Materi Fluida

FLUIDA • Mencari ketinggian ikan dari permukaan air:

Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau disebut zat h = 50 cm - 30 cm = 30 cm = -0,3 m
alir. • Besarnya tekanan hidrostatis adalah:
Zat alir adalah zat yang dapat mengalirkan seluruh
bagian-bagiannya ke tempat lain dalam selang waktu Ph = . g . h = 1000 . 10 . 0,3 = 3000 N/m2
tertentu. Fluida dibedakan menjadi dua yaitu fluida
statis dan dinamis. 2) Apabila tekanan di permukaan fluida
Fluida statis mempelajari fluida yang tidak bergerak.
Misalnya, air di gelas, air di kolam renang dsb. padamanomater tabung terbuka sebesar 1 atm
Fluida dinamis mempelajari fluida yang mengalir,
misalnya aliran air di sungai dan pipa. danketinggian air raksa 10 cm, tentukan besartekanan
ruangan pada manometer tersebut.Dengan, ρraksa =
FLUIDA STATIS 1,36 × 104 kg/m3 dan
TEKANAN g = 9,8 m/s2
Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja pada
benda tiap satuan luas. Penyelesaian:

Rumus: Diketahui:
= P0 = 1 atm = 101 kPa = 101 × 103 Pa

Keterangan: h = 10 cm = 0,1 m
ρraksa = 1,36 × 104 kg/m3
P = tekanan (N/m2 atau Pa/pascal),
Ditanyakan:P?
F = gaya tekanan (N),
Jawab:
A = luas bidang tekanan (m2).
Untuk mencari tekanan ruangan padamanometer,
TEKANAN HIDROSTATIS (Ph)
gunakan persamaan:
P = P0 + ρ gh
= 1,01 × 105 + (1,36×104. 9,8 . 0,1)
= 1,01 × 105 + 0,13 × 105
= 1,14 ×105 Pa

= 1 ,14 atm

Jadi, tekanan di ruangan tersebut adalah 1,14 atm.

Tekanan hidrostatis adalah tekanan dalam zat cair

yang disebabkan oleh berat zat itu sendiri. HUKUM ARCHIMEDES

Rumus: Ph = . g . h Benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke

dalam zat cair, mengalami gaya ke atas yangbesarnya

Keterangan: sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan.
Ph = tekanan hidrostatis (N/m2, Pa, atm),
Rumus: FA = f × g × Vf
= massa jenis zat cair (kg/m3, gr/cm3),
g = gravitasi (9,8 m/s2). Keterangan:
FA = gaya ke atas oleh zat cair (newton),
h = tinggi zat cair (m, cm). f = massa jenis fluida (zat cair) (kg/m3, gr/m3),
1 Pa = 1 N/m2 Vf = volume fluida yang dipindahkan (volume benda
1 N = 1 kg m/s2 yang tercelup di dalam fluida),
g = gravitasi bumi (9,8 m/s2).
Tekanan di titik A(P) adalah 1. Benda terapung

P = Po+ . g . h - massa jenis benda lebih kecil daripada massa
jenis zat cair tersebut (b<f),
Po = tekanan udara luar (N/m2)
- volume zat cair yang dipindahkan lebih kecil
Contoh Soal: daripada volume benda (Vf< Vb),
1) Apabila percepatan gravitasi bumi sebesar 10
m/s2dan massa jenis air 1.000 kg/m3, tekanan - berat benda sama dengan gaya ke atas(wb = FA).
hidrostatis yang dialami oleh ikan adalah .... 2. Benda melayang

- massa jenis benda sama dengan massa jenis zat
cair (b = f),

- volume zat cair yang dipindahkan samadengan
volume benda (Vf = Vb),

- berat benda sama dengan gaya ke atas (wb = FA).
3. Benda tenggelam

- massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat
cair (b>f ),

- volume zat cair yang dipindahkan sama dengan
volume benda (Vf = Vb),

- berat benda lebih besar daripada gaya ke atas
(wb> FA).

Penyelesaian: Penerapan Hukum Achimedes
g = 10 m/s2 1. Hidrometer, yaitu alat untuk mengukur berat jenis
= 1000 kg/m3
Ditanyakan: relatif zat cair terhadap air.
Ph (tekanan hidrostatis)?

Jawab:

2. Jembatan ponton, yakni jembatan yang P = tekanan (N/m2 atau Pa/pascal),
menggunakan drum-drum kosong berisi udara. Po = tekanan udara di permukaan laut 1 atm = 105
h =ketinggian tempat (m)
3. Kapal laut dan kapal selam
4. Balon udara Hubungan Hukum Pascal dengan Tekanan
Hidrostatis
Contoh Soal: “Tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang
Sebuah benda melayang dalam air. Jika massajenis air terletak pada bidang mendatar di dalam zat cair yang
adalah 1 gr/cm3 dan volume benda 500cm3, berapakah dalam keadaan seimbang adalah sama.
massa benda tersebut? (g = 9,8m/s2)
PA = PB
Penyelesaian: ρ1 . g . h1 = ρ2 . g . h2
air = 1 gr/cm3, Vb = 500 cm3, g = 9,8m/s2.
Syarat benda melayang adalah ρ1 . h1 = ρ2 . h2
wb = FA ⇔mb .g = f Vf g
⇔mb = f .Vf g 1= massa jenis zat cair pada kaki 1(kg/m3, gr/cm3),
Karena melayang, maka Vf = Vb, sehingga 2= massa jenis zat cair pada kaki 2(kg/m3, gr/cm3),
mb = f Vf = f Vb = 1 gr/cm3 500 cm3 = 500 gr h1 = tinggi permukaan zat cair pada kaki 1 (m, cm).
Jadi, massa benda tersebut adalah 500 gram. h2 = tinggi permukaan zat cair pada kaki 2 (m, cm).
Contoh Soal:
HUKUM PASCAL Pada sebuah pipa U, terdapat air (massa jenis = 1.000
“Gaya yang bekerja pada suatu zat cair dalam ruang kg/m3). Kemudian dimasukkan zat cair lain hingga
mengisi 10 cm bagian kiri pipa. Jika diketahui beda
tertutup, tekanannya diteruskan oleh zat cairitu ke ketinggian permukaan zat cair adalah 1 cm, hitunglah
segala arah dengan sama besar.” massa jenis zat cair tersebut.
Penyelesaian
Secara matematis hukum Pascal dituliskan: Diketahui:
h2= h1 – Δh
= h2= 10 cm – 1 cm
h2= 9 cm = 9 × 10–2 m
ρ2 = 1.000 kg/m3
Keterangan: Ditanya: ρ 1 = .... ?
F1 = gaya tekan pada ruang 1 (N), Dijawab:
F2 = gaya tekan pada ruang 2 (N), ρ1 · h1 = ρ2 · h2
A1 = luas permukaan ruang 1 (m2), ρ1 × 0,1 m = 1.000 kg/m3 × 9 × 10-2 m
A2 = luas permukaan ruang 2 (m2). ρ1 = 900 kg/m3
Jadi, massa jenis zat cair tersebut adalah 900 kg/m3.
Contoh Soal:
Bejana berhubungan digunakan untuk mengangkat FLUIDA DINAMIS
sebuah beban. Beban 1000 kg diletakkan di atas Ciri-ciri fluida dinamis
penampang besar 2000 cm2. Berapakah gaya yang 1. Fluida bersifat tidak kompresibel
harus diberikan pada bejanakecil 10 cm2 agar beban
terangkat? Massa jenis fluida tidak bergantung pada tekanan
Penyelesaian 2. Aliran fluida tidak turbulen (aliran yang berputar-
Diketahui:
F2= mA. g = 1000 . 10 = 104 N putar)
A2 = 2000 cm2 3. Aliran fluida bersifat stasioner
A1 = 10 cm2
DitanyaF1 = ? Yaitu kecepatan dan arah gerak partikel-partikel
Dijawab: fluida yang melalui suatu titik tertentu tetap.
4. Fluida tidak kental
1 = 104 Bergerak tanpa gesekan walaupun ada materi.
10 2000
100000 DEBIT (Q)
1 = 2000 Debit adalah volume fluida yang mengalir melalui
suatu penampang tip satuan waktu, dirumuskan :
F1 = 50 N

Contoh alat yang bekerja berdasarkan hukum Pascal =
antara lain: dongkrak, jembatan angkat, kempa
hidrolik, rem hidrolik, pengangkat hidrolik. Q = debit aliran (m3/s)
V = volume fluida yang mengalir (m3)
TEKANAN UDARA t = selang waktu fluida mengalir (s)
Tekanan udara disebut juga tekanan atmosfer. Alat
yang digunakan untuk mengukur tekanan udara adalah Q = A. v
barometer. Tekanan udara di permukaan laut rata-rata
sebesar 1 atm atau 76 cmHg A= luas penampang tempat fluida mengalir (m2)
v = laju aliran fluida (m/s)

Contoh Soal:


= −

Dalam 1 jam sebuah keran dapat mengeluarkan air AZAS BERNOULI
sebesar 3.600 m³. Berapa liter/detik debit air tersebut ?
Penyelesaian Debit pada penampang A1 sama dengan debit pada
Diketahui : penampang A2
volume (v) = 3.600 m³
waktu (t) = 1 jam P + ½ ρv2 + ρgh = konstanta
P1+ ½ρv12 + ρgh1 = P2+ ½ρv22 + ρgh2
= 3.600 detik
Ditanya: Q? P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1)
Jawab :
P = tekanan (N/m2)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
= ρ= massa jenis fluida (kg/m3)
h = tinggi pipa pada tanah (m)
3600 3 v = kecepatan aliran fluida (m/s2)
= 3600
Q = 1m3/s APLIKASI AZAS BERNOULI
Kebocoran Pada Tangki
PERSAMAAN KONTINUITAS
Debit yang melalui penampang (besar) sama dengan Karena A1jauh lebih besar dari A2maka v1 = 0 karena
debit yang melalui penampang 2 (kecil), dirumuskan : permukaan A1berhubungan dengan permukaan A2,
maka
A1.v1=A2.v2 P1 = P2.Sehingga Azas Bernouli menjadi

Contoh Soal: = √ .
1)Sebuah pipa lurus memiliki dua macam penampang,
masing-masing dengan luas penampang 200 mm2 dan = √ .
100 mm2. Pipa tersebut diletakkan secara horisontal,
sedangkan air di dalamnya mengalir dari penampang = √
besar ke penampang kecil. Jika kecepatan arus di
penampang besar adalah 2 m/s, tentukanlahkecepatan Contoh Soal:
arus air di penampang kecil!
Penyelesaian Gambar di atas menunjukkan sebuah reservoir yang
Diketahui:A1 = 200 mm2, A2 = 100 mm2, dan v1 = 2 penuh dengan air. Pada dinding bagian bawah
m/s. reservoir itu
Ditanya : v2? bocor hingga air memancar sampai di tanah. Jika g =
Jawab: 10 m/s2,tentukanlah:
A1v1 = A2v2 a. kecepatan air keluar dari bagian yang bocor;
(200 mm2) (2 m/s) = (100 mm2). v2 b. waktu yang diperlukan air sampai ke tanah;
v2 = 4 m/s c. jarak pancaran maksimum di tanah diukur dari titik
2) Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 P.
literdengan air dari sebuah kran. Jika luas penampang Penyelesaian:
kran kecil adalah 2 cm2 dan kecepatan aliran air di Diketahui: h1 = 1,8 m, h2 = 5 m, dan g = 10 m/s2.
kran adalah 10 m/s tentukan: Ditanya: v2 ? t? x?
a) Debit air Dijawab:
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember a. kecepatan air keluar
Penyelesaian 2 = √2. ℎ
Diketahui:
A = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2 m
v = 10 m/s 2 = √2. 10 s . 1,8 m
V = 20 liter = 20 x 10−3 m3
Ditanya: Q? dan t?
Dijawab:
a) Debit air
Q = A.v = (2 x 10−4)(10)
Q = 2 x 10−3 m3/s
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
Q = 2 x 10−3 m3/s
t=V/Q
t = ( 20 x 10−3 m3)/(2 x 10−3 m3/s )
t = 10 sekon

v2= 6 m/s 2.10.0,2
b. waktu yang diperlukan 1 = 5√(62 − 52)

= √2 ℎ 2 4
1 = 5√(36 − 25)
= √210 5 /
4
t 1 s 1 = 5√(36 − 25)
c. jarak pancaran maksimum 1 = 5√94
= 2√ℎ. ℎ2
= 2√1,8 m. 5 2
x =6m 1 = 5 . 3
1 = 3,3 /
Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang
Permukaan bagian atas sayap cembung, sedangkan Tabung Pitot
permukaan bagian bawah sayap datar, sehingga
kecepatan udara v1>v2. Tetapi karena ketinggian
permukaan h1=h2, maka tekanan udara di atas sayap
lebih kecil daripada tekanan udara di bawah sayap
(P1<P2)

h1= h2 h1= h2 dan v2 = 0
P1 + ½ ρv12 = P2 + ½ ρv22 P1 + ½ ρv12 = P2 atau P1- P2 =½ ρv22

Venturimeter (Pipa Venturi) P1- P2 =ρ.g.h

h1= h2 ′
P1 + ½ ρv12 = P2 + ½ ρv22 = √

A1v1 = A2v2 Contoh Soal:
Jika massa jenis udara yang diukur adalah 1 kg/m3 dan
− = ⌊( ) − ⌋ perbedaan level cairan pada tabung U adalah h = 25
cm, tentukan kelajuan aliran udara yang terukur!
Penyelesaian:
= √ ( − ∆ Diketahui:
− ) = √( − ) ρu = 1 kg/m3
ρzc = 800 kg/m3
= √ ( − ∆ h = 25 cm = 0,25 m
− ) = √( − ) g = percepatan gravitasi = 10 m/s2
Ditanya: v?
Contoh Soal: Dijawab:
Bagian pipa venturimeter yang lebih besarmempunyai
luas penampang A1 = 6 cm2 dan bagian pipa yang 2 ′ ℎ
lebih kecil mempunyai luas penampang A2 = 5 cm2. = √
Kelajuan air yang memasuki pipa venturimeter
adalah… h = 20 cm, g = 10 m/s2. TEGANGAN PERMUKAAN
Penyelesaian: Sebuah jarum jahit jika diletakkan perlahan-lahan di
Diketahui: h = 20 cm, g = 10 m/s2. atas permukaan air dapat terapung. Hal ini disebabkan
A1 = 6 cm2A2 = 5 cm2. permukaan air lebih tegang dibandingkan dengan di
Ditanya : v1? bawah permukaan, dikatakan permukaan air memiliki
Dijawab: tegangan permukaan. Tegangan permukaan
disebabkan karena gaya kohesi molekul zat cair di
2 ∆ℎ perkaan lebih banyak mengarah ke bawah sehingga
1 = 2√( 12 − 22) permukaan zat cenderung mengerut.


=

γ = tegangan permukaan

F= gaya (N) ρ = 0,8 gr/m3 = 800 kg/m3
L= panjang g = 10 m/s2
θ = 20o
Contoh Soal
Ditanya: h?

Jawab:


=

MENISKUS =
Meniskus adalah gejala mencembung dan
mencekungnya permukaan zat cair bila bersentuhan VISKOSITAS
dengan zat padat. Meniskus dapat terjadi akibat gaya Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida. Apabila
adhesi dan gaya kohesi yang tidak sama. kelereng dijatuhkan ke dalam fluida, maka mula-mula
Gaya Kohesi adalah gaya tarik menarik antara kelereng tersebut bergerak lurus berubah beraturan
molekul-molekul yang sejenis. dipercepat, kemudian bergerak lurus beraturan dengan
Gaya Adhesi adalah gaya tarik menarik antara kecepatan konstan. Kecepatan konstan kelereng-
molekul-molekul yang tak sejenis. kelereng tersebut disebut juga kevcepatan terminal
Jika gaya kohesi lebih besar dari gaya adhesi, maka atau kecepatan maksimum.
permukaan zat cair dalam bejana cembung.
Jika gaya kohesi lebih kecil daripada gaya adhesi,
maka permukaan zat cair dalam bejana cekung = ( − )

KAPILARITAS η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
Kapilaritas adalah gejala naik dan turunnya r : jari-jari bola (m)
permukaan zat cair di dalam pipa kapiler. v : kelajuan bola (m/s)
 : massa jenis bola (kg/m3)
f : massa jenis fluida (kg/m3)
=
Contoh soal
h = kenaikan atau penurunan zat cair (m), Sebuah bola besi yang berjari-jari 0,2 cm ( b = 5.000
γ = tegangan permukaan (N/m), kg/m3) dijatuhkan ke dalam sebuah drum yang berisi
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan minyak. Jika koefisien viskositas minyak η = 11 x 10-2
r = jari-jari alas tabung/pipa (m). kg/ms, maka hitunglah kecepatan terminalnya!
Diketahui : R = 0,2 cm = 2 x 10–3 m
Contoh Soal: f = 900 kg/m3
Sebuah pipa kapiler dimasukkan ke dalam bak berisi b = 5.000 kg/m3
minyak tanah. Tegangan permukaan minyak tanah = η = 11 x 10-2 kg/ms
10-4 N/m. Jari-jari pipa kapiler = 1 mm. Jika massa Ditanyakan: vT = ...?
jenis minyak tanah = 0,8 gr/m3 dan g = 10 m/s2, serta
sudut kontaknya 20o, maka hitunglah kenaikan 2 2
permukaan minyak tanah dalam pipa kapiler! = 9 ( − )
Penyelesaian
Diketahui: = 10-4 N/m 2 (2 10−3)2 10
r = 1 mm = 10-3 m = 9 . 11 10−2 (5000 − 900)

= 0,165 m/s
Jadi, kecepatan terminal bola besi sebesar 0,165 m/s.

Jika suatu benda berbentuk bola, bergerak di dalam
fluida maka pada benda tersebut akan bekerja gaya
gesek yang besarnya:

F=6 π η r v

η : koefisien kekentalan zat cair (Pa s)
r : jari-jari benda (m)
v : kecepatan gerak benda (m/s)