KOTA TANGERANG SELATANDINAS PENDIDIKAN

SMA NEGERI 10 TANGERANG SELATAN

Standar Kompetensi : 2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem

kontinu dalam menyelesaikan masalah

Kompetensi Dasar

2.2 Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statick dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari

PENYUSUN :LILY VEBRINA, S.SI

DAFTAR ISI

SK / KD

MATERI

PRAKTIKUM

LATIHAN

QUIZ

FLUIDA

Konsep tekanan sangat penting dalam mempelajari sifat fluida. Tekanan didefinisikan sebagai gaya tiap satuan luas. Apabila gaya F bekerja secara tegak lurus dan merata pada permukaan bidang seluas A, maka tekanan padapermukaan itu dirumuskan:

………..(7.1)

Penerapan konsep tekanan dalam kehidupan seharihari misalnya pada pisau dan paku. Ujung paku dibuat runcing dan pisau dibuat tajam untuk mendapatkan tekanan yang lebih besar, sehingga lebih mudah menancap pada benda lain.

Tekanan yang berlaku pada zat cair adalah tekanan hidrostatik, yang dipengaruhi kedalamannya. Hal ini dapat dirasakan oleh perenang atau penyelam yang merasakan adanya tekanan seluruh badan, karena fluida memberikan tekanan ke segala arah

…………(7.2)

Apabila tekanan udara luar (tekanan barometer) diperhitungkan, maka dari persamaan (7.2) dihasilkan:

……….(7.3)

dengan:P0 = tekanan udara luar (N/m2)

QUIZ 1

…………(7.4)

QUIZ 2

2. Sebuah pipa berbentuk pipa U berisi air dan minyak. Tinggi kolomminyak 20 cm dan tinggi kolom air 10 cm. Jika massa jenis air1.000 kg/m3, maka hitunglah massa jenis minyak!

Jadi, dalam Hukum Pascal dinyatakan berikut ini. “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.

Berdasarkan Hukum Pascal diperoleh prinsip bahwa dengan memberikan gaya yang kecil akan dihasilkan gaya yang lebih besar. Prinsip ini dimanfaatkan dalam pesawat hidrolik. Gambar 7.6 menunjukkan sebuah bejanatertutup berisi air yang dilengkapi dua buah pengisap yang luas penampangnya berbeda.

………(7.6)

dengan:F1 = gaya yang dikerjakan pada pengisap 1 (N)F2 = gaya yang dikerjakan pada pengisap 2 (N)A1 = luas pengisap 1 (m2)A2 = luas pengisap 2 (m2)

……………..(7.7)

QUIZ 3

Gaya sebesar 59 N pada penampang kecil suatu bejana Pascal dapat menahan benda sampai 3.776 N. Jika diameter penampang kecil 7,5 cm, maka hitunglah diameter penampang besar!

Hukum Archimedes mempelajari tentang gaya ke atasyang dialami oleh benda apabila berada dalam fluida.

Misalnya, batu terasa lebih ringan ketika berada di dalam air dibandingkan ketika berada di udara. Berat di dalam air sesungguhnya tetap, tetapi air melakukan gaya yang arahnya ke atas. Hal ini menyebabkan berat batu akan berkurang, sehingga batu terasa lebih ringan.

……………(7.8)

…………..(7.9)

PRAKTIKUM

1) Benda tenggelam

Benda dikatakan tenggelam, jika benda berada di dasar zat cair. Sebuah benda akan tenggelam ke dalam suatu zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda lebih kecil daripada berat benda.

Jadi, benda tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair

2) Benda melayang

Benda dikatakan melayang jika seluruh benda tercelup ke dalam zat cair, tetapi tidak menyentuh dasar zat cair. Sebuah benda akan melayang dalam zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda sama dengan berat benda.

Jadi, benda akan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.

3) Benda terapung

Benda dikatakan terapung jika sebagian benda tercelup di dalam zat cair.Jika volume yang tercelup sebesar Vf , maka gaya ke atas oleh zat cair yang disebabkan oleh volume benda yang tercelup sama dengan berat benda.

1) Kapal laut

Kapal laut terbuat dari baja atau besi, dimana massa jenis baja atau besi lebih besar daripada massa jenis air laut. Tetapi mengapa kapal laut bisa terapung? Berdasarkan Hukum Archimedes, kapal dapat terapung karena berat kapal sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan oleh air laut, meskipun terbuat dari baja atau besi

2) Galangan kapal

3) Hidrometer

4) Balon udara

QUIZ 4

1

Jadi, permukaan air tampak seperti kulit yang tegang. Sifat tegang permukaan air inilah yang disebut tegangan permukaan

Secara kuantitatif, tegangan permukaan didefinisikan sebagai besarnya gaya yang dialami oleh tiap satuan panjang pada permukaan zat cair yang dirumuskan:

……………(7.10)

Zat terdiri atas partikel-partikel, dan partikel dikelilingioleh partikel-partikel lainnya dengan jarak yang berdekatan.Antara partikel satu dengan yang lainnya terjadi gaya tarikmenarik. Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis disebut adhesi.

Apabila sebatang pipa dengan diameter kecil, kemudian salah satu ujungnya dimasukkan dalam air, maka air akan naik ke dalam pipa, sehingga permukaan air di dalam pipa lebih tinggi daripada permukaan air di luar pipa. Akan tetapi, jika pipa dimasukkan ke dalam air raksa, maka permukaan air raksa di dalam pipa lebih rendah daripada permukaan air raksa di luar pipa. Gejala ini dikenal sebagaigejala kapilaritas, yang disebabkan oleh gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya antara zat cair dengan tabung kaca (pipa).

………..(7.11)

Ukuran kekentalan zat cair atau gesekan dalam zat cair disebut viskositas.

……………(7.12)

Fluida dinamis adalah fluida yang mengalir atau bergerak terhadap sekitarnya. Pada pembahasan fluida dinamis, kita akan mempelajari mengenai persamaan kontinuitas, dan Hukum Bernoulli beserta penerapannya. Materi kali ini hanya dibatasi pada fluida ideal

Fluida ideal mempunyai ciri-ciri berikut ini.a. Alirannya tunak (steady), yaitu kecepatan setiap partikel fluida pada satu titik tertentu adalah tetap, baik besar maupun arahnya. Aliran tunak terjadi pada aliran yang pelan.b. Alirannya tak rotasional, artinya pada setiap titik partikelfluida tidak memiliki momentum sudut terhadap titiktersebut. Alirannya mengikuti garis arus (streamline).

c. Tidak kompresibel (tidak termampatkan), artinya fluida tidak mengalami perubahan volume (massa jenis) karena pengaruh tekanan.d. Tak kental, artinya tidak mengalami gesekan baik dengan lapisan fluida di sekitarnya maupun dengan dinding tempat yang dilaluinya. Kekentalan pada aliran fluida berkaitan dengan viskositas

Gambar 7.25 menunjukkan aliran fluida ideal dalam sebuah pipa yang berbeda penampangnya. Kecepatan fluida pada penampang A1 adalah v1 dan pada penampang A2 sebesar v2.

…………..(7.13)

dengan:A1 = luas penampang 1(m2)A2 = luas penampang 2 (m2)v1 = kecepatan aliran fluida pada penampang 1 (m/s)v2 = kecepatan aliran fluida pada penampang 2 (m/s)

Q = A.v

…………….(7.14)

Air mengalir dalam suatu pipa yang luas penampangnya 10 cm2 untuk

mengisi penuh bak yang volumenya 1 m3 dalam waktu 5

menit.Berapakah kecepatan aliran tersebut ?

Sebuah pipa lurus memiliki dua macam penampang, masing-masing dengan luas penampang 200 mm2 dan 100 mm2. Pipa tersebut diletakkan secara horisontal, sedangkan air di dalamnya mengalir dari penampang besar ke penampang kecil.Jika kecepatan arus di penampang besar adalah 2 m/s, tentukanlah:a. kecepatan arus air di penampang kecil, danb. volume air yang mengalir setiap menit.

QUIZ 5

1

Air yang mengalir terlihat seperti pada pipa di bawah. Tentukan:a. debit pada pipa besar,

2

Hukum Bernoulli membahas mengenai hubungan antara kecepatan aliran fluida, ketinggian, dan tekanan dengan menggunakan konsep usaha dan energi. Perhatikan Gambar 7.26. Fluida mengalirmelalui pipa yang luas penampang dan ketinggiannya berbeda.

………….(7.15)

Atau di setiap titik pada fluida yang bergerak berlaku:

Penerapan Hukum Bernoulli dalam kehidupansehari-hari diuraikan berikut ini.

Persamaan Bernoulli dapat digunakan untukmenentukan kecepatan zat cair yang keluar dari lubang pada dinding tabung (Gambar 7.27).

…………..(7.15)

PRAKTIKUM

Venturimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair dalam pipa

Tabung pitot digunakan untukmengukur laju aliran gas. Gambar 7.30menunjukkan sebuah tabung pitot.

…………..(7.16)

QUIZ 6

1

2.Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yang melalui bagian atas dan bagian bawah sayap pesawat yang luas permukaannya 50 m2 bergerak dengan kelajuan masing-masing 320 m/s dan 300 m/s. Berapakah besarnya gaya angkat pada sayap pesawat terbang tersebut? (ρ udara = 1,3 kg/m3)

3.Gambar di samping menunjukkan sebuah reservoir yang penuh dengan air. Pada dinding bagian bawah reservoir itu bocor hingga air memancar sampai di tanah. Jika g = 10 m/s2,tentukanlah:a. kecepatan air keluar dari bagian yang bocor;b. waktu yang diperlukan air sampai ke tanah;c. jarak pancaran maksimum di tanah diukur dari titik P.

4

Untuk menentukan massa jenis zat cair, dibuatrangkaian alat seperti gambar di atas. Pengisap P dapat bergerak bebas dengan luas penampang 1 cm2. Jika konstanta pegas = 100 N/m dan pegas tertekan sejauh0,4 cm, massa jenis zat cair adalah ....