapa-ada-benda-yang.html

cukup berat ketika di udara lalu bandingkan dengan membawanya di dalam air,sama

beratnya kah?)

benda yang memiliki volume semakin besar, maka akan memperoleh gaya tekan ke

atas semakin besar, sehingga kemungkinan benda akan mudah terangkat oleh zat cair.

Jadi ketika memperbesar angka volume bendanya tentunya akan memperkecil nilai

massa jenisnya (perhatikan rumus massa jenis). Berdasarkan konsep Archimedes kita

dapatkan tiga buah keadaan benda dalam zat cair:

1.Benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan.

2.Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama.

3.Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan.

Jadi kapal laut yang begitu volumenya begitu besar, akan memperoleh gaya angkat

lebih besar dibandingkan dengan sebatang jarum. Ini karena massa jenis kapal laut

dibuat lebih kecil (dengan memperbesar volumenya) dari massa jenis air laut sehingga

bisa terapung.

Masalah kuantitatif peristiwa mengapung

Syarat benda mengapung adalah pada saat peristiwa mengapung, volum benda yang

tercelup dalam zat cair lebih kecil daripada volum benda seluruhnya ( Vbf < Vb )

Massa jenis benda mengapung

Ini berlaku untuk benda yang mengapung dalam satu jenis fluida



b = f Vbf

Vb

Vb

b = f Vbf

Vb

Vb

II.PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES dalam kehidupan sehari – hari

Bunyi Hukum Archimedes

"Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair

yang dipindahkan".

Penemu

Archimedes dari Syracusa (sekitar 287 SM - 212 SM)

Sebagian sejarahwan matematika memandang Archimedes sebagai salah satu

matematikawan terbesar sejarah, mungkin bersama-sama Newton dan Gauss.

1) Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan.

Nilainya dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang

ditempatkan mengapung pada zat cair.

Supaya tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung

dibebani butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar

supaya volum zat cair yang dipindahkan hydrometer lebihi besar. Dengan

demikian, dihasilkan gaya apung yang lebih besar hingga hydrometer dapat

mengapung di dalam zat cair.

Hidrometer terapung di dalam cairan, sehingga berlaku:

Gaya ke atas = berat hydrometerVbffg = w, dengan berat hydrometer w tetap(Ahbf) fg = mg, sebab Vbf = Ahbf



Persamaan hydrometer:

Hidrometer : untuk mengukur berat jenis larutan.

2) Kapal Laut

Massa jenis besi lebih besar dari pada massa jenis air laut,tetapi mengapa kapal laut

yang terbuat dari besi dapat mengapung diatas air?hal ini dapat di jelaskan melalui

konsep gaya apung dan konsep massa jenis. Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat

berongga.ini menyebabkan volum air laut yang di pindahkan oleh kapal menjadi sangat

besar.gaya apung sebanding dengan volum air yang di pindahkan ,sehingga gaya

apung menjadi sangat besar.gaya apung ini mampu mengatasi berat total kapal

sehingga kapal laut dapat mengapung di permukaan laut.jika di jelaskan berdasarkan

konsep massa jenis maka massa jenis rata-rata besi rongga dan udara yang

menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut.itulah sebabnya kapal

mengapung. BAGAIMANA KAPAL LAUT BISA TENGGELAM? Kestabilan sebuah kapal

yang menapung ketika kapal miring bergantung pada posisi relative titik berat kapal G-

titk di mana berat kapal W bekerja-dan titik berat dari air yang di pindahkan , disebut

pusat gaya apung (buoyancy) B-titk dimana gaya apung U bekerja. Kapal pada posisi

stabil,B dan G terletak pada garis vertical yang sama.jika kapal miring, bentuk air yang



hbf = m

Af

digantikan oleh badan kapal berubah menyebabkan B bergerak dan karena itu

menimbulakan suatu kopel yang cenderung kepada salah satu hal:mengembalikan

kapal pada posisi stabil asalnya atau membuat kapal justru lebih miring lagi.titik

perpotongan garis vertical dari B dengan garis pusat kapal di sebut metapusat M.jika M

diatas G maka akan menghasilakn torsi yang berlawanan arah jarum jam.torsi ini akan

bertindakmengurangi kemiringan kapal,dan keseimbangan adalh stabil.jika M dibawah

G akan menghasilkan torsi yang searah jarum jam,maka akan membuat kapal lebih

miring lagi,dan keseimbangan tidak stabil.

Titik penting dalam stabilitas kapal

Diagram stabilitas kapal, pusat gravitasi (G), pusat daya

apung (B), dan Metacenter (M) pada posisi kapal tegak

dan miring. Sebagai catatan, G pada posisi tetap

sementara B dan M berpindah kalau kapal miring. Ada

tiga titik yang penting dalam stabilitas kapal, yaitu:

~ G adalah titik pusat gravitasi kapal.

~ B adalah titik pusat apung kapal.

~ M adalah metacenter kapal (titik perpotongan garis vertikal B dengan garis pusat

kapal).

3) Kapal Selam

Kapal selam mengikuti konsep gaya apung yaitu kapal selam memiliki tangki pemberat

yang terletak diantara lambung sebelah dalam dan sebelah luar.tangki ini dapat diisi

dengan udara atau air.mengatur isi tangki pemberat berarti mengatur berat total

kapal,berat total kapal selam akan menentukan apakah kapal akan mengapung atau

menyelam.

4) Balon Udara



Seperti zat cair ,udara termasuk fluida.pada balon udara di gunakan prinsip gaya

apung. Sebuah balon udara yang diisi gas panas .prinsip kerjanya adalah mula-mula

balon diisi gas panas sehingga balon menggelembung dan volumnya

bertambah.bertambahnya volum balon berarti bertambah pula volum udara yang

dipindahkan oleh balon.ini menunjukkan gaya apung bertambah besar lalu

menyebabkan balon mulai bergerak naik.setelah ketinggian yang diinginkan tercapai

maka gas panas mulai di kurangi(gaya apung =berat balon)pada saat ini balon dalam

keadaan melayang.apabila balon ingin diturunkan ketinggiannya maka gas panas di

keluarkan dari balon lalu volum balon berkurang(gaya apung lebih kecil daripada berat

balon)pada saat ini balon dalam keadaan bergerak turun. B.TEGANGAN PERMUKAAN

ZAT CAIR DAN VISKOSITAS FLUIDA Pada kehidupan sehari-hari kita sering melihat

tetes air berbentuk bola dan serangga yang dapat hinggap di permukan air,pada

subbab ini akan dijelskan masing-masing peristiwa.

B. Tegangan Permukaaan Zat Cair dan Viskositas Fluida

1. APAKAH TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR ITU?

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk

menegang,sehingga permukaanya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis

2. MENGAPA TERJADI TEGANGAN PERMUKAAN PADA ZAT CAIR?

Tegangan terjadi karena adanya gaya kohesi yaitu gaya tarik-menarik antara partikel

sejenis.kita dapat memisalkannya A mewakili partikel di dalam zat cair sedangkan B

mewakili partikel di permukaan zat cair.partikel Adi tarik oleh gaya yang sama besar ke

segala arah oleh partikel-partikel yang ada di dekatnya.sebagai hasilnya resultannya



adalah sama dengan nol. Sedangkan partikel B di tarik oleh partikel-partikelyang ada

disamping dan dibawahnya dengan gaya yang sama besar.sehingga resultannya

adalah berarah ke bawah.resultan ini menyebabkan lapisan atas seakan tertutup

selaput elastis inilah yang disebut dengan tegangan permukaan. Akibat dari tegangan

permukaan kita sering melihat tetesan air dari kran dan tetesan embun berbentuk bola

karena dengan itu terbentuk permukaan yang sempit untuk memudahkan tegangan.

Serangga dapat berjalan di atas air karena berat serangga dapat diatasioleh kulit yaitu

saat cairan membentuk kulit penutup .

Refererensi :

1. Bruce R.monson, 2004, Mekanika Fluida jilid 1 ed.4

2. Fluid Mechanics Module by Joseph Cataldo.

3. Ir. A. Soedrajat S,Mekanika Fluida dan Hidrolika



fluida

Documents