KOMPETENSI INTI K1-1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. K1-2 : Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerja sama, toleran, damai), santun, responsif, dan pro-aktif sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. K1-3 : Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. K1-4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan
KOMPETENSI DASAR INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI TUJUAN PEMBELAJARAN 3.3 Menerapkan hukum-hukum fluida statik dalam kehidupan sehari-hari 4.3 Merancang dan melakukan percobaan yang memanfaatkan sifat-sifat fluida statik, berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya. 3.3.1 Mengimplementasikan konsep tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari. 3.3.2 Memecahkan masalah yang berkaitan dengan konsep hukum Pascal dan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari. 3.3.3 Menganalisis konsep tegangan permukan, viskositas, dan kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari. 4.3.1. Menerapkan konsep tekanan hidrostatis, hukum Archimedes, dan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari. Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan mampu : 1. Melalui pengamatan gambar, peserta didik dapat mengimplementasikan konsep tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari dengan benar. 2. Melalui pengamatan gambar, peserta didik dapat memecahkan masalah yang berkaitan dengan konsep hukum Pascal dan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari dengan benar. 3. Melalui pengamatan gambar, peserta didik dapat memecahkan masalah yang berkaitan konsep tegangan permukaan, viskositas, dan kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari dengan tepat. 4. Melalui kegiatan praktikum, peserta didik dapat menerapkan konsep tekanan hidrostatis, hukum Archimedes dan tegangan permukaan dalam menyelesaikan suatu permasalahan dengan tepat.
PETA KONSEP
TEKANAN HIDROSTATIK Tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini bergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Tekanan Hidrostatika hanya berlaku pada zat cair yang tidak bergerak. Sedangkan tekanan zat cair yang bergerak akan dipelajari lebih lanjut dalam Mekanika Fluida Tekanan pada zat cair secara umum dibedakan menjadi dua jenis tekanan, yakni tekanan zat cair yang tidak bergerak (tekanan hidrostatis) dan tekanan zat cair yang bergerak (mengalir). Secara konseptual tekanan hidrostatis adalah tekanan yang berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal. 1. Tekanan statik di dalam fluida Karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah dimampatkan, fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Karakteristik ini membuat fluida dapat mentransmisikan gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung, yaitu, jika sebuah gaya diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya tersebut akan ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung pipa yang besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka fluida akan bergerak dalam arah yang sesuai dengan arah gaya resultan. Konsepnya pertama kali diformulasikan, dalam bentuk yang agak luas, oleh matematikawan dan filsuf Perancis, Blaise Pascal pada 1647 yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum ini mempunyai banyak aplikasi penting dalam hidrolika. Galileo Galilei, juga adalah bapak besar dalam hidrostatika. 2. Tekanan pada Fluida Diam Pernahkah anda menyelam? Apa yang anda rasakan ketika menyelam semakin dalam? Biasanya saat menyelam semakin dalam akan merasakan tekanan dari air yang mengenai tubuh akan semakin besar. Pernahkah kalian mendengar berita tentang penyelam yang gendang telinganya pecah saat menyelam? Gendang telinga merupakan suatu lapisan tipis, bila menyelam terlalu dalam maka tekanannya pun semakin besar sehingga selaput tipis ini tidak mampu menahan tekanan yang diberikan lalu akhirnya pecah, dan mengakibatkan si penyelam kehilangan pendengarannya. Mengapa semakin dalam tekanannya semakin besar? Untuk menjawabnya pertama kita akan belajar tentang apa itu tekanan terlebih dahulu. Fluida (baik cair maupun gas) dalam keadaan
diam akan memberikan gaya tegak lurus ke seluruh permukaan kontaknya. Bila ada sebuah benda tercelup ke dalam fluida maka seluruh bagian benda yang bersentuhan dengan fluida akan mengalami gaya tegak lurus yang diberikan oleh fluida Misalnya air yang dimasukkan ke dalam gelas, dinding-dinding gelas yang bersentuhan dengan air ini seluruhnya akan mengalami gaya tegak lurus yang diberikan oleh air. Bila kita melihat sedikit luasan (bagian dari dinding gelas) yang besarnya dA dan mengalami gaya tegak lurus dF maka perbandingan antara dF dan dA ini kita definisikan sebagai tekanan. Jadi tekanan adalah gaya tegak lurus per satuan luas, seperti yang ditunjukkan pada persamaan : bila setiap luasan mengalami tekanan yang sama, maka persamaan menjadi : Satuan SI untuk tekanan ini adalah pascal. Namun terkadang ada yang menggunakan satuan lain misalnya bar atau atm. berikut ini adalah konversi dari satuan- satuan tekanan 3. Konsep Fluida Fluida merupakan zat yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada saat mandi, mencuci, menyiram tanaman, ban bocor, dan masih banyak lagi aktivitas yang melibatkan fluida. Fluida merupakan zat yang dapat mengalir, jadi zat cair dan gas merupakan fluida. Fluida memang zat yang dapat mengalir, tetapi tidak setiap saat fluida itu mengalir terkadang fluida itu diam. Oleh karena itu pada modul
ini akan kita akan mempelajari sifatsifat fluida yang diam (statis) dan sifat-sifat fluida yang bergerak (dinamis). Saat fluida diam kita akan mempelajari bagaimana tekanannya, lalu bila fluida terletak di dalam bejana berhubungan bagaimana tekanannya, apakah masih sama? Kemudian bila kita memasukkan benda ke dalam fluida diam, apa yang terjadi? Lalu kita juga akan mempelajari sifat dari permukaan fluida yaitu tegangan permukaan dan fenomena-fenomena yang diakibatkan olehnya. Untuk fluida bergerak kita akan melihat bagaimana fluida mengalir pada pipa yang diameternya berbeda apakah ada sesuatu dari fluida ini yang berubah? Kemudian bila kita mengalirkan fluida pada ketinggian yang berbeda, bagaimana fluida ini akan mengalir? Mari kita lihat bersama apakah ketika fluida diam sifatnya sama dengan fluida bergerak. 4. Massa jenis (densitas) Merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan. Massa jenis didefinisikan sebagai perbandingan massa per satuan volume. Simbol dari massa jenis ini adalah (“rho”). Sebuah benda dikatakan homogen bila massa jenisnya sama pada setiap bagiannya. Maka bila sebuah benda homogen memiliki massa m dan volume V, massa jenisnya mengikuti persamaan Massa jenis cairan dapat diukur salah satunya dengan menggunakan hidrometer. Cara mengukur massa jenis menggunakan hidrometer adalah dengan mencelupkannya ke dalam cairan yang akan diukur massa jenisnya kemudian di baca permukaan cairan tepat di garis skala ke berapa pada tangkai hidrometer. Nilai massa jenis cairan ditunjukkan oleh skala yang segaris dengan permukaan cairan. Prinsip hidrometer ini menggunakan hukum Archimedes yang akan kita pelajari nanti
Tekanan Hidrostatik dalam Kehidupan Sehari-hari 1. Ketika kita menyelam di laut atau kolam, maka kita akan merasakan tekanan hidrostatis yang semakin besar jika kita menyelam semakin dalam. 2. Dasar bendungan pada bagian bawah akan semakin tebal guna menahan tekanan zat cair yang semakin ke bawah semakin besar. 3. Dalam pemasangan infus, semakin tinggi posisi botol infus, maka akan semakin besar tekanan yang terjadi. Hal ini membuat cairan infus dapat lebih mudah masuk ke aliran darah. 4. Lubang kuras penampung air dipasang di dasar penampungan supaya air dan kotoran yang ada di dalam penampung air bisa keluar dengan lancar. 5. Dasar bak air dibuat lebih tebal daripada bagian atas bertujuan untuk menahan tekanan air yang besar di bagian bawah.
1. Seorang penyelam menyelam dengan kedalaman 3 m, massa jenis air 1.000 kg/m³, dan konstanta gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 n/kg. Besar tekanan hidrostatisnya adalah …… n/m². Pembahasan: Kedalaman = h = 3m Massa jenis air = ρ = 1.000 kg/m³ Percepatan gravitasi = g = 10 N/kg 2. Seekor ikan sedang berenang di akuarium. Ikan tersebut berada 50 cm dari permukaan akuarium. Berapakah tekanan hidrostatis yang diterima ikan apabila diketahui massa jenis airnya 1.000 kg/m³ dengan percepatan gravitasi bumi 10 m/s²? Pembahasan Kedalaman = h = 50 cm = 0,5 m Massa jenis air = ρ = 1.000 kg/m³ Percepatan gravitasi = g = 10 m/s² 3. Pada suatu gelas yang berisi air, tempat yang tekanan zat cairnya paling kecil adalah … Pembahasan Makin dalam kedalaman suatu benda di air, maka makin besar tekanan hidrostatis yang dirasakannya. Hal tersebut karenakan tekanan hidrostatis bertambah seiring dengan bertambahnya kedalaman. Contoh soal dan pembahasan
KESIMPULAN 1. Tekanan hidrostatik adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya pada zat cair pada suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini tergantung pada ketinggian zat cair, massa jenis, dan percepatan gravitasi. 2. Tekanan hidrostatik hanya berlaku pada zat cair yang tidak bergerak, sedangkan tekanan pada zat cair yang bergerak akan dipelajari dalam mekanika fluida. 3. Tekanan dalam fluida diam bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Ini memungkinkan fluida mentransmisikan gaya sepanjang pipa atau tabung. 4. Hukum Pascal menyatakan bahwa fluida dalam keadaan diam akan memberikan gaya tegak lurus ke seluruh permukaan kontaknya. Gaya tersebut dapat ditransmisikan melalui fluida, sehingga jika gaya diberikan pada fluida dalam pipa, gaya tersebut akan ditransmisikan hingga ujung pipa. 5. Tekanan hidrostatik semakin besar dengan meningkatnya kedalaman dalam fluida. Hal ini dapat diilustrasikan dengan pengalaman menyelam di mana tekanan air meningkat seiring dengan kedalaman, dapat menyebabkan kerusakan pada organ seperti gendang telinga jika tekanan terlalu tinggi. 6. Tekanan didefinisikan sebagai gaya tegak lurus per satuan luas. Satuan SI untuk tekanan adalah pascal, namun juga terdapat satuan lain seperti bar atau atm. 7. Fluida terbagi menjadi dua jenis, yaitu fluida diam (statis) dan fluida bergerak (dinamis). Pada fluida diam, akan dipelajari sifat-sifat tekanan, pengaruh tekanan terhadap bejana yang berhubungan, dan fenomena permukaan fluida seperti tegangan permukaan. 8. Massa jenis atau densitas merupakan sifat bahan yang didefinisikan sebagai perbandingan massa per satuan volume. Massa jenis cairan dapat diukur dengan menggunakan hidrometer berdasarkan prinsip hukum Archimedes.
LKPD Tekanan Hidrostatis
Diskusi : Itik dan ayam Sumber: https://online.flipbuilder.com/antsr/dezu/index.html#p=15 Mengamati/Menanya: Kamu mungkin pernah mengamati jejak-jejak kaki ayam dan bebek pada gambar di atas pada tanah basah. Walaupun massa ayam dan bebek itu sama namun mengapa pengaruhnya terhadap tanah tersebut berbeda? Apa yang membuat berbeda? Apa yang mempengaruhinya? Dikusi: Sumber: https://online.flipbuilder.com/antsr/dezu/index.html#p=15
Mengamati/Menanya: Tadi kita sudah membahas tentang tekanan pada zat padat, lalu bagaimanakah tekanan pada zat cair? Contohnya botol pada gambar 10 memiliki lubang dengan ketinggian yang berbedabeda. Ketika air keluar dari botol di gambar 11 air memancar dari lubang tersebut. Kenapa jarak pancuran air berbeda-beda pada setiap lubang? Lalu apa yang mempengaruhinya? Mengumpulkan informasi/Mencoba: Praktikum Tekanan Hidrostatik Tujuan Percobaan: Peserta didik dapat menyusun percobaan tekanan hidrostatis untuk memahami tekanan hidrostatika. Alat dan Bahan Percobaan: 1. Sebuah ember 2. Dua buah gelas plastik bening 3. Air
Hipotesis: 1. Apa yang akan terjadi jika sebuah gelas plastik dicelupkan perlahan ke dalam air dalam keadaan terbalik? Jelaskan apa yang akan terjadi, berikut alasannya. 2. Apa yang akan terjadi jika gelas yang diberi lubang pada dasar gelasnya dicelupkan ke dalam air dalam keadaan terbalik? Jelaskan apa yang akan terjadi, berikut alasannya. Langkah-langkah percobaan: 1. Isilah ember dengan air. 2. Celupkan gelas plastik yang tidak berlubang ke dalam air dalam keadaan terbalik. 3. Lakukan hal yang serupa dengan keadaan gelas plastik yang telah diberi lubang. Mengasosiasi dan Mengomunikasikan Kegiatan Buatlah analisa mengenai hasil hipotesis dan hasil percobaan yang anda peroleh.
Latihan soal 1. Apa yang menyebabkan tekanan hidrostatik pada fluida? a) Perubahan suhu fluida b) Perubahan massa fluida c) Perubahan volume fluida d) Perubahan kedalaman fluida 2. Jika tinggi kolom air di dalam tabung bertambah, bagaimana hal itu akan mempengaruhi tekanan hidrostatik di dasar tabung? a) Tekanan hidrostatik akan meningkat b) Tekanan hidrostatik akan menurun c) Tekanan hidrostatik akan tetap sama d) Tekanan hidrostatik akan bergantung pada volume air di dalam tabung 3. Pada kedalaman yang sama di dalam kolam air, tekanan hidrostatiknya akan sama jika luas dasar kolam air: a) Lebih kecil b) Lebih besar c) Sama d) Tidak dapat ditentukan hanya dengan informasi tersebut Essay: 1) Jelaskan apa yang dimaksud dengan tekanan hidrostatik dan berikan contoh-contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari 2) Jelaskan prinsip Pascal dalam kaitannya dengan tekanan hidrostatik dan berikan contoh bagaimana prinsip ini dapat diamati dalam situasi nyata.
1. Hukum Pokok Hidrostatis Perhatikan gambar berikut! Pada kasus ini seseorang mengelami kekurangan cairan pada tubuhnya, itulah yang kemudian menyebabkan seseorang harus melakukan pemesangan infus supaya tidak mengalami kekurangan cairan. Namun apakah kalian tahu bagaimana cara kerja pemasangan infus? Serta konsep fisika apa yang terjadi pada saat pemasangan infus? Hukum pokok hidrostatis menyatakan: “Semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam suatu zat cair memiliki tekanan yang sama”. Secara sistematis dapat dirumuskan : Materi Hukum Fluida Statis
Penerapan Hukum Pokok Hidrostatis: a. Barometer Barometer diciptakan oleh fisikawan Italia bernama Evangelista Torricelli (1608-1647). Barometer digunakan untuk mengukur tekanan udara (atmosfer). b. Manometer Manometer terbuka digunakan untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup di dalam kapal selam.
2. Hukum Pascal Perhatikan gambar berikut! Pada kasus ini ban sepeda mengalami kekurangan angin atau bisa disebut dengan kempes, maka ketika sedang mengendarai sepeda akan merasa tidak nyaman. Itulah yang menyebabkan ban sepeda harus menambah angin dengan cara memompa nya. Namun, apakah kalian tahu bagaimana cara kerja pompa sepeda tersebut?serta konsep fisika apa yang digunakan dalam pompa sepeda? Seorang ilmuwan asal Perancis yaitu Blaise Pascal (1623- 1662) menyumbangkan sifat Fluida statis yang kemudian dikenal sebagai hukum pascal yang secara konsep berbunyi: “Jika suatu fluida diberikan tekanan pada suatu tempat maka tekanan itu akan diteruskan ke segala arah sama besar”. Dari gambar diatas, dapat dirumuskan sebagai berikut:
Jika penampang pengisap dongkrak hidrolik berbentuk silinder dengan diameter tertentu maka persamaannya dapat dinyatakan sebagai berikut: Prinsip-prinsip hukum pascal bisa diterapkan pada alatalat seperti: a. Dongkrak Hidrolik
Diciptakan untuk memudahkan dan meringankan pekerjaan manusia dengan menerapkan hukum Pascal dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung berbeda biasanya masing-masing tabung terisi oleh air yang permukaannya tertutup rapat contohnya seperti bengkel mobil biasanya menggunakan dongkrak hidrolik untuk mengangkat mobil. b. Pompa Hidrolik Pompa hidrolik berguna untuk mempermudah manusia mengangkat beban berat dengan tenaga kecil. c. Kempa Hidrolik Kempa hidrolik biasa digunakan untuk menumbuk bijibijian untuk diambil minyaknya juga berguna untuk mencetak plat logam menjadi peralatan memasak seperti piring panci dsb.
d. Rem Hidrolik Nama lainnya ialah rem cakram karena alat ini menggunakan media cakram besi untuk mengerem pada rem hidrolik memiliki hidrolik yang terisi dengan minyak rem fungsinya untuk membantu proses pengereman. Di setiap ujung pipa terdapat dua piston yaitu piston Pedan merupakan piston yang berada dekat dengan pedal rem dan piston cakram bekerja untuk menghentikan laju cakram hingga pengereman terjadi. e. Tensimeter Penggunaan tensimeter diatur oleh hukum Pascal dalam sistem tertutup, proses tersebut diawali saat jantung memompa darah memompaan akan mengakibatkan darah terdorong hingga dapat mengalir melalui pembuluh darah lalu darah yang berada pada dinding pembuluh darah akan terdorong.
3. Hukum Archimedes Perhatikan gambar berikut! Pada kasus ini kapal selam biasanya digunakan untuk tujuan dan keperluan militer. Ketika kapal selam berada didalam air kapal selam tidak akan tenggelam sepenuhnya akan tetapi kapal selam bisa bergerak didalam air. Apakah kalian tahu bagaimana cara kerja kapal selam sehingga bisa bergerak didalam air? Serta konsep fisika apa yang digunakan pada kapal selam? Hukum Archimedes pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Yunani bernama Archimedes saat ia sedang nyemplung ke bak mandi dan melihat sebagian air di dalam bak mandi tersebut naik dan tumpah. Dia kemudian menemukan cara untuk mengetahui apakah mahkota raja terbuat dari emas murni atau campuran dengan mencelupkannya ke dalam air dan menghitung berapa volume air yang naik lalu membandingkannya dengan volume emas murni. Berkat Hukum Archimedes, raja mengetahui bahwa mahkotanya ternyata terbuat dari emas campuran, bukan emas murni.
Secara sistematis dapat si rumuskan: Hukum Archimedes menyatakan: “Benda di dalam zat cair baik sebagian ataupun seluruhnya akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Gaya Archimedes dapat terjadi karena pada saat benda tersebut berada di dalam zat cair mendapat gaya ke atas yaitu ketika kita mengangkat benda di dalam zat cair terasa lebih ringan dibanding jika kita mengangkat benda tersebut di udara.
a. Benda dapat terapung dikarenakan massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair, sehingga berat benda juga lebih kecil daripada gaya Archimede ().. Contohnya peristiwa terapung seperti gabus atau kayu yang dimasukkan ke dalam air. b. Benda dapat melayang dikarenakan massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair sehingga berat benda menjadi sama dengan gaya Archimedes dengan kata lain berat benda di dalam zat cair sama dengan nol (). Contoh peristiwa melayang ialah ikan-ikan dalam perairan. c. Benda dapat tenggelam dikarenakan massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair sehingga berat benda juga lebih besar daripada gaya Archimedes ().Contoh peristiwa tenggelam yaitu batu yang dimasukkan ke dalam air Keadaan Benda: Jika suatu benda dimasukkan dalam fluida maka akan terjadi 3 kemungkinan keadaannya yaitu: tenggelam, terapung dan melayang.
Merupakan alat untuk mengukur berat jenis atau massa jenis zat cair semakin besar massa jenis zat cair maka semakin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam hidrometer banyak digunakan untuk mengetahui besar kandungan air pada bir atau susu. b. Jembatan Poton Penerapan hukum Archimedes diantaranya : a. Hidrometer
Supaya kapal laut tidak tenggelam maka kapal dibuat berongga yang bertujuan agar volume air laut dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar berdasarkan persamaan besarnya gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan sehingga gaya apungnya menjadi sangat besar gaya apung inilah yang mampu melawan berat kapal sehingga kapal dapat mengapung di permukaan laut. Merupakan kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat apabila air pasang jembatan naik jika air surut maka jembatan turun jadi tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air. c. Kapal Laut
e. Kapal Selam Hampir sama dengan kapal laut kalangan kapal pertamatama diisi dengan air laut kemudian ditempatkan tepat di bawah kapal laut lalu airnya disedot dan kalangan kapal naik ke atas dan muncul ke permukaan air, akhirnya air ke sekeliling kapal hilang dan kapal siap diperbaiki. Setelah kapal diperbaiki galangan kapal diisi kembali oleh air laut dan mulai tenggelam dan kapal siap kembali ke laut. d. Galangan Kapal
f. Balon Udara Balon udara dapat melayang dikarenakan di dalam balon tersebut berisi gas hidrogen atau helium massa jenis hidrogen atau helium ini lebih ringan dibanding dengan udara. Balon udara dapat melayang karena berisi gas yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada massa jenis udara. Ketika kapal akan menyelam maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah,pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan dapat menyebabkan kapal selam bisa menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Ketika akan mengapung maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan. Berdasarkan konsep tekanan hidrostatis maka kapal selam mempunyai batasan tertentu dalam jika kapal menyelam terlalu dalam maka kapal bisa hancur karena tekanan hidrostatisnya terlalu besar.
Contoh Soal Mesin hidrolik pengangkat mobil memiliki luas penampang pertama 20 cm² dan luas penampang kedua 50 cm² seperti ditunjukan gambar berikut. 1. Jika berat mobil mainan truck pasir adalah 250 gram. Maka besar gaya yang diperlukan untuk menaikan mobil mainan truck pasir tersebut adalah.... Pembahasan: 2. Penyelam bernama Nida menjelajahi lautan yang memiliki kedalaman 10 m. Besar tekanan air yang dialami oleh penyelam tersebut jika diketahui massa jenis air 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi g = 9,8 m/s² adalah.... Pembahasan:
Kesimpulan Hukum utama dan tekanan hidrostatis adalah “semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama maka tekanan hidrostatikanya sama.” Jadi semua titik yang terletak pada bidang datar didalam satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama, ini dikenal dengan hukum pokok hidrostatika dan tekanan ini disebut dengan tekanan hidrostatis. Makin tinggi zat cair dalam wadah, maka makin berat zat cair itu, sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Hukum Pascal menggambarkan sebuah hukum fisika fluida yang menjelaskan bahwa dengan adanya tekanan yang diberikan pada fluida statis dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan tekanan yang sama kuat. Hukum Pascal ini diterapkan hanya pada fluida, dan umumnya pada fluida cair. Apa itu fluida? fluida adalah zat yang mudah mengalir, contohnya seperti zat cair dan gas. Hukum Archimedes adalah hukum gaya berat dan gaya ke atas pada suatu benda jika dimasukkan ke dalam air. Gaya angkat atau gaya apung menyebabkan berat benda yang ada di dalam zat cair jadi berkurang. Itu sebabnya benda di dalam air terasa lebih ringan daripada ketika diangkat di darat. 1. 2. 3.
Untuk SMA Kelas XI Hukum Fluida Statis PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2023 LKPD Nama : ........................................................... Kelas : ........................................................... Tanggal : ...........................................................
KOMPETENSI DASAR 3.3 Menerapkan hukum-hukum fluida statik dalamkehidupan sehari-hari 4.3 Merancang dan melakukan percobaan yang memanfaatkan sifat-sifat fluida statik, berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya. INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI 3.3.1. Memecahkan masalah yang berkaitan dengan konsep hukum Pascal dan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari. 3.3.2. Menerapkan konsep hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari. TUJUAN PEMBELAJARAN Melalui pengamatan gambar, peserta didik dapat memecahkan masalah yang berkaitan dengan konsep hukum Pascal dan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari dengan benar. Melalui kegiatan praktikum, peserta didik dapat menerapkan konsep hukum Archimedes dalam menyelesaikan suatu permasalahan dengan tepat. Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan mampu : 1. 2.
Diskusi Gambar 4 Kapal Laut Mengangkut Penumpang Sumber: https://www.google.com/urlsa=i&url=https%3A%2F%2Face h.tribunnews.com%2F2023%2F03%2F16%2Fhargaketjadw alkapalrorosabangbandaacehdansebaliknyakamis16maret 2023&psig=AOvVaw3y5IgzhYpjZoosPamYiid&ust=168250 3032590000&source=images&cd=vfe&ved=0CBEQjRxqF woTCOi9rtzixP4CFQAAAAAdAAAAABAE Gambar 5 Sistem Hidrolik pada Penggunaan Beko Sumber: https://www.google.com/imgresimgurl=https%3A%2F%2Fw ww.solaharthandal.com%2Fwpcontent%2Fuploads%2F20 22%2F12%2FContohPenggunaanSistemHidrolik.jpg&tbni d=SDdFqbORudcG2M&vet=12ahUKEwi0x5au9MT-AhUZXMBHcFnDxAQMygBegUIARC_AQ..i&imgrefurl=https%3A %2F%2Fwww.solaharthandal.com%2Fcontohpenggunaan sistemhidrolik%2F&docid=zo2SCt05fEX8M&w=800&h=5 64&q=contoh%20penerapan%20sistem%20hidrolik&ved= 2ahUKEwi0x5au9MTAhUZXMBHcFnDxAQMygBegUIAR C_AQ Gambar 6 Pemasangan Infus Menerapkan Konsep Hukum Pokok Hidrostatis Sumber : https://www.google.com/imgresimgurl=https%3A%2F%2Fre s.cloudinary.com%2Fdk0z4ums3%2Fimage%2Fupload%2F v1677220679%2Fattached_image%2Ftindakanmedis%2Fpr osedurkegawatdaruratanmedis%2Fintravenouscannulatio npemasanganinfus.jpg&tbnid=pt3MRdatdEDJdM&vet=12a hUKEwjjwMSOcTAhULoNgFHakTBSAQMygBegUIARDG AQ..i&imgrefurl=https%3A%2F%2Fwww.alomedika.com2F tindakanmedis%2Fprosedurkegawatdaruratanmedis%2Fi ntravenouscannulationpemasanganinfus&docid=7r7cGeg Xj1BU4M&w=650&h=489&q=pemasangan%20infus&ved= 2ahUKEwjjwMSOcTAhULoNgFHakTBSAQMygBegUIAR DGAQ
Mengamati/Menanya Berdasarkan gambar 4, mengapa Kapal laut yang bobotnya ratusan kg dapat terapung dalam air? bagaimana prinsip hukum Archimedes sehingga kapal laut bisa terapung jelaskan di bawah ini! Berdasarkan gambar 5, pasti anda sering melihat beko? Tahukah kamu sistem penggerak beko menggunakan sistem hidrolik? Coba kamu cari tahu bagaimana prinsip dasar sistem hidrolik pada beko dan jelaskan dibawah ini! Jawab: Jawab: Jawab: Berdasarkan gambar 6, apakah kalian tahu bagaiman cara kerja pemasangan infus? Serta konsep fisika apa yang terjadi pada pemasangan infus?
Gelas ukur 2 buah Alat Pengaduk Telur 2 buah Air secukupnya Garam secukupnya Gula pasir secukupnya Tisue A. Tujuan Menentukan peristiwa tenggelam, terapung dan melayang pada telur dengan menggunakan hukum Archimides. B. Alat dan Bahan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. A. Hipotesis Apa yang akan terjadi jika telur yang diberikan garam/gula dengan jumlah takaran sendok yang berbeda? Apakah akan mengalami hasil peristiwa yang berbeda dan berikan penjelasan! Mengumpulkan Informasi/Mencoba
B. Metode Kerja Menyiapkan gelas ukur, di isi air 400 mL ke dalam gelas ukur. Kemudian masukkan telur ke dalamnya. Menambahkan garam dapur sedikit demi sedikit. Di aduk secara perlahan sambil mengamati reaksi pada telur. Menyiapkan gelas ukur,di isi air 400 mL ke dalam gelas ukur. Kemudian masukkan telur ke dalamnya. Tambahkan gula pasir ke dalam air sedikit demi sedikit. Di aduk secara perlahan dan mengamati perubahan yang terjadi. Percobaan Dengan Menggunakan Garam Dapur Dalam Air: 1. 2. 3. 4. Percobaan Dengan Menggunakan Gula Pasir: 1. 2. 3. 4. Mengasosiasikan dan Mengkomunikasikan Kegiatan Buatlah analisa mengenai hasil hipotesis dan hasil percobaan yang anda peroleh! 1.
Jawab: 2. Bagaimana konsep gaya terapung, melayang, dan tenggelam yang dialami oleh eksperimen pada telur ? Jawab:
Latihan Soal 1.Perhatikan beberapa alat dibawah ini! 1) Kapal Selam 2) Mesin Pengangkat mobil 3) Rem hidrolik 4) Balon udara Alat-alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Archimedes di tunjukkan oleh nomor…. A. (1) dan (2) B. (2) dan (4) C. (2) dan (3) D. (1) dan (4) 2. Perhatikan beberapa alat dibawah ini! Tiga buah benda dimasukkan ke dalam air, ternyata A mengapung, B melayang, dan C tenggelam. Jika ketiganya mempunyai volume yang sama, maka berarti: 1) Besar gaya apung yang dialami A lebih kecil dari gaya beratnya. 2) Besar gaya apung yang dialami B sama dengan gaya beratnya. 3) Gaya apung yang dialami A sama dengan gaya apung yang dialami B. 4) Gaya apung yang dialami B sama dengan gaya apung yang dialami C. Manakah pernyataan yang benar…. A. 1, 2, dan 3 saja yang benar. B. 1 dan 3 saja yang benar. C. 2 dan 4 saja yang benar. D. Hanya 4 yang benar. 3. Konsep benda tenggelam yang benar adalah…. A. Gaya Apung sama dengan berat benda B. Gaya apung lebih kecil berat benda C. Gaya apung lebih besar dari berat fluida D. Gaya apung lebih besar dari berat benda
Penyelam bernama Nida ketika menyelam pendengarannya terganggu. Apa yang mempengaruhi pendengaran penyelam bernama Nida tersebut? 1. 2. Bagaimana proses kapal selam saat sedang mengapung di air laut... Jawab: Jawab:
FENOMENA SEKITAR Untuk menjawab pertanyaan diatas, mari kita pelajari materi tagangan permukaan berikut! Tentu kalian pernah memperhatikan lingkungan sekitar. Kalian mungkin secara tidak sengaja melihat seekor hewan kecil yang dapat berjalan diatas permukaan air. Seperti contohnya gambar disamping yaitu serangga mampu berjalan diatas permukaan air. Apa yang menyebabkan serangga tersebut dapat mengapung? TEGANGAN PERMUKAAN Tegangan permukaan adalah suatu tarikan atau gaya yang menarik ke bawah hingga mengakibatkan terjadinya permukaan air berkondisi tegang dan berkontraksi. Hal tersebut membuat benda yang berada di atasnya pada situasi yang sangat tegang hingga dapat mengapung. Adapun yang mengakibatkan terjadinya tegangan pada permukaan adalah gaya tarik yang tak sebanding pada permukaan air. Gaya tarik pada permukaan air baru dapat dilihat tatkala terjadinya peningkatan wujud tetesan cairan yang kecil dan air pada pipa kapiler yang mengalami peningkatan. Ilmu pengetahuan tentang tegangan pada permukaan yang dapat ditelaah secara ilmiah menjadi suatu hal yang menarik untuk dipelajari. Apalagi zat yang diteliti adalah fluida statis atau zat cair yang berada dalam kondisi statis. Gambar 1. Seranga diatas Permukaan Air
Adapun yang menjadi manfaat kehadiran tegangan pada permukaan berguna bagi segala aspek kehidupan manusia. Berikut manfaat paling pokok dari tegangan permukaan : 1. Bisa memberikan pengaruh yang sangat besar dalam proses penyerapan pada obat padat bagi persediaan obat 2. Kestabilan dan membentuk emulsi supaya tidak larut pada air dalam menciptakan persediaan suspensi. 3. Molekul dipenetrasi melalui membran biologis Faktor penyebab terjadinya tegangan pada bagian permukaan yaitu kohesi. Kohesi yang berlangsung pada bagian bawah air yang lebih tiinggi ketimbang kohesi pada permukaan air jadi salah satu penyebab terjadinya tegangan pada bagian permukaan. Sehingga permukaan zat cair senantiasa cenderung mengalami pengerutan dan menciptakan permukaan yang sangat kecil. Berikut ini beberapa faktor yang sangat mempengaruhi besaran tegangan permukaan, antara lain : 1) Suhu, patokannya suhu pada zat cair semakin tinggi maka tegangan pada permukaan akan kian kecil. 2) Zat Terlarut, suatu zat yang terlarut semakin ditambahkan akan memperbesar tegangan pada bagian permukaan. 3) Surfaktan, adalah suatu unsur yang dapat melakukan pengaktifan pada permukaan. Hal ini disebabkan diperuntukkan bagi fokus bagian permukaan. Misalkan sabun. Penerapan Tegangan Permukaan Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain : 1. Sabun Cuci Sabun cuci diciptakan secara sengaja demi meminimalisir terjadinya tegangan pada bagian permukaan air. Sehingga sabun cuci dapat sebagai pembersih noda kotoran yang menempel pada baju atau celana. Gambar 2. Sabun Cuci
2. Angsa dan itik Penerapan berikutnya adalah pada angsa dan itik yang dapat berenang dan mengapung di permukaan zat cair. Hal tersebut disebabkan bulu-bulu pada angsa dan itik tidak basah oleh zat cair. Sebaliknya apabila air digabungkan dengan detergen akan membasahi bulu angsa dan itik hingga dapat mengurangi kemampuan tegangan permukaan. Akibatnya angsa dan itik dapat tenggelam. Gambar 3. Angsa berenang TAHUKAH KAMU? Gambar 4. Kapal berbentuk Angsa Tak seperti kapal-kapal biasa, yacht hasil rancangan Lazzarini sengaja dibentuk menyerupai angsa cantik dan elegan. Kapal itu mereka beri nama Avanguardia. Avanguardia digadanggadang memiliki tinggi hingga 157,9 meter dan dilengkapi fasilitas mewah serta teknologi canggih. Sesuai dengan namanya, pada bagian deck, kapal ini dirancang sedemikian rupa hingga memiliki leher seperti angsa yang bisa bergerak. Bagian deck ini berfungsi sebagai pusat kontrol dan dapat dilepas untuk dijadikan tender terpisah setinggi 52.49 kaki. Untuk mesinnya sendiri, Avanguardia akan didukung oleh mesin listrik ganda ditambah mesin MTU Rolls-Royce Jet dengan kecepatan jelajah 18 knot Pihak Lazzarini mengatakan, bila ada seseorang yang benar-benar ingin membeli kapal tersebut, maka dia harus menyiapkan dana setidaknya Rp7.4 triliun. Harga yang sangat fantastis!
Istilah-Istilah pada tegangan permukaan, antara lain : 1. Kapilaritas Pernahkah kamu menumpahkan air? Untuk mengelap tumpahan air, secara spontan kamu akan bergerak mengambil tisu atau kain untuk mengeringkannya. Kita memilih tisu atau kain lap karena mereka memiliki daya serap atau daya kapilaritas tinggi. Air yang terserap oleh tissue merupakan contoh kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari . Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Gaya adhesi ialah gaya tarik menarik antara molekul yang tak sejenis, gaya adhesi akan mengakibatkan dua zat akan saling melekat bila dicampurkan. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang sama, kohesi dipengaruhi oleh kerapatan dan jarak antar partikel dalam zat gaya kohesi mengakibatkan dua zat bila dicampur kan tidak akan saling melekat. Kohesi antar molekul berbanding terbalik dengan jaraknya sehingga tiap molekul mempunyai daerah tarikan pada jarak tertentu. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikel-partikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya. Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan (γ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa. Gambar 5. Air Tumpah (a) Jika sudut kontak kurang dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik (b) jika sudut kontak lebih besar dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler turun. (a) (b) Gambar 6. Peristiwa Kapilaritas
Gambar 7. Analisis gejala kapiler. Mengapa permukaan zat cair bisa naik atau turun dalam permukaan pipa kapiler? Perhatikan Gambar diatas ! Gambar diatas menunjukkan zat cair yang mengalami meniskus cekung. Tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaski, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat zat cair dalam kolam yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair. Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak θ , kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah r, maka berat zat cair yang naik dapat ditentukan melalui persamaan berikut. Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah: Jika nilai F Anda ganti dengan ρ 2h g, maka persamaannya menjadi seperti berikut.
Gejala Kapilaritas dalam Kehidupan Sehari-hari Gejala kapilaritas banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain sebagai berikut : a) Naiknya air dari dalam tanah melalui akar hingga ke daun b) Naiknya minyak tanah pada sumbu kompor c) Keringnya permukaan basah jika dilap Keterangan: h : kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m) γ : tegangan permukaan N/m θ : sudut kontak (derajat) ρ : massa jenis zat cair (hg/3 ) r : jari-jari pipa (m) Gejala kapilaritas pada pembuluh kayu membuat air dari dalam tanah bisa menyebar ke seluruh bagian tumbuhan hingga ke daun. Pembuluh xilem yang terdapat pada batang dan akar tumbuhan dianggap sebagai pipa kapiler. Air akan naik melalui pembuluh kayu (xilem) sebagai akibat dari gaya adhesi antara dinding pembuluh kayu dengan molekul air. Gejala kapilaritas menyebabkan naiknya minyak tanah melalui sumbu. Hal inilah yang menyebabkan kompor bisa menyala. Sumbu kompor ini yang berfungsi sebagai dinding pembuluh. Gambar 8. Kapilaritas pada Tumbuhan Kain atau tisu memiliki pori-pori yang rapat yang menyebabkan gejala kapilaritas terjadi. Inilah yang membuat air yang menggenang akan menyerap ke kain atau tisu. Gambar 9. Kompor Gambar 10. Kain lap
d) Naiknya air di dinding rumah saat hujan 2. Viskositas Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika Anda berbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas. Contoh gejala kapiler lainnya adalah air yang naik dan membuat dinding lembap saat musim hujan. Gejala kapilaritas yang satu ini merugikan karena akan membuat dinding rapuh dan berjamur. Gejala kapilaritas pada dinding bisa dicegah atau diminimalisir dengan menambah jumlah semen pada adonan ketika membuat dinding. Hal ini akan membuat hasilnya lebih padat dan mampu mengurangi pori-pori. Tahukah kamu saat menuangkan segelas air tentu akan cepat habis berbeda halnya dengan madu. Hal ini dikarenakan air memiliki kekentalan yang lebih rendah, dan antara molekul air kecil sekali untuk bergesekan dengan gelas, sehingga laju alir air akan lebih cepat dibandingkan dengan madu yang kekentalannya atau viskositasnya lebih tinggi. Gambar 11. Dinding yang basah saat hujan Gambar 12. Madu dan Air
Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar Fs = kηv, dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6ηr. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut. Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes. Keterangan: : gaya gesekan stokes (N) η : koefisien viskositas fluida (Pa s) r : jari-jari bola (m) v : kelajuan bola (m/s) TAHUKAH KAMU? Gambar 13. Sir George Gabriel Stokes Sir George Gabriel Stokes, 1st Baronet, PRS adalah ahli matematika dan fisika Irlandia. Dia terkenal karena studinya tentang perilaku cairan kental, terutama untuk hukum viskositasnya, yang menggambarkan gerakan bola padat dalam cairan, dan untuk teorema Stokes, teorema dasar analisis vektor. Kontribusi seminalnya terhadap dinamika fluida, optik, dan fisika matematika juga membuka jalan bagi banyak penelitian dan wahyu ilmiah di masa depan. Dia lulus dari Pembroke College, Cambridge sebagai senior wrangler dan pemenang pertama Smith dan terpilih untuk fellowship. Dia terpilih sebagai profesor matematika Lucasian di Cambridge, dan dia memegang jabatan ini sampai dia meninggal. Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada Gambar disamping. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung , dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes . Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal. Gambar 14. Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida.