FLUIDA

materi78.co.nr FLUIDA FIS 2

Fluida Statis

A. PENDAHULUAN Tekanan alat ukur barometer
P=0
Fluida adalah segala zat yang dapat mengalir,
yaitu zat cair dan gas. h Po
Fluida statis adalah ilmu yang mempelajari
fluida dalam keadaan diam. AB Po = ρ.g.h

B. TEKANAN

Tekanan didefinisikan sebagai besar gaya yang
bekerja pada permukaan benda tiap satuan luas.

P = F P = tekanan (Pa atau Nm-2) raksa
A F = gaya tekan (N) Tekanan bejana U berhubungan
A = luas permukaan tekan (m2)

Satuan tekanan yang sering digunakan: h1
h2 oli
1 bar = 105 Pa
1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg A B
air
= 1,01 bar = 1,01 x 105 Pa

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang
dimiliki zat cair yang hanya disebabkan oleh
beratnya sendiri.

Ph = ρ.g.h ρ1.h1 = ρ2.h2

Ph = tekanan hidrostatik (Pa) C. HUKUM PASCAL
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2) Hukum Pascal berbunyi:
h = kedalaman zat cair dari permukaan (m)
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam
Tekanan mutlak adalah penjumlah tekanan ruang tertutup diteruskan sama besar ke
yang terdapat dalam suatu zat ditambah dengan segala arah.
tekanan luar (atmosfer).
Hukum Pascal dapat dirumuskan:
Tekanan mutlak zat cair

P = Po + ρ.g.h P1 = P2 F1 = F2 F2 = (DD21)2
A1 A2 F1
Tekanan gauge (alat ukur)

P = Pgauge + Po Po = tekanan luar (Pa atau atm) Penerapan hukum Pascal:
1) Dongkrak, rem dan mesin pres hidrolik
Hukum pokok hidrostatika menyatakan semua 2) Pompa ban sepeda
titik yang terletak pada satu bidang datar dalam 3) Mesin hidrolik pengangkat mobil
satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama.
D. HUKUM ARCHIMEDES
P1 = P2 ρ1.h1 = ρ2.h2
Hukum Archimedes berbunyi:

Tekanan alat ukur manometer terbuka Gaya apung yang bekerja pada suatu benda
Po yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke
dalam suatu fluida sama dengan berat fluida
P = Po + ρ.g.h
yang dipindahkan benda tersebut.

h Gaya apung dapat dirumuskan:
gas FA = Wudara – Wfluida

AB

MEKANIKA FLUIDA 1

materi78.co.nr FIS 2
Gaya Archimedes dapat dirumuskan:
2) Kapal laut
FA = ρf.vbf.g
Agar dapat tetap mengapung, besi dibuat
FA = gaya Archimedes (N) berongga, sehingga volume air yang
ρf = massa jenis fluida (kg/m3) dipindahkan menjadi besar, dan me-
vbf = volume benda yang tercelup (L) nyebabkan gaya apung menjadi besar.
g = percepatan gravitasi (m/s2)
3) Kapal selam
Persamaan dari hukum Archimedes:
Memiliki tangki pemberat yang dapat diisi
ρb = W sesuai keperluan. Agar mengapung, tangki
ρf FA diisi udara, sedangkan agar tenggelam,
tangki diisi air.
Hukum Archimedes digunakan untuk
menentukan letak benda yang dicelupkan ke 4) Balon udara
dalam suatu fluida.
Cara kerja balon udara:
FA
12 a. Agar naik, balon diisi gas panas sehingga
volumenya bertambah, volume udara
FA yang dipindahkan menjadi besar, FA > W.

W3 FA b. Setelah ketinggian yang diinginkan
tercapai, agar balon udara melayang,
W4 volume balon dijaga agar FA = W.

W c. Agar turun, gas panas dikeluarkan dari
balon udara sehingga volume balon
Kasus yang terjadi pada benda terhadap fluida: berkurang, sehingga FA < W.

1) Terapung (balok 1 dan 2) E. TEGANGAN PERMUKAAN DAN KAPILARITAS

Terjadi apabila: W < FA Tegangan permukaan adalah kecenderungan
permukaaan zat cair untuk menegang sehingga
Vbf < Vb permukannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan.

ρb < ρf Tegangan permukaan didefinisikan sebagai
perbandingan gaya tegangan permukaan
dengan panjang permukaan.

2) Melayang (balok 3) γ = F γ = tegangan permukaan (N/m)
d F = gaya tegangan permukaan (N)
Terjadi apabila: W = FA d = panjang permukaan (m)

Vbf = Vb Akibat gaya kohesi dan gaya adhesi, setiap
fluida memiliki tegangan permukaan dengan
ρb = ρf miniskus berbeda (gejala kapilaritas).

3) Tenggelam (balok 4) Kohesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel
sejenis, contohnya antar partikel air.
Terjadi apabila: W > FA
Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar dua
Vbf = Vb partikel berbeda, contohnya antara fluida dengan
dinding tabung.
ρb > ρf
Sudut kontak adalah sudut yang dibentuk oleh
Massa jenis benda terapung dapat dihitung: pertemuan antara permukaan fluida dengan
dinding tabung.
ρb = ρf . Vbf ρb = Σ ρf . Vbf
1) Jika kohesi > adhesi, maka θ > 90°, dan
Vb Vb terbentuk miniskus cembung.

Penerapan hukum Archimedes:
1) Hidrometer

Digunakan untuk mengukur massa jenis fluida.

m θ
hbf = A × ρf

hbf = tinggi hidrometer yang tercelup (m) raksa
m = massa hidrometer (kg)
A = luas penampang hidrometer (m2)

ρf = massa jenis fluida (kg/m3)

MEKANIKA FLUIDA 2

materi78.co.nr FIS 2
2) Jika kohesi < adhesi, maka θ < 90°, dan

terbentuk miniskus cekung.
θ

air

Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya
permukaan fluida di dalam pipa kapiler atau
pembuluh sempit.

Kenaikan atau penurunan fluida dalam pipa
kapiler dapat dirumuskan:

h = 2 γ cos θ
ρ.g.r

h = ketinggian fluida pada pipa kapiler
γ = tegangan permukaan (N/m)
θ = sudut kontak
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitas (m/s2)
r = jari-jari pipa kapiler (m)

1) Apabila θ < 90°, berarti pada pipa kapiler
terjadi kenaikan tinggi fluida.

2) Apabila θ > 90°, berarti terjadi penurunan
tinggi fluida (nilai negatif).

Tegangan permukaan dan gejala kapilaritas
dalam kehidupan sehari-hari:

1) Air panas atau air detergen tegangan
permukaannya lebih rendah dari air normal
sehingga lebih baik untuk mencuci pakaian,
karena lebih mudah membasahi kain dan
melepas kotoran.

2) Serangga seperti nyamuk dapat hinggap di
atas air karena tegangan permukaan.

3) Antiseptik memiliki tegangan permukaan
rendah sehingga dapat menyebar ke seluruh
bagian luka.

4) Gejala kapilaritas xilem pada tumbuhan
dalam menyerap air dan unsur hara.

5) Gejala kapilaritas sumbu obor dan minyak
tanah.

6) Tisu yang dibasahi salah satu ujungnya dapat
menjadi basah seluruhnya.

MEKANIKA FLUIDA 3

materi78.co.nr FIS 2

Fluida Dinamis

A. PENDAHULUAN A1.v1 A2.v2 A3.v3

Fluida adalah segala zat yang dapat mengalir, Q1 = Q2 = … A1v1 = A2v2 = …
yaitu zat cair dan gas.
Perbandingan kecepatan aliran fluida dengan
Fluida dinamis adalah ilmu yang mempelajari penampangnya memenuhi persamaan berikut:
fluida dalam keadaan bergerak.
v1 = A2 = (rr21 2 (DD21)2
Fluida terdiri atas fluida ideal dan fluida sejati. v2 A1
)=
Sifat-sifat fluida ideal:
Debit aliran dapat membangkitkan suatu daya
1) Tidak kompresibel (tak termampatkan) oleh energi potensial fluida dari suatu ketinggian.

Artinya tidak mengalami perubahan volume P = ρQgh P = daya (W)
atau massa jenis ketika ditekan saat mengalir. ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
2) Tunak (steady)
Artinya kecepatan aliran fluida pada suatu Q = debit aliran fluida (m3/s)
titik mempunyai kelajuan konstan. h = ketinggian aliran fluida (m)
3) Tidak kental (non-viscous)
Artinya tidak mengalami gaya gesekan ketika C. HUKUM BERNOULLI
mengalir.
4) Aliran garis arus (streamline) Tekanan fluida dan kelajuan fluida pada pipa
Artinya fluida mengalir dalam garis lurus mendatar dijelaskan oleh Azas Bernoulli.
lengkung yang jelas ujung dan pangkalnya.
AB
Sifat-sifat fluida sejati:
Pada pipa mendatar, tekanan fluida terbesar
1) Kompresibel (dapat termampatkan) ada pada bagian yang kelajuan airnya paling

Artinya mengalami perubahan volume atau kecil (diameter melebar).
massa jenis ketika ditekan saat mengalir. Pada pipa mendatar, tekanan fluida terkecil
2) Tak tunak (non-steady) ada pada bagian yang kelajuan airnya paling
Artinya kecepatan aliran fluida pada suatu
titik mempunyai kelajuan berubah-ubah. besar (diameter menyempit).
3) Kental (viscous) Hukum/persamaan Bernoulli menyatakan:
Artinya mengalami gaya gesekan ketika
mengalir. Jumlah dari tekanan, energi kinetik per
4) Aliran turbulen (laminar flow) volume, dan energi potensial per volume
Artinya fluida dapat mengalir secara berputar memiliki nilai yang sama pada tiap titik di
dengan arah gerak yang berbeda-beda.
sepanjang suatu garis arus.
B. PERSAMAAN KONTINUITAS
P2, v2
Debit aliran adalah besaran yang menyatakan
volume fluida yang mengalir melalui suatu
penampang dalam waktu tertentu.

Q = V Q = debit aliran (m3/s)
t V = volume fluida (m3)
t = waktu (s)

Q = A.v A = luas penampang (m2) h2
v = kecepatan aliran (m/s)
P1, v1
Persamaan kontinuitas menjelaskan bahwa
massa fluida yang masuk ke dalam suatu h1
penampang akan keluar di ujung penampang lain Dapat dirumuskan:
dengan massa yang sama.

Oleh karena itu, debit fluida di seluruh titik P1 + 1/2 ρv12+ ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22+ ρgh2
penampang adalah sama.

MEKANIKA FLUIDA 1

materi78.co.nr FIS 2

Hukum Bernoulli dapat diterapkan dalam dua Berlaku persamaan:
kasus, yakni fluida statis dan fluida dinamis.
1) Fluida statis P1 – P2 = 1/2 ρ (v22- v12) = ρgh

Dengan nilai v = 0, persamaan Bernoulli: Kecepatan aliran dapat dihitung:

P1 – P2 = ρg(h2- h1) v1 = √v22 − 2gh v2 = √v12+ 2gh

2) Fluida dinamis pada pipa mendatar hubungan dengan persamaan kontinuitas:
Dengan nilai h1 = h2, persamaan Bernoulli:
v1 = 2gh 1 v2 = √1 2gh
P1 – P2 = 1/2 ρ (v22- v12) √(AA12)2 - - (AA21)2

D. PENERAPAN HUKUM BERNOULLI 2) Venturimeter dengan manometer

Teorema Torricelli menjelaskan bahwa: A1 P1, v1 A P2, v2
ρ
Jika suatu wadah yang berhubungan dengan
atmosfer bagian atasnya, kemudian memiliki h

lubang yang jauh lebih kecil dari luas ρ’
penampang wadah di bawah permukaan fluida, Berlaku persamaan:

maka kelajuan semburan fluida sama dengan P1 – P2 = 1/2 ρ (v22- v12) = (ρ’ - ρ)gh
kelajuan gerak jatuh bebas benda.
Kecepatan aliran dapat dihitung:
A1

P1, v1 h1 x
A2 P2, v2
√v1 = A2 2(ρ'-ρ)gh
h2 ρ(A12-A22)

Persamaan yang berlaku dari teorema Torricelli: 2(ρ'-ρ)gh
ρ(A12-A22)
v2 = √2gh1 √v2 = A1
Penurunan persamaan teorema Toricelli:
Tabung pitot adalah tabung yang digunakan
Q = A2√2gh1 untuk mengukur kelajuan gas.
xmaks = v. t xmaks = 2√h1.h2
tmaks = √2.gh2 PA, v PB, v’ ρ A

Tabung venturi adalah sebuah pipa yang h
memiliki bagian menyempit.
ρ’
Venturimeter adalah suatu alat yang dibuat Berlaku persamaan:
berdasarkan konsep tabung venturi yang
digunakan untuk mengukur kelajuan fluida. PB – PA = 1/2 ρv2 = ρ’gh

Venturimeter terdiri dari dua: Kecepatan aliran dapat dihitung:
v = √2ρρ'gh
1) Venturimeter tanpa manometer (pipa venturi)

h

A1 P1, v1 P2, v2 A2

MEKANIKA FLUIDA 2

materi78.co.nr FIS 2

Penggunaan hukum Bernoulli dalam kehidupan E. VISKOSITAS FLUIDA
sehari-sehari:
Viskositas adalah ukuran kekentalan suatu
1) Penyemprot parfum fluida. Fluida yang memiliki viskositas tergolong
Cairan parfum dapat keluar karena: fluida sejati.
a. Diameter pipa kecil. Hukum Stokes menjelaskan bahwa viskositas
menyebabkan kelajuan lapisan-lapisan fluida
b. Pipa yang berhubungan dengan udara tidak seluruhnya sama pada suatu pipa, karena
luar kelajuannya tinggi dan tekanannya adanya gaya gesekan.
rendah (akibat ditekan).
v=0
c. Pipa yang berhubungan dengan cairan
parfum kelajuannya rendah dan vmaks
tekanannya tinggi.
Di dinding pipa, kelajuan fluida dapat mencapai
2) Cerobong asap nilai v = 0, sedangkan pada pusat penampang
terdapat kelajuan terbesar.
Asap dapat keluar karena tekanan udara di
dalam rumah yang besar, berhubungan Gaya gesekan suatu bola yang bergerak dalam
dengan tekanan udara luar yang rendah. fluida sejati dapat dirumuskan:
3) Lubang terowongan
Lubang terowongan dibuat di dua tempat Ff = 6πηrv Ff = gaya gesekan fluida (N)
yang berbeda ketinggiannya, sehingga udara
dapat masuk ke dalam terowongan akibat η = koefisien viskositas (Pa. s)
perbedaan tekanan. R = jari-jari bola (m)
v = kelajuan bola (m/s2)
4) Pesawat terbang
Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang Kecepatan terminal adalah kecepatan terbesar
bekerja pada pesawat, yaitu: konstan yang dialami benda yang jatuh bebas
dalam suatu fluida sejati/kental.
a. Gaya berat ke bawah,
b. Gaya angkat pesawat ke atas, Kecepatan terminal terjadi ketika gaya berat,
c. Gaya mesin ke depan, gaya ke atas fluida, dan gaya gesekan fluida
d. Gaya gesek udara ke belakang. berada dalam kesetimbangan.

FA = pA. A Kecepatan terminal dapat dirumuskan:

vT = g VB(ρB - ρf)

A vA 6πηr
vB
Kecepatan terminal untuk benda berbentuk
bola dapat dirumuskan:

FB = pB. A 2 r2 g

Syarat agar pesawat terbang dapat terbang vT = 9 η (ρB - ρf)
apabila:

vA > vB PB > PA

Syarat bagi pesawat terbang saat mengudara:
a. Tinggal landas (take-off), Fangkat > W.
b. Terbang konstan, Fangkat = W.
c. Mendarat/turun (landing), Fangkat < W.
Berlaku persamaan:

FB – FA = (PB - PA).A

FB – FA = 1/2 ρu (vA2- vB2) A

MEKANIKA FLUIDA 3