REVISI E-LKPD FLUIDA STATIS

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

Mari Bereksperimen!!!

Mengamati gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-
hari

1. Lakukan percobaan di rumah untuk membuktikan pemanfaatan gejala
kapiler pada zat cair! Perhatikan gambar 27 merupakan ilustrasi dari
beberapa manfaat gejala kapiler dalam kehidupan sehari-hari.

Gambar 3.5. Beberapa manfaat gejala kapiler
(Sumber : buku fisika SMA/MA kelas XI)

2. Jelaskan peristiwa yang ditunjukkan oleh setiap gambar tersebut yang
berkaitan dengan gelaja kapiler! Berilah kesimpulan mengenai percobaan
Anda!

37

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

5. Penerapan Tegangan Permukaan dalam Kehidupan Sehari-hari

Mengapa mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian
yang lebih bersih ???

Tegangan permukaan air dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu air,
maka semakin kecil tegangan permukaan air. Artinya, semakin baik kemampuan air
untuk membasahi benda. Oleh karena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan
kotoran pada pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih.

Detergen sintesis modern juga a

didesaian untuk meningkatkan

kemampuan air membasahi kotoran b
yang melekat pada pakaian, yaitu

dengan menurunkan tegangan Gambar 3.6. (a) setetes air murni diletakkan di
permukaan air. Banyak kotoran pakaian atas lilin yang bersih. (b) setetes air yang
yang tidak larut di dalam air segar, tetapi mengandung detergen diletakkan di atas lilin
larut di dalam air yang diberi detergen. (Sumber:buku fisika SMA/MA kelas XI)

Pengaruh detergen dapat dilihat dengan meneteskan air segar dan air yang mengandung

detergen ke atas lilin yang bersih. Air segar tidak membasahi lilin dan bentuk

butirannya tidak berubah (perhatikan gambar 28). Tampak bahwa detergen

memperkecil tegangan permukaan air, sehingga air mampu membasahi lilin.

Antiseptik yang dipakai mengobati luka, selain memiliki daya bunuh kuman
yang baik, juga memiliki tegangan permukaan yang rendah, sehingga antiseptik dapat
membasahi seluruh luka. Jadi, alkohol dan hampir semua antiseptik memiliki tegangan
permukaan yang rendah.

38

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

6. Viskositas

a. Hukum Stokes untuk Fluida Kental

Pada suatu fluida ideal (fluida

tidak kental), tidak ada viskositas a v

(kekentalan) yang menghambat lapisan-

lapisan fluida ketika lapisan-lapisan

tersebut menggeser satu di atas lainnya. v = 0 di
Pada suatu pipa dengan luas penampang dinding
seragam (serba sama), setiap lapisan
b

fluida ideal bergerak dengan kecepatan v maksimum
yang sama. Demikian juga lapisan pada pusat

fluida yang dekat dengan dinding pipa Gambar 3.7. (a) dalam aliran fluida ideal,
seperti pada Gambar 29a. Ketika semua partikel fluida yang melintasi pipa
viskositas (kekentalan) ada, kecepatan memiliki kecepatan sama, (b) dalam
lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya aliran fluida kental, kecepatan fluida pada
sama, seperti pada Gambar 29b. permukaan dinding adalah nol dan
bertambah hingga mencapai maksimum
sepanjang sumbu pusat (sumber:buku
fisika SMA/MA kelas XI)

Lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak

bergerak ( = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat pipa memiliki kecepatan

terbesar.

Viskositas pada aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada
gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas = 0 sehingga benda yang
bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh
fluida. Namun, jika benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam
fluida kental, gerak benda akan dihambat oleh gaya gesekan fluida pada benda
tersebut. Besar gaya gesekan fluida dirumuskan sebagai berikut.

= (20)

39

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

Koefesien k bergantung pada bentuk geometris benda. Untuk yang
memiliki bentuk geometris berupa bola dengan jari-jari r, dari perhitungan
laboratorium diperoleh nilai berikut.

= 6 (21)

Dengan memasukkan nilai k tersebut ke dalam persamaan 21, diperoleh

persamaan Hukum Stokes seperi berikut. (22)

= 6

Keterangan :
= gaya hambatan (N)
= koefisien viskositas (kg/m s atau Pa s)
r = jari-jari bola (m)
v = kelajuan relatif benda terhadap fluida (m/s)
= 3,14
b. Kecepatan Terminal

Suatu benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental,
kecepatannya semakin besar hingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang
tetap. Kecepatan terbesar yang tetap ini dinamakan kecepatan terminal.

Pada suatu benda yang jatuh bebas dalam fluida kental, selama geraknya
pada benda tersebut bekerja tiga gaya, yaitu gaya berat w = mg, gaya ke atas
yang dikerjakan fluida Fa, dan gesekan yang dikerjakan fluida Ff seperti pada
gambar 30.

Fa Ff Arah
gerak

a b w = mg vT

Gambar 3.8. (a) benda berbentuk bola jatuh bebas dalam fluida
kental. (b) diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda
(sumber;buku fisika SMA/MA kelas XI)

40

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

Seperti telah dinyatakan, benda akan bergerak semakin cepat sampai
mencapai kecepatan terminal yang konstan. Pada saat kecepatan terminal
tercapai, gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah seimbang.

∑F = 0

+mg – Fa - Ff = 0

Ff = mg - Fa . . . (*)

Jika massa jenis benda = , massa jenis fluida = , dan volume benda = ,

gaya ke atas = .

Berat benda mg = ( )g
Gaya gesekan = 6

Dengan memasukkan besar ketiga gaya tersebut ke dalam persamaan (*),
hasilnya diperoleh sebagai berikut.

6 = −
6 = ( − )

Kecepatan terminal dalam fluida kental

( − ) (23)
6
=

Untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r, volume benda = 4 3
3

sehingga persamaan 23 menjadi seperti berikut.

= (34 3 ) ( − )
6

Persamaan kecepatan terminal dalam fluida kental seperti berikut.

2 2 (24)
= 9 ( − )

41

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

RANGKUMAN

➢ Tekanan didefenisikan sebagai gaya normal (tegak lurus) yang bekerja pada suatu bidang
dibagi dengan luas bidang tersebut.
Secara matematis,

P =



➢ Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang hanya diakibatkan berat fluida. Makin tinggi
zat cair dalam wadah, maka makin berat zat cair itu, sehingga makin besar tekanan yang
dikerjakan zat cair pada dasar wadah.
Secara matematis,

Ph = gh

➢ Tekanan gauge merupakan selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan

atmosesfer. P = Pgauge + Patm

➢ Hukum Pokok Hidrostatis

Tekanan hidrostatis pada semua titik yang terletak pada bidang datar yang sama di dalam
zat cair yang dalam keadaan setimbang adalah sama.

Persamaan Hukum Pokok Hidrostatis,

=
0 + 1 ℎ1 = 0 + 2 ℎ2

1ℎ1 = 2ℎ2

Hukum Pascal

Prinsip Pascal mengatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada zat cairdalam ruang
42

tertutup diteruskan sama besar ke segala arah,

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

➢ Hukum Pascal

Prinsip Pascal mengatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang
tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.

1 = 1 atau = 1 2 = 2 atau = 2
1 2

atau

1 = 2 = 2 = 1
2 1

➢ Hukum Archimedes berbunyi “suatu benda yang tercelupkan sebagian atau seluruhnya ke
dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”

Gaya apung

Gaya apung ini merupakan selisih dari gaya berat benda di udara dengan gayaberat benda

di dalam fluida. Fa = Wu - Wf

=


➢ Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan zat cair untuk menegang
sehingga pernukaannya seperti ditutupi suatu lapisan elastis. Gaya tegangan
permukaan yang dialami oleh kawat yang dicelupkan kedalam air sabun.

=


= 2

43

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

➢ Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair melalui perantara,
seperti kain, dinding, pipa kapiler, dan lain sebagainya.
Kenaikan / penurunan fluida dalam pipa kapiler dirumuskan :

h = 2
ρ

➢ Tingkat kekentalan (Viscositas) suatu fluida dinyatakan oleh koefisien
kekentalan fluida tersebut.
Gaya Stokes :

= 6

44

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

A. Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat. Berikan alasan mengapa Anda memilih jawaban tersebut.
1. Massa jenis bola yang memiliki massa 0,5 kg dengan diameter 10 cm adalah. . . . .
a. 0,942 g/cm3
b. 0,945 g/cm3
c. 0,933 g/cm3
d. 0,955 g/cm3
e. 0,925 g/cm3
2. Sebuah balok kayu mempunyai rapat massa 800 kg/m3 dan berukuran (30 cm x 40 cm x 50
cm). Tekanan maksimum yang dapat diberikan balok pada permukaan tempat balok berdiri
adalah . . . . .
a. 1.200 Pa
b. 2.400 Pa
c. 3.200 Pa
d. 4.000 Pa
e. 4.800 Pa
3. Air di dalam tabung mempunyai massa jenis 1 g/cm3. Tekanan hidrostatis di titik B (lihat
gambar), bila titik B berada pada kedalaman 20 cm dari permukaan dan g = 10 m/det2 adalah
.....

B 20 cm

a. 2 x 103 N/m2
b. 3 x 103 N/m2
c. 4 x 103 N/m2
d. 5 x 103 N/m2
e. 6 x 103 N/m2

45

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

4. Pompa hidrolik mempunyai penampang A1 = 10 cm2 dan A2 = 30 cm2. Jika beban pada
penampang A1 seberat 50 N, maka beban yang terangkat pada penampang A2 adalah. . . . .
a. 50 N
b. 150 N
c. 300 N
d. 500 N
e. 1.500 N

5.

Perhatikan gambar di atas. Diameter A = 100 cm dan diameter B = 40 cm. Bila pengisap
A ditekan dengan gaya 6,25 x 104 N, maka gaya yang dihasilkan pada pengisap B adalah.
....
a. 1,0 x 104 N
b. 2,5 x 104 N
c. 6,25 x 104 N
d. 10,0 x 104 N
e. 39,0 x 104 N

6. Tiga bejana berhubungan ditutup oleh pengisap yang luasnya masing-masing 4 cm2, 24
cm2, 60 cm2. Apabila pada pengisap yang terkecil menekan gaya sebesar 12 N, gaya yang
harus menekan kepada pengisap lain-lainnya supaya setimbang adalah. . . .
a. 70 N; 180 N
b. 72 N; 180 N
c. 70 N; 186 N
d. 172 N; 186 N
e. 80 N; 170 N

46

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

7. Sebuah benda yang massa jenisnya sama dengan massa jenis air berada didasar kolam
air yang dalamnya h. Jika percepatan gravitasi g, massa benda m, dan volume benda V,
besar gaya normal dari dasar kolam pada benda adalah. . . . . .
a. nol
b. mg
c. gh
d. gV
e. mg – gh

8. Sebuah balok kayu dengan massa 10 kg dan massa jenis 0,8 g/cm3
tepat tercelup seluruhnya dibawah permukaan air jika di atas balok
kayu itu diletakkan sebuah pemberat P. Jika massa jenis air dianggap
1 g/cm3 dan g = 10 m/s2, massa pemberat P adalah. . . . .
a. 0,5 kg
b. 1 kg
c. 1,5 kg
d. 2 kg
e. 2,5 kg

9. Perhatikan data berikut.
(1) Sudut kontak
(2) Massa jenis cairan
(3) Jari-jari pipa kapiler
(4) Tekanan atmosfer
Naiknya suatu cairan dalam pipa kapiler bergantung pada besaran nomor. . . .
a. (4)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (1), (2), dan (3)
e. (1), (2), (3), dan (4)

47

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

10. Permukaan air ( = 1 g/cm3) di dalam pipa kapiler berdiameter dalam 1 mm adalah 4 cm
di atas permukaan air di luar pipa itu. Jika sudut kontak air dalam pipa kapiler 60o, besar
tegangan permukaan air adalah. . . . .
a. 0,2 N/m
b. 0,4 N/m
c. 0,6 N/m
d. 0,8 N/m
e. 1 N/m

B. Esai
Kerjakan soal-soal berikut.
1. Sebuah kasur air memiliki ukuran panjang 2 m, lebar 2 m, dan tebal 30 cm.
a. Jika massa bahan kasur (tanpa air) adalah 20 kg, hitung besar kasur tersebut.
b. Hitung tekanan yang dikerjakan kasur pada lantai.
(massa jenis air = 1.000 kg/m3, g = 9,8 m/s2)
2. Sebuah manometer U yang berisi raksa digunakan untuk mengukur tekanan gas. Tinggi
raksa dalam yang terbuka gas. Tinggi raksa dalam tabung yang terbuka adalah 600 mm
lebih tinggi dari tabubg U yang dihubungkan ke tangki gas. Berapa besar tekanan gas
tersebut (dalam pascal)? (massa jenis raksa = 1,36 x 104 kg/m3, tekanan atmosfer = 1,01
x 105 Pa, g = 9,8 m/s2).
3. Sebuah balok kayu kecil dengan massa jenis 0,4 x 103 kg/m3 ditenggelamkan ke dalam
air pada kedalaman 2,7 m. Tentukan :
a. Percepatan balok menuju permukaan air ketika balok dilepaskan;
b. Waktu yang diperlukan balok untuk mencapai permukaan.
Abaikan kekentalan.
4. Air naik sampai ketinggian 10 cm dalam suatu pipa kapiler tertentu. Dalam pipa kapiler
yang sama, permukaan raksa turun 3,5 cm. Tentukan perbandingan antara tegangan
permukaan raksa dan air. Massa jenis raltif raksa 13,6 serta sudut kontak air 0o dan untuk
raksa 143o (sin 37o = 0,6).

47

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

5. Sebuah benda berbentuk bola dengan diameter 2 cm dijatuhkan bebas dalam suatu cairan
tertentu yang massa jenisnya 700 kg/m3. Dari eksperimen didapatkan bahwa kelajuan
terbesar yang dicapai benda adalah 4,9 m/s. Jika massa jenis benda 7.900 kg/m3 dan
percepatan gravitasi 9,8 m/s2, tentukan koefisien kekentalan cairan tersebut.

48

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

GLOSARIUM

Tekanan : Gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagidengan luas
bidang tersebut

Tekanan : Tekanan zat cair yang hanya disebabkan berat zat cair itusendiri
Hidrostatis

Hukum pokok : Semua titik yang terletak pada satu bidang datar didalamsatu jenis
hidrostatika zat cair memiliki tekanan yang sama besar

Prinsip Pascal : Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan
diteruskan kesegala arah sama besar

Gaya Apung : Gaya yang arahnya keatas yang diberikan oleh fluida kepadabenda
yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida. Hukum
Archimides Gaya apung yang dialami oleh benda

Hukum Archimides : Gaya apung yang dialami oleh benda yang dicelupkan sebagian
atau seluruhnya ke dalam zat cair sama denganberat fluida yang
dipindahkan.

Mengapung : Kondisi benda dimana sebagian benda berada di permukaan zat cair

Melayang : Kondisi benda dimana seluruh benda berada di dalam fluidatetapi
tidak menyentuh dasar fluida
Tenggelam
: Kondisi benda dimana seluruh benda berada di dalam fluida dan
Tegangan menyentuh dasar fluida
Permukaan
Gaya Adhesi : Kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga
Gaya Kohesi permukaannya seperti ditutupi oleh selaput yangelastis

: Gaya tarik menarik antara partikel-partikel tidak sejenis
: Gaya tarik menarik antara partikel-partikel sejenis

49

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

Kecepatan : Kecepatan tetap dan terbesar yang dialami oleh bendadidalam fluida
Terminal kental
Kapilaritas
: Peristiwa naik atau turunnya zat cair didalam pipa kapiler (pipa
Viskositas sempit)

: Kekentalan suatu fluida

50

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen. 2017. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XI. Cimahi : Penerbit Erlangga.
Cunayah, Cucun dan Etsa Indra Irawan. 2018. 1700 Plus Bank Soal Fisika SMA/MA.

Bandung : Penerbit Yrama Widya.
Pujianto, dkk. 2016. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XI Peminatan Matematika dan Ilmu-

Ilmu Alam. Klaten : Penerbit PT Intan Pariwara.

51

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

BIODATA PENULIS

Nama : Selestinus Situ Lamak
NIM : 2018005016
Prodi : Pendidikan Fisika
Fakultas : Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Alamat Asal : Lembata, Nusa Tenggara Timur
Alamat Kini : Jln. Bimosari, Gang. Cendrawasih 2, UH 3/406
No HP/WA : 082235696098
Email : [email protected]

52

E-LKPD FLUIDA STATIS
BERBASIS CREATIVE PROBLEM SOLVING

E-LKPD FLUIDA STATIS

“Apapun yang diperbuat oleh seseorang, hendaknya
bermanfaat bagi dirinya sendiri, bermanfaat bagi bangsanya,

bermanfaat bagi manusia di dunia pada umumnya”
Ki Hadjar Dewantara