Staf Pengajar FisikaDepartemen Fisika, FMIPA, IPB

FLUIDA

STATIKDINAMIK

Fluida merupakan sesuatu yang dapat mengalir sehingga sering disebut sebagai zat alir. Fasa zat cair dan gas termasuk ke dalam jenis fluida

FENOMENA FLUIDA

Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih mudah diangkat dalam air ?

Mengapa balon gas bisa naik ke atas ? Mengapa telur bisa mengapung dalam air

garam sementara dalam air murni tenggelam?

Kenapa serangga kecil bisa bergerak diatas air dan tidak tenggelam?

Bagaimana pesawat yang massanya besar dapat terbang?

FLUIDA STATIK

fluida selalu mempunyai bentuk yang dapat berubah secara kontinyu mengikuti bentuk wadahnya karena fluida tidak dapat menahan gaya geser

Massa jenis

Suatu sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadap volumenya yang dinamakan massa jenis

Beberapa buah batu bermassa total 3kg kg dimasukkan dalam bejana (luas penampang 0.025 m2) yang berisi air dengan ketinggian permukaan air mula-mula 0,5 m, sehingga tinggi permukaan air meningkat 0.06 m. Berapakah massa jenis batu-batu tersebut?

Vm

=

Tekanan• Kenapa ayam sulit berjalan di tanah yang

lembek sedangkan itik relatif lebih mudah?• kalau tangan kita ditekan oleh ujung pena

yang bagian runcingnya terasa lebih sakit daripada oleh ujung yang bagian tumpulnya.

AFp

Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal persatuan luas permukaan

TEKANAN UDARA Suatu permukaan di udara akan mendapatkan

tekanan udara akibat adanya gaya tumbukan molekul-molekul udara pada permukaan tersebut

Tekanan udara di permukaan laut adalah sekitar 1 atm = 101 kN/m2 = 101 kPa

Contoh: seorang turis sedang berbaring tertelungkup di tepi

pantai. Hitunglah gaya yang diberikan molekul-molekul udara pada permukaan punggung turis tersebut dengan mengganggap luas permukaan punggung sebesar 0.2 m2.

Jawab: F = pA = (101 kPa)(0.2 m2)=20.2 kN

TEKANAN DALAM ZAT CAIR

Contoh

Hitunglah tekanan total yang dialami sebuah benda yang tercelup dalam sumur pada ke dalaman 10 m dari permukaan air sumur. Jika percepatan gravitasi di daerah itu adalah sebesar10 m/s2

Berapa tekanan yang dialami penyelam yang berada pada posisi 100 m di atas dasar laut ? ( kedalaman laut =1 km. massa jenis air laut : 1,025 103 kg/m3)?

P = Po +hg

P0

P

h

Prinsip Pascal Tekanan yang diberikan pada suatu cairan

yang tertutup akan diteruskan tanpa berkurang ke segala titik dalam fluida dan ke dinding bejana (Blaise Pascal 1623-1662)

Tekanan adalah sama di setiap titik pada kedalaman yang sama

A1 F1

A2 F2

Dongkrak Hidrolik

Paradoks hidrostatik

Contoh• Sebuah pipa berbentuk u tertutup yang memiliki

luas penampang kakinya berbeda digunakan untuk mengangkat beban. Berapakah beban maksimum yang dapat diangkat olehnya jika luas penampang yang kecil, A = 1 m2, diberikan gaya 104 N dengan luas penampang yang besar adalah 5 m2?

•Sebuah pipa U terbuka berisi air. Kemudian dimasukan cairan minyak bermassa jenis 0.8 g/cc sehingga minyak memenuhi salah satu kaki pipa sebanjang 20 cm.. tentukan perbedaan ketinggian permukaan air dari kedua kaki pipa tersebut

Prinsip Archimedes

“Setiap benda yang tercelup dalam fluida akan mendapat gaya ke atas (gaya apung) yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

FA = W fluida yang dipindahkan = gv : massa jenis fluidav : volume benda yang tercelup

Sebuah batu dimasukan dalam gelas piala ukuran 600 cc yang berisi penuh air sehingga air tumpah. Tumpahan air ditampung dan terbaca volumenya 200 cc. tentukan volume air yang dipindahkan dan gaya archimedes yang dialami batu tersebut

Sebuah kotak memiliki ukuran 2 cm x 3cm x 2cm dijatuhkan dalam air sehingga terbenam 1/3 bagian dari benda tersebut. Hitung gaya archimedes dan massa jenis benda tersebut

Contoh

PRINSIP ARCHIMEDES( lanjut…)

Tenggelam Terapung Melayang

Apa syarat benda tenggelam, terapung atau melayang dalam fluida?

benda > zat cair benda < zat cair benda = zat cair

Contoh

Sebuah kayu papan kayu berukuran 40 cm3 tercelup ¾ bagiannya dalam air. Hitung gaya apung yang dialami oleh kayu tersebut?Sekeranjang buah mangga bermassa 15 kg, bila ditimbang dalam air angka yang terbaca pada timbangan adalah 5 kg. Berapakah gaya archimedes pada buah tersebut ?

Tegangan Permukaan Fluida ()

timbul karena gaya tarik-menarik molekul-molekul zat cair yang sejajar permukaan

LF

=

F = gaya berat L = panjang

F

untuk logam yang kecil diameternya seperti jarum

Tegangan Permukaan dan Kapilaritas

r r

w

2 r

FLUIDA BERGERAK

Karakteristik Aliran

Laminer ~ kecepatan aliran rendah

Turbulen ~ kecepatan aliran tinggi

Permukaan laut Pada kedalaman tertentu

Kontinuitas

Kecepatan air melalui saluran pipa berjari-jari 1 cm adalah 30 cm/s. Hitunglah kecepatan air tersebut ketika melalui saluran lain yang luas permukaan 2000 cm2. kedua pipa tersebut terhubung dan tidak ada percabangan maupun kebocoranA1 v1 = A2 v2

Persamaan Bernoulli

Kecepatan rendah tekanan tinggiKecepatan tinggi tekanan rendah

kenapa Selembar kain tipis ditiup dari bagian atasnya, ternyata kain tersebut naik ke atas?

Berdasar konsep kerja – energi

P + ½v2 + gh = konstan

P1 + ½v12 + gh1 =P2 + ½v2

2 + gh2

Persamaan Bernoulli (lanjutan)

Air dipompa dengan kecepatan 0,5 m/s melalui pipa dengan luas penampang 4 cm2 di lantai dasar dengan tekanan 3 atm. Berapakah tekanan air di dalam pipa yang luas penampangnnya 2 cm2 di lantai atas yang tingginya 5 m jika kecepatannya dipipa tersebut 1 m/s?

Aliran Viskos Kenapa aliran sungai

terdapat perbedaan kecepatan aliran pada titik tengah dengan pinggir sungai ?

Adanya gaya gesek antara fluida dan dinding

Dengan adanya gaya gesekan ini maka persamaan Bernoulli perlu direvisi (tidak dibahas di sini)

Fluida ideal

Fluida real

Viskositas Besaran yang menandakan adanya

hambatan internal dari fluida dikenal dengan koefisien viskositas atau kekentalan

Akibat adanya hambatan tersebut, maka laju volume atau debit fluida akan berkurang

Persamaan debitnya :

Oli mesin dengan viskositas 0,2 N.s/m2 dilewatkan pada sebuah pipa berdiameter 0,3 mm dengan panjang 5 cm. Hitunglah beda tekanan yang diperlukan untuk menjaga agar laju alirannya 9 cc/sekon !

Penutup

Kita telah membahas fenomena fluida diam, fluida bergerak, kekentalan, tegangan permukaan dan kapilaritas, yang sebetulnya sangat sering kita dapatkan dalam kejadian sehari-hari.

Kajian sederhana ini diharapkan menjadi bekal bagi kajian fluida yang lebih mendalam di berbagai bidang ilmu seperti meteorologi, oseanologi, otomotif, keteknikan pertanian, kedokteran, aeronotika dan lain-lain

SEKIAN

TERIMA KASIH