The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.

bahan ajar fluida statis
digiital learning terintegrasi kearifan lokal

Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by sintaayupupuhn, 2022-08-28 10:21:21

Fluida Statis

bahan ajar fluida statis
digiital learning terintegrasi kearifan lokal

BAHAN AJAR PERTEMUAN 1

Pengertian Bendungan
Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi

waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan
air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Kebanyakan dam juga memiliki bagian
yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau
berkelanjutan. Kementerian Pekerjaan Umum Indonesia mendefinisikan bendungan sebagai,
"Bangunan yang berupa tanah, batu, beton, atau pasangan batu yang dibangun selain untuk
menahan dan menampung air, dapat juga dibangun untuk menampung limbah tambang atau
lumpur”.

Fungsi dan Manfaat Bendungan Gajah Mungkur

Gambar 1.1 Bendungan Serbaguna Waduk Gajah Mungkur

Bendungan serbaguna Waduk Gajah Mungkur adalah sebuah waduk yang terletak 6 km di
selatan kota Kabupaten Wonogiri, Provinsi Jawa Tengah. Perairan danau buatan ini dibuat
dengan membendung sungai terpanjang di pulau Jawa yaitu sungai Bengawan Solo.
Dinamakan Gajah Mungkur, karena lokasinya yang tidak jauh dari Pegunungan Gajah
Mungkur disebelah barat waduk. Luas Daerah Tangkapan Air (DTA) waduk ini mencapai
1.350 km dengan pintu masuk melalui beberapa sungai besar yaitu Bengawan Solo, Sungai
Kaduang, Sungai Tirtomoyo, Sungai Parangjoho, Sungai Temon, dan Sungai Posong. Luas
genangan maksimum Waduk Gajah Mungkur adalah 8.800 Hektar mencangkup 7 kecamatan
yaitu Kecamatan Wonogiri, Ngadirojo, Nguntoronadi, Baturetno, Giriwoyo, Eromoko, dan

Kecamatan Wuryantoro. Sedangkan bangunan bendungan berada di Desa Pokohkidul,
Kecamatan Wonogiri.

Waduk Gajah Mungkur dibangun sebagai pengendalian banjir (flood control) sungai
Bengawan Solo, dari 4000 m3/s menjadi 400 m3/s, sesuai kapasitas maksimum alur sungai di
hilir bendungan. Selain itu Waduk Gajah Mungkur bisa mengairi sawah seluas 23.600 ha di
daerah Kabupaten Sukoharjo, Kabupaten Klaten, Kabupaten Karanganyar, dan Kabupaten
Sragen. Selain untuk memasok air minum Kota Wonogiri dan sekitarnya juga menghasilkan
listrik dari PLTA sebesar 12,4 MegaWatt. Pada saat ini pembangkit listrik PLTA ini dikelola
oleh anak perusahaan PLN, yaitu PT. Indonesia Power Unit Mrica. Waduk Gajah Mungkur
juga merupakan tempat rekreasi yang sangat indah. Di sini tersedia kapal boat untuk
mengelilingi perairan, juga sebagai tempat memancing. Selain itu dapat pula menikmati
olahraga layang gantung (Gantole). Terdapat juga taman rekreasi "Sendang" yang terletak 6
km arah selatan Kota Wonogiri. Pada musim kemarau, debit air waduk akan kecil dan sebagian
dari dasar waduk kelihatan. Dasar waduk yang di pinggiran dimanfaatkan oleh masyarakat
setempat untuk menanami tanaman semusim, seperti jagung.

Konsep Tekanan Hidrostatis pada Bendungan Gajah Mungkur
Dalam pembangunan suatu bendungan, sangat diperlukan memahami konsep-konsep

fisika. Salah satu konsep fisika yang digunakan adalah mengenai tekanan hidrostatis.
Adanya tekanan di dalam zat cair disebabkan oleh gaya gravitasi yang bekerja pada setiap

bagian zat cair tersebut. Besar tekanan zat cair bergantung pada kedalaman zat cair. Semakin
dalam letak suatu bagian zat cair, akan semakin besar pula tekanan pada bagian itu. Tekanan
pada zat cair yang terjadi karena kedalamannya inilah yang disebut sebagai tekanan hidrostatis.

Gambar 1.2 Tekanan Hidrosatis

Dari gambar diatas diketahui bahwa lubang paling bawah memancarkan air paling jauh.
Setiap benda dipermukaan bumi mendapat pengaruh gravitasi bumi. Dengan kata lain, setiap

benda di permukaan bumi mempunyai berat. Demikian juga halnya pada zat cair. Itulah
sebabnya, secara alami zat cair selalu mengalir ketempat yang lebih rendah.

Menurut hukum tekanan hidrostatis, “Tekanan hidrostatis yang terletak pada semua titik
yang terletak pada suatu bidang datar dalam suatu jenis zat cair yang sama maka besarnya
sama”.

Gambar 1.3 Tekanan Hidrostatis pada Bidang yang Sama

Menurut hukum tekanan hidrostatis tekanan zat cair pada gambar di atas, maka dapat
dituliskan:

ℎ = ℎ

Keterangan:
ℎ = tekanan hidrostatis air (N/m2 atau Pa)
= massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (g = 9,8 m/s2)
h = titik kedalaman yang diukur dari permukaan air (m)

Apabila tekanan udara luar (tekanan barometer) diperhitungkan, maka tekanan di suatu titik
dalam fluida dirumuskan sebagai berikut:

Gambar 1.4 Tekanan di Titik P yang Dipengaruhi Tekanan Luar
= 0 + ℎ

Keterangan:
P0 = tekanan udara luar
ℎ = tekanna hidrostatis

Pada rumus di atas dapat disimpulkan bahwa tekanan dalam zat cair hanya bergantung pada
jenis dan kedalaman zat cair, tidak bergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya
terbuka). Berdasarkan rumus di atas dapat diketahui bahwa semakin ke dalam dari permukaan
air maka tekanan hidrostatis makin besar. Itulah sebabnya, dinding bendungan air pada bagian
bawah dibuat lebih tebal daripada bagian atasnya.

BAHAN AJAR PERTEMUAN 2
Pasar terapung adalah sebutan untuk sarana jual beli yang berada di atas perairan, contohnya di
danau. Pada pasar terapung antara penjual dan pembeli berada di atas perahu. Di Asia terdapat beberapa
pasar apung yang hingga saat ini masih beroperasi, misalnya pasar apung di Indonesia dan Thailand.
Pasar terapung Muara Kuin yang terletak di atas Sungai Barito di muara sungai Kuin, Banjarmasin,
Kalimantan Selatan menjadi salah satu pasar terapung terbesar yang ada di Indonesia. Dalam
kenyataannya, pasar terapung merupakan salah satu penerapan konsep fisika Hukum Archimedes
tepatnya pada materi mekanika fluida. Syarat suatu benda dapat terapung yaitu massa jenis benda harus
lebih besar dari massa jenis air. Benda akan tenggelam jika massa air lebih besar dari massa jenis benda.
Dan benda akan melayang jika massa jenis air sama besarnya dengan massa jenis benda. Melalui pasar
apung, peserta didik diharapkan dapat belajar mengenai konsep Hukum Archimedes pada materi
mekanika fluida.

Gambar 2.2 pasar apung
Konsep Fisika pada pasar apung

Bila suatu benda sebagian atau seluruhnya terbenam dalam cairan, gaya ke atas diberikan oleh
cairan pada benda itu. Kecenderungan cairan untuk mengerahkan gaya ke atas pada objek disebut gaya
apung. Apabila kita meletakkan sepotong kayu di air dan mendorong ke bawah,kita akan merasakan ada
sesuatu yang mendorong sepotong kayu tersebut ke atas. Air akan memberi gaya ke atas pada kayu, itu
sebabnya kayu akan semakin terdorong ke atas. Gaya tersebut dikenal dengan gaya apung. Pada pasar
apung perahu dapat mengapung karena, bagian dalam badan perahu dibuat berongga. Rongga ini berisi
udara yang memilik massa jenis lebih kecil daripada air. Dengan adanya rongga ini, massa jenis rata-
rata badan kapal laut dapat dibuat lebih kecil daripada massa jenis air (ρ badan kapal < ρ air). Dengan
massa jenis badan kapal yang lebih kecil daripada massa jenis air itu, akan diperoleh berat kapal (W)
lebih kecil daripada gaya ke atas (FA) dari air sehingga kapal laut dapat tetap terapung di permukaan
air. Hal ini sesuai dengan hukum Archimedes.
Hukum Archimedes pada kearifan lokal pasar apung

Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup baik
keseluruhan maupun sebagian dalam fluida, maka benda tersebut akan menerima dorongan gaya ke atas
(atau gaya apung). Hal tersebut dicetuskan oleh Archimedes dan dirumuskan:
= . .
Keterangan:
FA = gaya ke atas (N)
= massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
V = volume benda yang tercelup dalam zat cair (m3)
m = massa benda (kg)

Karena ada gaya ke atas, maka berat benda di dalam zat cair akan berkurang. Jadi, berat benda dalam
zat cair sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan gaya ke atas. Hal tersebut dapat dirumuskan:
= −
Keterangan:
wz = berat benda dalam zat cair (N) wu = berat benda di udara (N)
FA = gaya angkat ke atas (N) Catatan:
1. Syarat benda terapung = > dan <
2. Syarat benda melayang = = dan =
3. Syarat benda tenggelam = < dan >

Prinsip hukum Archimedes tidak hanya pada alat-alat teknik saja, tetapi juga pada kearifan lokal
pasar apung, pada kegiatan transaksi jual beli masyarakat tidak perlu khawatir perahu akan tenggelam,
karena perahu akan mengapung meskipun di tengah perairan. Mengapungnya perahu dapat terjadi
seperti ungkapan Archimedes, “Jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis air, maka benda
tersebut akan mengapung”. Diketahui bahwa massa jenis tubuh manusia adalah 0,985 gr/cm3 sedangkan
massa jenis air Laut Mati adalah 1,24gr/cm3. Karena massa jenis tubuh manusia lebih kecil, makanya
manusia bisa mengapung di Laut Mati sesuai dengan hukum Archimedes.

BAHAN AJAR PERTEMUAN 3

3.1 Gambar Kawah Sikidang

Kawah Sikidang sebagai Potensi Lokal
Kawah Sikidang merupakan salah satu ikon pariwisata di Kabupaten Wonosobo. Kawah

Sikidang berupa cekungan berisi kawah yang timbul karena aktivitas Gunung Berapi di
Dataran Tinggi Dieng. Lokasi kawah pada ketinggian sekitar 2200 meter dpl, sehingga
kelembaban udara kurang dari 1 atm. Kawah Sikidang berada di tanah yang lumayan datar,
sehingga pengunjung dapat dengan jelas melihat gumpalan asap yang keluar dari Kawah
Sikidang. Kawah Sikidang mengandung kandungan belerang yang tinggi sehingga gas yang
keluar juga mengandung belerang yang dapat berbahaya bagi kesehatan. Untuk tujuan
keamanan, di sekitar Kawah Sikidang sudah dibangun pagar terbuat dari kayu, berfungsi
sebagai pembatas agar tidak ada pengunjung yang tercebur dalam kawah atau terkena dampak
dari gas beracun. Sebagai tindakan pencegahan sebaiknya pengunjung tidak berada melewati
batas pagar kayu serta selalu gunakan masker pelindung yang banyak dijual di sekitar area
kawasan Kawah Sikidang.

Di sekitar Kawah Sikidang terdapat kawah kecil, sebagian masih aktif mengeluarkan gas
dan sebagian sudah mati sehingga tidak mengeluarkan gas. Kawah kecil tersebut selalu
berpindah-pindah seperti kidang (kijang). Oleh karena itu, menurut sejarah masyarakat
menamakannya dengan Kawah Sikidang.

Karakteristik Kawah Sikidang dapat dimanfaatkan untuk banyak aspek, meliputi
pariwisata, pertanian, budaya, ekonomi, bencana, ilmu pengetahuan daln lain sebagainya.
Sebagai ikon pariwisata, Kawah Sikidang merupakan tempat yang sering dikunjungi
wisatawan untuk melihat fenomena alam berupa kawah. Hal ini pastinya berimbas pada

naiknya tingkat ekonomi pemerintah daerah melalui retribusi dan penduduk dengan menjual
berbagai makanan, souvenir, masker, dan lain sebagainya. Salah satu barang khas yang dijual
di sekitar Kawah Sikidang adalah belerang dalam beraneka ragam ukuran, seperti bongkahan,
serbuk kasar, maupun serbuk halus. Belerang dipercaya dapat mengobati penyakit kulit. Selain
itu, juga dapat dimanfaatkan sebagai masker kecantikan wajah. Meskipun demikian,
penggunaannya harus hati-hati agar aman. Harus diperhatikan cara membuat larutan belerang
agar belerang dapat larut dengan sempurna dengan air sehingga dihasilkan larutan dengan
viskositas yang pas untuk obat kulit atau untuk masker.

Penerapan Viskositas pada Kawah Sikidang
Fluida disebut juga zat alir, yaitu zat yang dapat mengalir. Fluida dapat berupa zat cair dan

gas. Zat alir memiliki sifat mekanika seperti partikel, hanya saja untuk alasan praktis
ditampilkan berbeda dengan mekanika partikel. Misalnya, besaran massa (mekanika partikel)
diubah menjadi massa jenis (mekanika fluida). Selain itu, gaya (mekanika partikel) ditampilkan
sebagai besaran tekanan (mekanika fluida). Pada fluida statis bentuk cair terdapat 3 parameter
yang perlu diketahui yaitu gaya apung (gaya Archimedes), tekanan hidrostatika, dan gaya
Stokes. Gaya apung berhubungan erat dengan massa jenis fluida, tekanan hidrostatis
berhubungan dengan kedalaman benda yang berada di dalam zat cair. Gaya Stokes
berhubungan dengan viskositas zat cair dan kelajuan gerak dari benda yang tenggelam.

Pada kehidupan sehari-hari sulit dijumpai fluida ideal. Hal ini dikarenakan setiap fluida
memiliki kekentalan. Kekentalan sebanding dengan gaya gesekan antar fluida dan antara fluida
dengan dinding pipa. Jadi, keberadaan kekentalan merupakan identitas adanya gesekan (Jati &
Priyambodo, 2013). Giancoli (2014) menyatakan viskositas sebagai gaya gesek di antara
lapisan-lapisan yang bersebelahan di dalam fluida, bilamana lapisan-palisan tersebut bergerak
saling berpapasan. Pada cairan, viskositas diakibatkan oleh gaya-gaya kohesif listrik (yang
bekerja) di antara molekul-molekul. Pada gas, viskositas timbul akibat tumbukan di antara
molekul-molekul. Viskositas fluida dilambangkan η dengan satuan internasional Ns/m2 = Pa s
(Pascal sekon). Contoh peristiwa yang melibatkan viskositas adalah cairan/partikel yang ada
di dalam Kawah Sikidang.

Viskositas hanya sedikit bergantung pada tekanan, dan biasanya pengaruh tekanan tersebut
diabaikan. Viskositas sangat sensitif terhadap temperatur. Viskositas zat cair berkurang dengan
kenaikan temperatur. Pada gas, peningkatan temperatur justru akan meningkatkan viskositas.
Perbedaan pengaruh temperatur terhadap viskositas pada zat cair dan gas dapat dilihat dari
perbedaan struktur molekulnya. Namun, dalam gas molekul-molekulnya terpisah jauh dan gaya

antarmolekulnya diabaikan. Dalam hal ini, hambatan terhadap gerak relatif timbul karena
pertukaran momentum antara molekul gas antara lapisan-lapisan fluida yang bersebelahan.
Karena molekul-molekul berpindah dengan gerakan acak dari satu tempat ke tempat yang
kecepatan borongannya (bulk velocity) rendah dan bercampur dengan molekul di tempat yang
kecepatan borongannya tinggi (dan sebaliknya), maka akan terdapat pertukaran momentum
efektif yang melawan gerakan relatif antara lapisan-lapisan. Dengan meningkatkan temperatur
gas, maka aktivitas molekul yang acak tersebut akan meningkat dan mengakibatkan
peningkatan viskositas.

Maka dari itu, jenis cairan yang mudah mengalir (seperti air yang mengandung belerang
yang terdapat di Kawah Sikidang) dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah karena
viskositas zat cair berkurang dengan kenaikan temperatur, sementara bahan-bahan yang sulit
mengalir (seperti lumpur yang mengandung belerang yang terdapat di Kawah Sikidang) dapat
dikatakan memiliki viskositas yang tinggi karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang
lambat apabila suhu diturunkan maka akan meningkat kekentalannya.

Gambar 3.2 Gejala Stokes

Untuk menentukan besarnya gaya gesekan yang dialami oleh sebuah benda yang bergerak
di dalam fluida, akan mengalami gaya gesek sebesar:


= . × atau

= 6. . . .

Keterangan:
η = koefisien viskositas (N s/m2 atau Pa s)
v = kelajuan fluida (m/s)
F = gaya (N)
A = luas keeping yang tersentuh dengan fluida (m2)

= jarak antar keping (m)
r = jari-jari bola (m)


Click to View FlipBook Version