Bahan Ajar Fluida Statis

BAHAN AJAR
FLUIDA STATIS

Disusun oleh
Dian erawarni

Fluida adalah zat yang dapat mengalir, zat yang termasuk zat alir adalah zat cair dan gas.
Secara umum, fluida terbagi menjadi 2 yaitu fluida tak bergerak (hidrostatis) dan fluida
bergerak (hidrodinamis).

A. Massa Jenis
Massa jenis merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan. Massa jenis didefinisikan sebagai
perbandingan massa per satuan volume.

=
Keterangan:
= ( )
= ( 3 3)
= ( / 3 / 3)

Secara kasar, massa jenis dapat digunakan untuk mengetahui keadaan benda di permukaan air.
Benda/objek yang memiliki massa jenis lebih kecila akan selalu berada dia atas massa jenis yang
lebih besar. Contohnya, minyak akan selalu mengapung di atas permukaan air karena massa
jenis minyak lebih kecul dari massa jenis air.

Sumber : https://eksperimensederhana.blogspot.com/
Gambar 1. Perbedaan massa jenis air dan minyak

B. Tekanan

Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan

luas bidang.


=

Keterangan:

= ( )

= ( 2)

= ( = / 2)

C. Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah tekanan zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri.

Tekanan hidrostatis merupakan perbandingan antara besar gaya tekan zat cair dengan luas

permukaan yang ditekannya.


ℎ =


ℎ = = =


ℎ =
ℎ = ℎ
Jika tekanan udara pada permukaan zat cair adalah 0,
tekanan pada dasar bejana sesuai dengan persamaan

berikut

Sumber : Lasmi (2013) ℎ = 0 + ℎ
Gambar 2. Tekanan Zat Cair Keterangan:
0 = = 1 = 1 × 105
ℎ = ( )

= ( / 3)

ℎ = ℎ ( )

D. Hukum Utama Hidrostatis
Besarnya tekanan hidrostatis pada setiap titik dalam kedalaman yang sama pada satu jenis zat
cair adalah sama, walaupun bentuk bejananya berbeda dan disebut paradoks hidrostatis.

= =
ℎ = ℎ = ℎ

Sumber : Lasmi (2013) ℎ = ℎ = ℎ

Gambar 3. Bejana bentuk berbeda

Penerapan hukum utama hidrostatis pada pipa U yang dapat digunakan untuk mengukur massa

jenis zat cair.

=
1 ℎ1 = 2 ℎ2

1ℎ1 = 2ℎ2

Sumber : Lasmi (2013) 2 = 1ℎ1
Gambar 4. Pipa U ℎ2

E. Hukum Pascal
Tekanan yang dikerjakan pada suatu zat cair dalam bejana tertutup akan diteruskan ke segala
arah sama besar.

Hukum Pascal dirumuskan:

1 = 2

1 = 2
1 2

dengan

1 = 12 = 1 12 = luas permukaan
4

piston 1 (m2)

2 = 22 = 1 22 = luas permukaan Sumber : Lasmi (2013)
4 Gambar 5. Bejana tertutup

piston 2 (m2)

1 = gaya yang bekerja pada piston 1 (N)
2 = gaya yang bekerja pada piston 2 (N)

Beberapa penerapan hukum pascal pada alat-alat berikut:
1. Dongkrak Hidrolik

Sumber: http://www.bimarentalmobil.com/
Gambar 6. Dongkrak Hidrolik

2. Alat Pengangkat Mobil

Sumber: https://indonesian.alibaba.com/
Gambar 7. Alat Pengangkat Mobil

F. Hukum Archimedes
Apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, benda akan mendapat gaya ke atas seberat
zat cair yang dipindahkan. Ini disebut dengan gaya apung. Gaya apung dikonsepkan melalui
Hukum Archimedes. Bunyi hukum Archimedes:
“Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas
oleh sebuah gaya yang sama dengan fluida yang dipindahkan.”

Misalnya sebuah benda diukur dengan neraca pegas seperti gambar berikut.

Di udara berat benda =
Di dalam zat cair berat benda =
Ternyata > , karena dalam zat cair benda
ternyata gaya ke atas ( )

= −
atau

=

dengan

Sumber: Lasmi (2013) = = berat benda di udara (N)
Gambar 8. Benda diukur berat di = berat benda dalam zat cair (N)
= gaya ke atas/ gaya apung/ gaya archimedes (N)
udara dan di zat cair = massa jenis benda (kg/m3)
= massa jenis zat cair (kg/m3)
= volume zat cair yang dipindahkan benda (m3)
= volume benda (m3)
= percepatan gravitasi (m/s2)

G. Penerapan Hukum Archimedes Pada peristiwa benda mengapung, sebagian volume
1) Mengapung benda berada di udara (tidak tercelup air) dan sebagian
lainnya berada di dalam air. Pada peristiwa mengapung
Sumber; Lasmii (2013) ini, benda tidak menyentuh dasar wadah zat cair.
Gambar 9. Benda Mengapung Persamaan untuk benda yang mengapung dapat
dirumuskan sebagai berikut,

=
. . = . .

. = .

=


dengan,
= berat fluida yang dipindahkan (N)
= gaya apung (N)
= massa fluida yang dipindahkan (kg)
= percepatan gravitasi (m/s2)
= massa jenis fluida (kg/m3)
= massa jenis benda (kg/m3)
= volume benda yang tercelup pada fluida (m3)
= volume benda (m3)

Ketika benda dalam keadaan mengapung, volume benda yang tercelup ke dalam air hanya

sebagian, maka volume benda yang tercelup ( ) lebih kecil dibandingkan volume benda

seluruhnya ( ).

> 1


Oleh sebab itu,

> .

Jika kerapatan benda lebih kecil daripada kerapatan fluida, gaya apung akan lebih besar

daripada gaya berat dan benda akan dipercepat ke permukaan fluida kecuali ditahan.

2) Melayang Pada peristiwa benda melayang, seluruh volume benda
tercelup ke dalam zat cair, akan tetapi benda tidak menyentuh
Sumber; Lasmi (2013) dasar wadah zat cair. Persamaan untuk benda yang melayang
Gambar 10. Benda Melayang dapat dirumuskan sebagai berikut,

=
. . = . .

. = .

dengan,
= berat fluida yang dipindahkan (N)
= gaya apung (N)
= massa fluida yang dipindahkan (kg)
= percepatan gravitasi (m/s2)
= massa jenis fluida (kg/m3)
= massa jenis benda (kg/m3)
= volume benda yang tercelup pada fluida (m3)

= volume benda (m3)

Ketika benda dalam keadaan melayang, seluruh volume benda yang tercelup ke dalam air,
maka volume benda yang tercelup ( ) sama dengan volume benda seluruhnya ( ).

=
Oleh sebab itu,

= .
Jika kerapatan benda sama dengan kerapatan fluida, maka gaya apung sama dengan gaya berat
dan benda akan melayang di tengah zat cair.

2) Tenggelam

Pada peristiwa benda tenggelam, seluruh volume benda
tercelup ke dalam zat cair dan benda menyentuh dasar
wadah zat cair. Persamaan untuk benda yang tenggelam
dapat dirumuskan sebagai berikut,

=
. . = . .

. = .

Sumber; Lasmi (2013)
Gambar 11. Benda Tenggelam

dengan,
= berat fluida yang dipindahkan (N)
= gaya apung (N)
= massa fluida yang dipindahkan (kg)
= percepatan gravitasi (m/s2)
= massa jenis fluida (kg/m3)
= massa jenis benda (kg/m3)
= volume benda yang tercelup pada fluida (m3)
= volume benda (m3)

Ketika benda dalam keadaan tenggelam, seluruh volume benda yang tercelup ke dalam air,
maka volume benda yang tercelup ( ) sama dengan volume benda seluruhnya ( ).

=
Bila kerapatan suatu benda lebih besar dari kerapatan zat cair maka benda akan tenggelam
Oleh sebab itu,

< .
Jika kerapatan benda lebih besar daripada kerapatan fluida, maka berat benda akan lebih besar
dari gaya apung, dan benda akan tenggelam kecuali ditopang.

3) Kapal Laut

Kapal laut biasanya terbuat dari baja atau
besi, tapi dapat mengapung di atas laut. Kapal
laut dapat mengapung disebabkan oleh
bentuk dasar kapal yang melengkung (berupa
cekungan) dan adanya lambung (rongga)
kapal.

Sumber: https://www.gurusumedang.com/
Gambar 12. Kapal Laut

Bentuk dasar kapal yang melengkung dan adanya rongga pada kapal, dapat memperluas
volume bagian dasar kapal sehingga memperbesar gaya ke atas air terhadap bagian dasar
kapal. Semakin besar ukuran kapal, maka volume dasar kapal juga akan diperbesar agar dasar
kapal memperoleh gaya ke atas air atau gaya apung yang besar.
Adapun rongga kapal yang berisi udara dapat memperkecil massa jenis kapal. Dengan adanya
udara di dalam lambung atau rongga kapal, dapat memperbesar volume kapal sehingga massa
jenis keseluruhan kapal menjadi lebih kecil. Jika massa jenis suatu benda lebih kecil dari massa
jenis zat cair, maka benda tersebut akan mengapung.

4) Kapal Selam Kapal selam merupakan teknologi yang
biasanya digunakan untuk kepentingan
Sumber: https://www.ipamts.com/ militer dan pengetahuan kelautan. Kapal
Gambar 13. Mekanisme Kapal Selam selam mampu bergerak di bawah
permukaan air dan ketika berhenti dapat
Mengapung berada di permukaan air. Oleh karena itu,
kapal selam dapat terapung, melayang dan
tenggelam. Kemampuan kapal selam untuk
mengapung, melayang dan tenggelam
karena dilengkapi tangki pengapung.

Berdasarkan gambar dapat dilihat bahwa ketika kapal selam hendak berada dipermukaan
(mengapung), tangki akan diisi udara sehingga air di dalam tangki keluar. Tangki yang berisi
udara menyebabkan volume kapal selam bertambah sehingga akan memperoleh gaya ke atas
air yang lebih besar dan mampu mendorong kapal selam naik ke permukaan.

Saat kapal selam hendak menyelam, maka udara di dalam tangki di keluarkan sebagian agar
berat kapal selam sama dengan gaya ke atas air laut. Kedalaman kapal selam diatur dengan
udara yang dimasukkan ke dalam tangki. Makin sedikit udara dalam tangki maka makin dalam
posisi kapal selam tersebut.
Kapal selam dapat menyelam sampai di dasar laut. Hal itu dilakukan dengan mengosongkan
udara dalam tangki sehingga tangki penuh dengan air. Hal tersebut menyebabkan berat kapal
selam lebih besar dari gaya ke atas air laut. Perlu kamu ketahui bahwa semakin dalam, tekanan
air akan semakin besar, sesuai dengan konsep tekanan hidrostatis. Oleh karena itu, dinding
badan kapal selam terbuat dari logam baja yang sangat kuat sehingga mampu menahan
tekanan dari air laut.

5) Balon Udara

Balon udara dapat terbang dan mengapung
di udara karena diisi dengan udara panas.
Udara panas dihasilkan dari pemanasan
udara di dalam balon yang menyebabkan
udara memuai sehingga meningkatkan
volume udara di dalam balon. Peningkatan
volume udara menyebabkan penurunan
kerapatan atau massa jenis udara yang
membuat massa jenis udara di dalam balon
lebih kecil dari massa jenis udara di sekitar
balon sehingga balon terangkat ke atas.
Ingat massa jenis benda berbanding
terbalik dengan volume benda.

Sumber: https://filynnaa.wordpress.com/
Gambar 14. Balon Udara

H. Viskositas

Sumber: https://www.merdeka.com/
Gambar 15. Madu

Madu dikenal banyak memiliki segudang khasiat yang sangat baik untuk tubuh.
Mulai dari untuk perawatan kulit, membantu menyembuhkan luka, hingga
sebagai antioksidan. Segudang manfaat yang terkandung di dalam madu
menjadikan olahan madu dapat ditemukan di berbagai macam produk, seperti
makanan, minuman, produk kecantikan, dan lain sebagainya. Madu yang
berkualitas memiliki kekentalan yang tinggi. Semakin kental madu, maka
semakin bagus kualitasnya. Kekentalan madu dipengaruhi oleh kadar air yang
dikandung oleh madu tersebut. Jika kadar airnya tinggi, maka madu tersebut
akan kelihatan lebih encer. Madu yang encer (kadar air tinggi), bisa dikatakan
madu tersebut sudah rusak. Viskositas adalah ukuran yang menyatakan
kekentalan suatu cairan atau fluida.

Sumber: Kusrini (2020)

Gerakan dari lapisan fluida akan menimbulkan gesekan yang disebut viskositas fluida. Makin

besar viskositas fluida, makin sulit benda bergerak dalam fluida. Dalam sehari-hari, viskositas

lebih dikenal sebagai ukuran kekentalan suatu fluida. Dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh
kohesi antara molekul-molekul zat cair. Sementara itu, viskositas dalam gas diakibatkan adanya

tumbukan antara molekul-molekul gas.

Tingkat kekentalan (viscositas) suatu fluida dinyatakan oleh koefisien kekentalan fluida
tersebut dan dinyatakan secara kuantitatif. Jika sebuah bola dijatuhkan ke dalam fluida, maka

akan mengalami beberapa gaya seperti gaya berat, gaya stokes, dan gaya archimedes. Gaya stokes

adalah gaya gesek antara permukaan benda dengan fluida. Gaya gesek ini besarnya sebanding

dengan koefisien viskositas fluida.

Sumber: Kusrini (2020) Menurut Stokes, besar gaya tersebut adalah
Gambar 16. Kelereng dimasukkan ke
= 6
dalam fluida
dengan,
= koefisien viskositas (Ns/m2)
= jari-jari bola (m)
= kecepatan bola (m/s)

Kecepatan bola akan bertambah karena percepatan gravitasi bumi. Akibatnya, bola mencapai
kecepatan terbesar yang tetap dan dinamakan kecepatan terminal. Koefien viskositas didefinisikan
sebagai hambatan pada aliran cairan. Koefisien viskositas dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan Poiseuille :

2 2
= 9 ( − )

dengan,
= jari-jari bola (m)
= percepatan gravitasi (m/s2)
= massa jenis bola (kg/m3)
= massa jenis fluida (kg/m3)
= kecepatan bola (m/s)
= koefisien viskositas (Ns/m2)

Daftar Pustaka

Chasanah, R., Abadi, R., & Widiyanto, F. (2013). Fisika untuk SMA/MA Peminatan Matematika
& Ilmu-Ilmu Alam Kelas XI Semester 1. Yogyakarta: PT Penerbit Intan Pariwara

Kusrini. (2020). Modul Pembelajaran SMA Fisika Kelas XI Fluida Statis. Jakarta: Kementerian
Pendidikan dan Kebudayaan

Lasmi, N. K. (2013). Mandiri Fisika Jilid 2 untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Penerbit Erlangga

https://eksperimensederhana.blogspot.com/2015/05/mencampurkan-minyak-dan-air.html

Tipler. P. (1991). Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga

https://www.gurusumedang.com/2021/01/hukum-archimedes-dan-penerapannya.html
https://www.ipamts.com/2021/03/hukum-archimedes-dan penerapannya.html
https://filynnaa.wordpress.com/