I Kelas XI SMA/MA Sederajat
II DAFTAR ISI DAFTAR ISI.............................................................................................................................II PETA KONSEP.......................................................................................................................III PENDAHULUAN ...................................................................................................................IV A. Identitas Modul .............................................................................................................IV B. Kompetensi Dasar.........................................................................................................IV C. Deskripsi Singkat Materi ..............................................................................................IV D. Petunjuk Penggunaan Modul ........................................................................................IV KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ...........................................................................................1 A. Tujuan Pembelajaran ......................................................................................................1 B. Petunjuk ..........................................................................................................................1 C. Alat dan Bahan................................................................................................................1 D. Cara Kerja .......................................................................................................................1 E. Data Hasil Pengamatan ...................................................................................................4 F. Pertanyaan Kesimpulan ..................................................................................................5 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 ...........................................................................................7 A. Tujuan Pembelajaran ......................................................................................................7 B. Konsep Fluida .................................................................................................................7 C. Tekanan...........................................................................................................................7 D. Tekanan Hidrostatis........................................................................................................7 SOAL LATIHAN ....................................................................................................................10 DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................................13
III PETA KONSEP Fluida Statis Tekanan Tekanan Hidrostatis Hukum Hukum Pokok Hidrostatis
IV PENDAHULUAN A. Identitas Modul Mata Pelajaran : FISIKA Kelas : XI Alokasi Waktu : 3 x 45 menit Judul Modul : Tekanan Hidrostatis B. Kompetensi Dasar 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 C. Deskripsi Singkat Materi Dalam modul ini kalian akan mempelajari konsep dasar fluida statis, yang didalamnya meliputi konsep Tekanan, Tekanan Hidrostatis dan Hukum Hidrostatika. Setelah mempelajari materi dalam modul ini diharapkan kalian dapat menerapkan konsep yang telah dipelajari dalam menyelesaikan masalah dalam kehidupan sehari hari. Sebagai prasyarat atau bekal dasar agar bisa mempelajari modul ini dengan baik, maka kalian diharapkan sudah mempelajari : konsep hukum Newton, konsep energi kinetic, energi potensial, hukum kekekalan energi, dan konsep perubahan bentuk benda. D. Petunjuk Penggunaan Modul 1. Pahami setiap konsep yang disajikan pada uraian materi yang disajikan dan contoh soal pada tiap kegiatan belajar dengan baik dan cermat. 2. Jawablah dengan benar soal tes formatif yang disediakan pada tiap kegiatan belajar. 3. Jika terdapat tugas untuk melakukan kegiatan praktek, maka bacalah terlebih dahulu petunjuknya, dan bila terdapat kesulitan tanyakan pada guru.
1 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 A. Tujuan Pembelajaran 1. Setelah melakukan eksprimen diharapkan peserta didik mampu menemukan variabelvariabel yang mempengaruhi tekanan hidrostatis 2. Setelah melakukan eksperimen diharapkan peserta didik mampu menemukan hubungan tekanan hidrostatis dengan massa jenis fluida, gravitasi dan kedalaman fluida B. Petunjuk 1. Perhatikan simulasi yang sudah dilakukan dalam pembelajaran 2. Lakukan simulasi sesuai langkah kerja 3. Jawablah pertanyaan-pertanyan yang terdapat di LKPD ini secara berkelompok C. Alat dan Bahan 1. Laptop atau Handphone 2. Phet Simulation (https://phet.colorado.edu/in/simulations/under-pressure) D. Cara Kerja Isilah lembar kerja sesuai dengan pentunjuk ! 1. Menyiapkan laptop atau Handphone yang telah terkoneksi dengan internet 2. Membuka link phet simulation yang telah disediakan (https://phet.colorado.edu/in/simulations/under-pressure) 3. Membuka simulasi dengan menekan play akan muncul tampilan seperti gambar di bawah
2 4. Mengatur tampilan simulasi dengan menarik kran atas untuk mengisi fluida ke dalam wadah sampai penuh 5. Menarik pengukur tekanan ke atas wadah fluida untuk melihat tekanan udara luar (P0), catat hasilnya dan mengklik ruler dan grid, sesuaikan ruler pada wadah fluida seperti gambar di bawah
3 6. Menempatkan (tarik) pengukur tekanan didalam wadah fluida cair (gasoline) pada kedalaman 1 m 7. Mencatat nilai tekanan total (P) yang terukur pada pengukur tekanan ke dalam tabel hasil pengamatan 8. Mengulangi langkah ke 5 dengan memvariasikan kedalaman menjadi 2 dan 3 m 9. Mengulangi langkah 5 sampai 7 dengan variasi jenis fluida (Ganti Fluida Density dari gasoline pindah ke water kemudian honey) Untuk lebih mengerti cara penggunaan phet simulation kalian dapat menonton video ini :
4 E. Data Hasil Pengamatan 1. Jenis fluida : gasoline (minyak) Massa jenis : 800 /3 Tekanan udara luar (P0) = 101,3 kPa NO Kedalaman h (m) Tekanan Total P (kPa) Tekanan Hidrostatis Ph (P – P0) 1 1 m 2 2 m 3 3 m 2. Jenis fluida : gasoline (minyak) Massa jenis : 1000 kg/3 Tekanan udara luar (P0) = 101,3 kPa NO Kedalaman h (m) Tekanan Total P (kPa) Tekanan Hidrostatis Ph (P – P0) 1 1 m 2 2 m 3 3 m 3. Jenis fluida : gasoline (minyak) Massa jenis : 1420 kg/3 Tekanan udara luar (P0) = 101,3 kPa NO Kedalaman h (m) Tekanan Total P (kPa) Tekanan Hidrostatis Ph (P – P0) 1 1 m 2 2 m 3 3 m 4. Tekanan Udara Luar P0 = 101,3 kPa Massa jenis fluida (/ ) Kedalaman h (m) Tekanan Hidrostatis Ph (P – P0) Minyak = 800 /3 3 m Air = 1000 /3 3 m Madu = 1420 /3 3 m
5 F. Pertanyaan Kesimpulan 1. Bagaimana pengaruh kedalaman terhadap tekanan hidrostatis ? 2. Ketika pengukur tekaan dipindahkan pada kedalaman yang berbeda apa yang terjadi ? 3. Ketika fluida diganti dengan jenis lain, bagaimana perubahan tekanannya ? 4. Bagimana pengarh massa jenis terhadap tekanan hidrostatis ?
6 5. Tuliskan hubungan antara Tekanan Hidrostatis (Ph), Massa Jenis (ρ), Percepatan Gavitasi (g) dan Kedalaman (h) ! 6. Berikan contoh penerapan atau fenomena tekanan hidrostatis dalam kehidupan seharihari !
7 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 A. Tujuan Pembelajaran 1. Setelah kegiatan pembelajaran, diharapkan peserta didik mampu mengaplikasikan hukum hidrostatistika dalam menyelesaikan permasalahan. 2. Setelah kegiatan pembelajaran, diharapkan peserta didik mampu menerapkan konsep tekanan hidrstatis untuk menyelesaikan suatu permasalahan. B. Konsep Fluida Pada waktu di sekolah tingkat pertama, telah dikenalkan ada tiga jenis wujud zat, yaitu: zat padat, zat cair dan gas. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Fluida secara umum dibagi menjadi dua macam, yaitu fluida tak bergerak (hidrostatis) dan fluida bergerak (hidrodinamis). Pada modul ini kita akan fokus pada pembahasan fluida yang tidak bergerak (hidrostatis) atau fluida statis. C. Tekanan Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang itu. Dalam fisika, tekanan (P) didefinisikan sebagai gaya (F) yang bekerja pada suatu bidang tiap satuan luas bidang tersebut (A). Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan, sedangkan gaya yang diberikan pada bidang tekan disebut gaya tekan. Satuan internasional (SI) tekanan adalah pascal (Pa). Satuan pascal ini diberikan sesuai dengan nama ilmuwan Prancis, Blaise Pascal. Apabila gaya bekerja tegak lurus terhadap bidang tekan, maka secara matematis dirumuskan sebagai berikut : Keterangan : P : tekanan (N/2 ) F : Gaya (N) Luas Permukaan (2 ) D. Tekanan Hidrostatis Tekanan yang berlaku pada zat cair adalah tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis merupakan tekanan disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Besar tekanan hidrostatis pada suatu titik dipengaruhi kedalaman dan massa jenis zat cair tersebut. Mari kita tinjau sebagian kecil fluida pada bejana berbentuk silinder dengan ketinggian h dengan luas penampang A seperti pada gambar di samping Untuk memahami tekanan hidrostatis, kita anggap zat cair terdiri dari beberapa lapisan. Lapisan paling atas permukaan zat cair langsung bersentuhan dengan udara luar sehingga P =
8 tekanan pada permukaan zat cair sama dengan tekanan atmosfer (Po). Lapisan zat cair yang paling atas memiliki berat dan memberikan tekanan pada lapisan di bawahnya. Lapisan yang di bawahnya mendapat tekanan dari udara luar dan dari berat lapisan di atasnya sehingga lapisan paling bawah akan mendapatkan tekanan paling besar. Tekanan pada dasar silinder dinyatakan dalam persamaan : Volume bejana merupakan hasil perkalian luas alas (A) dengan ketinggian air di dalam silinder (h). Oleh karena itu, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut : Tekanan zat cair memiliki beberapa sifat, antara lain : 1. Zat cair mengalir ke segala arah. 2. Tekanan zat cair tidak bergantung pada bentuk wadahnya. 3. Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman, massa jenis zat cair dan juga gravitasi. Tekanann Hidrostatis (Ph) di titik A dinyatakan oleh : = = = = = karena = , maka = = =
9 4. Semakin dalam suatu titik dari permukaan, semakin besar tekanan hidrostatis pada titik tersebut. 5. Semakin besar nilai massa jenis fluida, semakin besar tekanan yang dihasilkan. Telah diketahui sebelumnya a bahwa tekanan yang dilakukan oleh zat cair besarnya tergantung pada kedalamannya, P = ρ.g.h. Hal ini menunjukkan bahwa titik-titik yang berada pada kedalaman yang sama mengalami tekanan hidrostatik yang sama pula. Fenomena ini dikenal dengan Hukum Hidrostatika yang dinyatakan : “Tekanan hidrostatik di semua titik yang terletak pada satu bidang mendatar di dalam satu jenis zat cair besarnya sama.” Hukum Pokok Hidrostatika dapat digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U. Zat cair yang sudah diketahui massa jenisnya (ρ2) dimasukkan dalam pipa U, kemudian zat cair yang akan dicari massa jenisnya (ρ1) dituangkan pada kaki yang lain setinggi h1. Adapun h2 adalah tinggi zat cair mula-mula, diukur dari garis batas kedua zat cair. Berdasarkan Hukum Pokok Hidrostatika, maka : Hukum hidrostatika dimanfaatkan antara lain dalam mendesain bendungan dimana semakin ke bawah dinding bendungan dibuat semakin tebal. Dalam pemasangan infus pasien, ketinggian diatur sedemikian rupa sehingga tekanan zat cair pada infus lebih besar daripada tekanan darah dalam tubuh. = .. = ..
10 SOAL LATIHAN 1. Berikut ini beberapa contoh peristiwa yang berkaitan dengan fluida statis. Peristiwa yang berkaitan dengan tekanan hidrostatis yaitu … a. Pembuatan desain dinding bendungan b. Kapal laut bisa terapung tanpa tenggelam c. Pemanfaatan jembatan ponton d. Peristiwa balon udara yang melayang e. Pemanfaatan dongkrak hidrolik 2. Bara dan Sischo menyelam di laut dengan kedalaman sama, yaitu sebesar 2 m. Pernyataan yang sesuai dengan perbandingan antara tekanan hidrostatis yang dialami Bara dan Sischo yaitu ... a. Tekanan hidrostatis yang dialami Bara < tekanan hidrostatis yang dialami Sischo b. Tekanan hidrostatis yang dialami Bara > tekanan hidrostatis yang dialami Sischo c. Tekanan hidrostatis yang dialami Bara = tekanan hidrostatis yang dialami Sischo d. Tekanan hidrostatis yang dialami Bara sama dan tekanan hidrostatis yang dialami Sischo tidak dapat dibandingkan e. Bara dan Sischo tidak mengalami tekanan hidrostatis 3. Berikut ini yang tidak termasuk sifat-sifat tekanan zat cair adalah… a. Zat cair memberikan tekanan ke segala arah b. Tekanan zat cair tidak bergantung pada bentuk wadahnya c. Semakin dalam kedudukan benda dari permukaan zat cair, maka semakin besar tekanan yang dialami benda d. Tekanan zat cair yang dialami benda tergantung pada massa jenis zat cair e. Tekanan zat cair yang dialami benda tergantung pada massa jenis zat cair dan massa jenis benda 4. Seorang teknisi akan membangun sebuah bendungan yang sangat kuat. Dari desain konstruksi berikut ini, desain yang paling tepat digunakan adalah... a. d. b. e. c.
11 5. Sebuah pipa dengan luas penampang sebesar 50 cm2 dan tinggi 1 m, diisi dengan air sebanyak 2 liter. Jika massa jenis air 1 g/cm3 dan percepatan gravitasi bumi 10 / 2 , tekanan hidrostatis air pada dasar pipa adalah... a. 0,4 N−2 b. 100 N−2 c. 400 N−2 d. 1.000 N−2 e. 4.000 N−2 6. Sebuah tangki yang diisi air hingga penuh memiliki 3 lubang yang terletak pada satu garis vertikal. Apabila ketiga lubang tersebut dibuka dan air memancar keluar, maka gambar yang menunjukkan pancaran air yang benar pada ketiga lubang tersebut adalah... a. b. c. d. e. 7. Dito berenang di sebuah kolam renang sedalam 5,2 m. Jika = 1 /3 , berapakah tekanan hidrostatis yang dialami Dito jika Ia menyelam 40 cm diatas dasar kolam? a. 3,5 x 10 3Pa b. 4,0 x 10 3 Pa c. 4,8 x 10 3Pa d. 5,2 x 10 3 Pa e. 5,6 x 10 3Pa 8. Sebuah bendungan menampung air dengan ketinggian 5 meter. Jika panjang dindingbendungan adalah 40 meter, maka besar gaya yang dibutuhkan oleh dinding untuk menahan air adalah … a. 1 x 10 4 Pa b. 2,5 x 10 5 Pa c. 5 x 10 5 Pa d. 1 x 10 7 Pa e. 2,5 x 10 7 Pa
12 9. Dua buah bola dimasukkan ke dalam air seperti tampak pada gambar di bawah ini. Pernyataan berikut yang benar adalah... a. Tekanan pada bola A > tekanan pada bola B karena kedalaman bola A < kedalaman bola B b. Tekanan pada bola A > tekanan pada bola B karena kedalaman bola A > kedalaman bola B. c. Tekanan pada bola A < tekanan pada bola B karena kedalaman bola A > kedalaman bola B. d. Tekanan pada bola A < tekanan pada bola B karena kedalaman bola A < kedalaman bola B. e. Tekanan pada bola A = tekanan pada bola B karena tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh kedalaman 10. Benda A dan B dimasukkan ke dalam dua wadah berisi masing- masing air dengan massa jenis 1.000 kg/m3 dan minyak dengan massa jenis 800 kg/m3 seperti tampak pada gambar di bawah ini. Pernyataan berikut yang benar adalah... a. Tekanan pada bola A > tekanan pada bola B karena massa jenis air < massa jenis minyak b. Tekanan pada bola A > tekanan pada bola B karena massa jenis air > massa jenis minyak c. Tekanan pada bola A < tekanan pada bola B karena massa jenis air > massa jenis minyak d. Tekanan pada bola A = tekanan pada bola B karena massa jenis air = massa jenis minyak e. Tekanan pada bola A = tekanan pada bola B karena tekanan hidrostatis tidak dipengaruhi oleh massa jenisi fluida
13 DAFTAR PUSTAKA Ade Sukarna. (2019). Unit Pembelajaran Fisika Fluida Statis. Jakarta: Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan Kemdikbud. Aris Prasetyo Nugroho,Indarti, Naila Hilmiyana Syifa. (2016). Buku Peserta Didik Fisika. Surakarta: Penerbit Mediatama. Bambang Haryadi. (2009). Fisika: untuk SMA/MA XI. Jakarta: Pusat Perbukuan, Depdiknas. Dudi Indrajit. (2009). Mudah dan Aktif Belajar Fisika: untuk SMA/MA XI. Jakarta: Pusat Perbukuan, Depdiknas. Halliday, Resnick, dan Walker. (2010) Fisika Dasar, Edisi Ketujuh Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga. Hewitt, Paul G. 2014. Conceptual Physics 12th Edition. San Fransisco: Addison Wesley. Kanginan, Marthen. (2016). Fisika untuk SMA/MA. Jakarta: Penerbit Erlangga. Lang, Heather. (2009). Head First Physics. California: O’Reilly Media, Inc. Lasmi, Ni Ketut. 2015. Seri Pendalaman Materi (SPM) Fisika. Bandung: Penerbit Esis.