The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by rhh210272, 2021-10-01 13:05:44

FISIKA XI

Fluida Statis

Keywords: Fluida

FLUIDA STATIS

FISIKA KELAS XI

PENYUSUN
Rudi Hartono H, S.Si ,M.Pd
SMA S CENDANA MANDAU

DAFTAR lSl

DAFTAR lSl .......................................................................................................... 3
GLOSARIUM........................................................................................................ 4
PETA KONSEP .................................................................................................... 5
PENDAHULUAN .................................................................................................. 6

A. Identitas Modul .......................................................................................... 6
B. Kompetensi Dasar ...................................................................................... 6
C. Indikator Pembelajaran............................................................................... 6
D. Petunjuk Modul........................................................................................... 6
E. MP : Discovery Learning, PBL.................................................................... 6
F. Materi Pembelajaran .................................................................................. 6
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1........................................................................... 7
A. Tujuan Pembelajaran ................................................................................. 7
B. Uraian Materi .............................................................................................. 7
C. Rangkuman .............................................................................................. 15
D. Penugasan Mandiri................................................................................... 16
E. Latihan Soal.............................................................................................. 19
F. Penilaian Diri ............................................................................................ 22
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2......................................................................... 23
A. Tujuan Pembelajaran ............................................................................... 23
B. Uraian Materi ............................................................................................ 23
C. Rangkuman .............................................................................................. 30
D. Latihan Soal.............................................................................................. 31
E. Penilaian Diri ............................................................................................ 32
F. EVALUASI ................................................................................................ 33
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................ 36

Tekanan GLOSARIUM
Tekanan hidrostatis
Hukum pokok hidrostatika : Gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi
Prinsip Pascal dengan luas bidang tersebut
Gaya Apung : Tekanan zat cair yang hanya disebabkan berat zat cair
itu sendiri
Hukum Archimides : Semua titik yang terletak pada satu bidang datar didalam
satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama besar
Mengapung : Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang
Melayang tertutup akan diteruskan kesegala arah sama besar
Tenggelam : Gaya yang arahnya keatas yang diberikan oleh fluida
Tegangan Permukaan kepada benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya
dalam fluida. Hukum Archimides Gaya apung yang
Sudut kontak dialami oleh benda
Gaya Adhesi : Gaya apung yang dialami oleh benda yang dicelupkan
Gaya Kohesi sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair sama dengan
Kecepatan Terminal berat fluida yang dipindahkan.
Kapilaritas : Kondisi benda dimana sebagian benda berada di
Viskositas permukaan zat cair
: Kondisi benda dimana seluruh benda berada di dalam
fluida tetapi tidak menyentuh dasar fluida
: Kondisi benda dimana seluruh benda berada di dalam
fluida dan menyentuh dasar fluida
: Kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang,
sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh selaput yang
elastis
: Sudut yang dibentuk oleh lengkungan zat cair dalam
pipa kapiler terhadap dinding pipa kapiler
: Gaya tarik menarik antara partikel-partikel tidak sejenis
: Gaya tarik menarik antara partikel-partikel sejenis
: Kecepatan tetap dan terbesar yang dialami oleh benda
didalam fluida kental
: Peristiwa naik atau turunnya zat cair didalam pipa kapiler
(pipa sempit)
: Kekentalan suatu fluida

PETA KONSEP

KAPILARITAS SUDUT KONTAK
TEGANGAN PERMUKAAN
VISKOSITAS

PENDAHULUAN

A. Identitas Modul

Mata Pelajaran : ISIKA
Kelas : XI
Alokasi Waktu : 8 JP (2 kali pembelajaran )
Judul Modul : FLUIDA STATIS

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. Indikator Pembelajaran

a. Mengidentifikasi penerapan fluida dalam kehidupan sehari-hari
b. Menyimpulkan konsep tekanan hidrostatis
c. Menyimpulkan konsep prinsip hukum Archimedes
d. Menyimpulkan konsep hukum Pascal

D. Petunjuk Modul

a. Bacalah terlebih dahulu petunjuknya, dan bila terdapat kesulitan tanyakan
pada guru

b. Pahami setiap konsep yang disajikan pada uraian materi yang
disajikan dan contoh soal pada tiap kegiatan belajar dengan baik dan
cermat

c. Jawablah dengan benar soal tes formatif yang disediakan pada tiap
kegiatan

d. belajar.

E. MP : Discovery Learning, PBL

F. Materi Pembelajaran

Modul ini terbagi menjadi 2 kegiatan pembelajaran dan di dalamnya

terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi.

Pertama : Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal dan Hukum Archimedes

Kedua : Tegangan Permukaan, Kapilaritas dan Viscositas.

KEGIATAN PEMBELAJARAN 1

Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal, Dan Hukum Archimedes

A. Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan peserta didik mampu:
1. mengaplikasikan Hukum Hidrostatika dalam menyelesaikan permasalahan;
2. menerapkan Konsep Tekanan Hidrotatis untuk menyelesaikan suatu
permasalahan;
3. menerapkan Hukum Pascal untuk menyelesaikan suatu permasalahan; dan
4. mengaplikasikan Hukum Archimedes dalam menyelesaikan permasalahan dalam
kehidupan sehari-hari.

B. Uraian Materi

Fluida ideal adalah fluida yang alirannya tak termampatkan (incompressible), tak kental
(non-viscous), dan merupakan aliran tunak (steady).

Phenomena fluida :
 Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih mudah diangkat dalam air ?
 Mengapa balon gas bisa naik ke atas ?
 Mengapa telur bisa mengapung dalam air garam sementara dalam air murni

tenggelam?
 Kenapa serangga kecil bisa bergerak diatas air dan tidak tenggelam?

1. Konsep Fluida
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.
2. Tekanan

Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang
dibagi dengan luas bidang itu. Dan secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

P F
A

Keterangan:
P = tekanan ( Pascal= N/m2)
F = Gaya (N)
A = Luas permukaan (m2)

Atmosfer adalah lapisan udara
yang menyelimuti bumi. Semakin
tinggi suatu tempat dari permukaan
bumi semakin kecil tekanan
atmosfernya dan semakin rendah
suatu tempat dari permukaan bumi
semakin besar tekanan atmosfernya.
Tekanan pada suatu kedalaman
tertentu dalam zat cair dipengaruhi
oleh tekanan atmosfer.

3. Tekanan Hidrostatis
Makin tinggi zat cair dalam wadah, maka makin berat zat cair itu, sehingga makin

besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Dengan kata lain pada
posisi yang semakin dalam dari permukaan, maka tekanan hidrostatis yang
dirasakan semakin besar.

Dan tekanan hidrostatis tersebut dirumuskan sebagai berikut:

Pr essure  P  F
A

Ph  mg  Vg  g V  g A.h
A A A A

Ph = ρf.g.h

Keterangan :
Ph = tekanan hidrostatis ( Pa)
ρf = massa jenis fluida (kgjm3 )
g = percepatan gravitasi (mjs2)

4. Hukum Hidrostatika
Hukum pokok hidrostatika

Semua titik yang terletak pada bidang datar didalam satu jenis zat cair memiliki
tekanan yang sama, ini dikenal dengan hukum pokok hidrostatika dan tekanan
ini disebut dengan tekanan hidrostatis.

Phidrostatis di titik A = Phidrostatis di titik B = Phidrostatis di titik C

Contoh soal
1. Seorang penyelam pada kedalaman 3 m, massa jenis air 1000 kg/m3, konstanta

gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 N/kg. Berapa besar tekanan hidrostatis
yang dialami penyelam tersebut ?
Diketahui

h=3m
ρ = 1000 kgm-3
g = 10 ms-2
Ditanyakan ? Ph ..?
Pembahasan
Ph = ρf.g.h = 1000 x 10 x 3 = 30.000 Pa = 30 KPa

5. Hukum Pascal dan Penerapannya
Prinsip Pascal mengatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada zat cair

dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah,
Sebagai contoh sederhana aplikasi dari hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik.

Perhatikan gambar mekanisme hidrolik diatas. Karena cairan tidak dapat
ditambahkan ataupun keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong
di sebelah kiri akan mendorong piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas.
Dengan menggunakan prinsip Pascal, berlaku hubungan, secara matematis:

F1  F2
A1 A2

Keterangan
P1 = tekanan pada penampang 1 (Pa)
P2 = tekanan pada penampang 2 (Pa)
F1 = gaya pada penampang 1 (N)
F2 = gaya pada penampang 2 (N)
A1 = luas penampang 1(m2)
A2 = luas penampang 2 (m2)

Penerapan dalam kehidupan sehari-hari, yang menggunakan prinsip hukum
Pascal antara lain dongkrak hidrolik, pompa hidrolik ban sepeda, mesin hidrolik
pengangkat mobil, mesin pengepres hidrolik, dan rim piringan hidrolik.

Contoh Soal
1. Gambar berikut menunjukkan sebuah tabung pipa U

yang berisi zat cair dan diberi pengisap (berat dan
gesekan diabaikan). Jika F1 = 200 newton dan
diameter pengisap (torak) masing-masing d1 dan d2
adalah 2 cm dan 6 cm.. Dalam keadaan ini maka
besarnya gaya F2 adalah….
a. 1800 N
b. 1600 N
c. 1200 N

d. 800 N

Diketahui :

F1 = gaya pada penampang 1 (100 N)
d1 = diameter penampang 1 (2 cm)
d2 = diameter penampang 2 (6 cm)
ditanya :
F2 = gaya pada penampang 2 = …. (N)
Pembahasan:

Dengan menggunakan rumus hukum Pascal F1  F2 dapat dicari nilai gaya
A1 A2

yang Sehingga didapat:

F2  ( d2 ) 2 .F1  ( 6 ) 2 .200 N  1800 N
d2 2

6. Hukum Archimedes
Hukum Archimedes berbunyi,
"Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan
mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat
fluida yang dipindahkannya".
Gaya apung ini merupakan selisih dari gaya berat benda di udara dengan gaya berat
benda di dalam fluida

Dari gambar di atas terlihat bahwa : w = 7 N (berat benda di udara), Wbf = 4 N (berat
benda di dalam fluida),dan gaya apung Fa = 3 N
Maka di rumuskan :

Wbf = w – Fa

Fa = w – wbf

Fa = gaya ke atas = gaya apung (N)
Wu = gaya berat benda di udara (N)
Wf = gaya berat benda di fluida (N)

Secara matematis

FA = berat fluida yang di desak = ρf . Vbf . g

Dari :

w  mg  b .Vb .g  Vb  Fa
 f .g

w  b . Fa .g
 f .g

w  b
Fa  f

Keterangan :
FA = gaya ke atas = gaya apung (N)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Vbf = Volume benda yang tercelup dalam fluida (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)

contoh 1
Sebuah benda volumenya 50 cm3 massa jenis (b = 9 gr/cm3). Berapakah berat
benda tersebut di dalam air (a = 1 gr/cm3 ) ?

a. 4 N
b. 6 N
c. 8 N
d. 10 N
e. 15 N
Dik :
V = 50 cm3
b = 9 gr/cm3
a = 1 gr/cm3

Dit :

Berapakah berat benda tersebut di dalam air ( Wa ) ?

Jawaban :

b  w  Wa  Wu  Fa
f Fa

w  m.g  .V .g

 9.103 kg .50.106 m3.10 N
cm3 kg

 4,5N

b  w  Fa  f .w  1 .4,5N  0,5N
f Fa b 9

Wa  Wu  Fa
 4,5N  0,5N  4N

b  Vbf . f , atau : b  hbf . f
Vb hb

b  Vbf 1. f 1  Vbf 2. f 2  ....

Vb

ρf = massa jenis fluida ( kgm-3)
ρb = massa jenis benda ( kgm-3)
Vbf = Volume benda yang tercelup (m3)
Vb = Volume benda (m3)
hb = tinggi benda (m)
hbf = tinggi benda dalam fluida (m)

Contoh Soal
1. Sebuah benda ketika berada di udara memiliki berat 500 N, sedangkan ketika
dicelupkan dalam air seluruhnya memiliki berat 400 N. Jika massa jenis air
1000 kg.m-3, hitunglah massa jenis benda !
Diketahui :
Wu = 500 N
Wf = 400 N
ρf = 1000 kgm-3
Ditanyakan :
Ρb = …?
Pembahasan
FA = Wu – Wf = ρf . g. Vb = 500 - 400
1000 . 10 . Vb = 100
Vb = 0,01 m3 = 10 cm3
2. contoh 2
sebuah benda dicelupkan ke dalam alkohol ( = 0,9 gr/cm3). Jika 1/3 bagian
dari volume benda muncul di atas permukaan alkohol, berapakah massa jenis
benda tersebut ?
Dik :
benda dicelupkan ke dalam alkohol
 = 0,9 gr/cm3).

1/3 Vb muncul di atas permukaan alkohol,
Dit :

b = ................... ?
Jawaban :

b  Vbf . f
Vb

b  2 Vb .0,9 gr  0,6 gr
3 cm3 cm3

Vb

C. Rangkuman

1. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang

dibagi dengan luas bidang itu.

2. Hukum Hidrostatika mrngatakan semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama

maka memiliki tekanan hidrostatika yang sama.

3. Tekanan Hidrostatis. 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 Ph = ρf. g. Vb
Secara matematis,

4. Hukum Pascal. Prinsip Pascal mengatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada

zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah, F1  F2
A1 A2

5. Hukum Archimedes. Hukum Archimedes berbunyi, "Sebuah benda yang tercelup

sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas atau gaya

apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya". Gaya apung.

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

benda di dalam fluida . Fa = w – wbf

D. Penugasan Mandiri

( Petunjuk dan prosedur bisa dilihat di https://youtu.be/pxTP-7OCQbI )

Judul percobaan : Hukum Archimedes

Tujuan percobaan : Menentukan massa jenis benda benda tak beraturan

Alat dan bahan :

1. 2 jenis benda tak beraturan (usahakan benda yang tidak menyerap air)

2. Gelas ukur

3. Air

4. Timbangan

Langkah kegiatan

1. Ambil 1 buah benda kemudian timbang dan catatlah massanya/beratnya. (

Wu = mb. g ). Anggap g = 10 N/kg
2. Ikat batu dengan tali.

3. Isi gelas dengan air sampai batas keran dan sediakan gelas ukur penampung

tumpahan air di bawah keran tersebut.

4. Celupkan benda yang sudah di ikat dengan tali dan timbang di dalam air dan

timbang juga massa air yang tumpah . catatlah :

a. Jika semua benda tercelup, Vb = V air yang tumpah
b. Massa / berat benda di dalam air ( wf )
c. Gaya apung ( Fa = wu – wf )

5. Hitung massa jenis benda dengan rumus b  m
Vb

6. Jika benda terapung (tidak tercelup seluruhnya) b  wu f
Fa

7. Ulangi langkah di atas untuk jenis benda yang berbeda dan masukkan

datanya dalam tabel

Tabel Percobaan

No Jenis benda Berat Berat Volume Gaya Massa
Benda (Wu) Benda (Wf) Benda Apung (Fa) jenis
benda

1

2

Soal AKM

1. Tiga benda : benda 1, benda 2, dan benda 3 memiliki massa yang sama taitu
75 gram. Satu persatu benda tersebut dimasukkan kedalam gelas ukur yang
berisi air dengan volume awal 60 cc. Perhatikan gambar berikut ini.

No Zat Massa Jenis (g/cm3)

1. Aluminium 2,70

2. Besi 7,8

3. Tembaga 8,9

4. Timah 11,3

5. Emas 19,3

6. Gelas (umum) 2,4 - 2,8

7. Tulang 1,7 - 2,0

8. Air (4oC) 1,00

9. Air Raksa 13,6

10. Udara 0,00129

11. Helium 0,000179

12. Karbondioksida 0,00198

Berdasarkan tabel massa jenis beberapa zat di atas dapat ditarik suatu
kesimpulan bahwa …

A. Benda 1, 2 dan 3 memiliki massa jenis yang tidak bisa ditentukan karena
ketiga benda tersebut tenggelam dalam air

B. Benda 1 adalah tulang, benda 2 adalah aluminium, dan benda 3 adalah
gelas

C. Benda 1 adalah kaca, benda 2 adalah kaca, dan benda 3 adalah
aluminium

D. Benda 1 adalah raksa, benda 2 adalah tembaga, dan benda 3 adalah kaca
E. Benda 1 adalah aluminium, benda 2 adalah tulang, dan benda 3 adalah

gelas

E. Latihan Soal

Jawablah latihan soal berikut ini!
1. Bila tekanan udara luar 1 x 10 5 Pa , massa jenis air 1 gram/cm 3 dan g = 10 m/s 2

maka tekanan pada kedalaman 10 meter dibawah permukaan danau
adalah…(Pa)

a. 1 x 10 5
b. 2 x 10 5
c. 3 x 10 5
d. 5 x 10 5
e. 6,5 x 10 5
2. Bola besi padat ( massa jenis 2,7 g/cm 3 ) beratnya 24 N ketika ditimbang di udara.
Jika bola tersebut ditimbang dalam minyak (massa jenis minyak 0,9 g/cm 3 dan
bola tercelup seluruhnya), maka beratnya adalah…
a. 22 N
b. 20 N
c. 18 N
d. 16 N
e. 12 N
3. Sebuah benda dicelupkan ke dalam alcohol. Jika 2/3 bagiannya tenggelam dalam
alcohol. Massa jenis alcohol 0,9 g/cm 3 , maka massa jenis benda adalah…
a. 0,3 g/cm 3
b. 0,5 g/cm 3
c. 0,6 g/cm 3
d. 0,9 g/cm 3
e. 1,0 g/cm 3
4. Tiga jenis cairan yang tidak bercampur dituangkan dalam wadah silinder yang
luas penampangnya 100 cm2. Volume dan massa jenis masing-masing cairan
adalah 0,5 liter , 2,6 gr.cm-3; 0,25 liter, 1 gr.cm-3 ; dan 0,4 liter, 0,8 gr.cm-3. Maka
tekanan gauge (Ph) yang dikerjakan cairan pada alas wadah adalah ……..
a. 270 Pa
b. 347 Pa
c. 1870 Pa
d. 2070 Pa
e. 3200 Pa

5. Gambar berikut menun-jukkan sebuah tabung pipa U yang berisi zat cair dan

diberi pengisap (berat dan gesekan diabaikan). Jika F1 = 200 newton dan

diameter pengisap (torak) masing-masing d1 dan d2 adalah 2 cm dan 6 cm..

Dalam keadaan seimbang maka besarnya gaya

F2 adalah….

a. 1800 N

b. 1600 N

c. 1200 N

d. 800 N

e. 180 N

6. Sebuah batu diudara memiliki berat 30 N dan 20 N ketika dicelupkan dalam air.
Massa jenis batu tersebut adalah…

a. 6,0 g/cm 3

b. 4,8 g/cm 3

c. 3,0 g/cm 3

d. 2,0 g/cm 3

e. 0,3 g/cm 3

7. Perhatikan gambar di bawah ini ! Bejana berujungan A dan B mula-mula hanya

berisi air ( air= 1 gr cm-3) lalu lewat mulut tabung B dimasukkan alkohol setinggi
10 cm ( alk = 0,8 gr cm-3) dan melalui mulut tabung A dimasukkan minyak ( minyak
= 0,9 gr cm-3) setinggi 10 cm. Hitunglah selisih ketinggian air ketika ketiga zat cair

ada dalam tabung .

a. 1,0 cm

b. 1,2 cm

c. 1,8 cm

d. 2,0 cm

e. 2,4 cm

8. Sebuah tangki berisi air di atas raksa. Massa jenis r = 13,6 gr.cm-3 ; air = 1 gr.cm -

3 besi = 7,72 gr.cm-3 Sebuah kubus besi dengan rusuk 60 mm berdiri tegak lurus

seimbang dalam cairan (seperti gambar). Tinggi kubus yang tercelup dalam cairan
raksa adalah……

a. 30 mm

b. 32 mm

c. 34 mm

d. 36 mm

e. 48 cm

9. Diameter penampang penghisap memiliki perbandingan 1 : 5. Jika gaya
pada penghisap kecil adalah 30 N. Berapakah beban yang dapat diangkut ?

10. Sebuah benda terapung di atas permukaan air yang berlapiskan minyak dengan
50% volume benda berada di dalam air dan 30 % di dalam minyak dan
sisanya berada di atas permukaan minyak. Jika massa jenis minyak
0,8 gram/cm3 berapakah massa jenis benda tersebut ?

KUNCI JAWABAN

1. E

2. D

3. C

4. C

5. A

6. C

7. A

8. B

Pembahasan Soal Essay

1. Diketahui

D1 : D2 = 1 : 5

F1 = 30 N

Ditanya : F2 = ..?

jawab

   F2 d2 2  5 2 .30 N  750 N
d1 1
.F1

2. Diketahui :
ρminyak = 0,8 g/cm3

Ditanya ρb = … ?

Jawab : F minyak
a
b  Vbf 1. f 1  Vbf 2. f 2  Vbf
Vb f2 V 2Vbf

 0,5V .1 0,3V .0,8  b 1
V f1
w air
0,5V  0,24V
 V  0,74 gr
cm3

F. Penilaian Diri

Isilah pertanyaan pada tabel di bawah ini secara jujur, objektif, dan penuh

tanggung jawab.

NO KETERANGAN YA TIDAK

1 Saya dapat menentukan tekanan yang dialami benda di

dalam fluida dengan dengan mengaplikasikan konsep

tekanan hidrostatis

2 Saya dapat menentukan beban yang dapat diangkat

piston dengan mengaplikasikan prinsip pascal

3 Saya dapat menentukan massa jenis benda yang

mengapung dengan mengaplikasikan Hk Archimedes

tentang konsep mengapung

Catatan:
 Jika ada jawaban “Tidak” maka segera lakukan review pembelajaran.
 Jika semua jawaban “Ya” maka Anda dapat melanjutkan kegiatan Pembelajaran
berikutnya

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2

Kapilaritas Dan Viskositas

A. Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan peserta didik mampu:
1. mengaplikasikan konsep tegangan permukaan dalam menyelesaikan permas-

alahan dalam kehidupan sehari-hari;
2. menerapkan konsep kapilaritas dalam menyelesaikan permasalahan;
3. menerapkan konsep viskositas dalam menyelesaikan permasalahan; dan
4. merancang dan melakukan percobaan viscositas.

B. Uraian Materi

1. Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair
untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan
elastis.Tegangan permukaan zat cair disebabkan oleh adanya gaya tarik-menarik
antarpartikel zat cair (kohesi) dan gaya-gaya ini mengakibatkan adanya resultan
gaya yang mengarah ke bawah pada permukaan zat cair. Resultan gaya inilah
yang menyebabkan sejumlah zat cair cenderung mengambil bentuk dengan
permukaan sesempit mungkin (terjadi tegangan permukaan).

Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari antara lain
adalah:

 Sabun cuci sengaja dibuat untuk mengurangi tegangan permukaan air
sehingga dapat meningkatkan kemampuan air untuk membersihkan
kotoran yang melekat pada pakaian.

 Mencuci pakaian dengan air hangat atau air panas lebih bersih karena
dengan suhu yang tinggi tegangan permukaan akan semakin kecil dan
kemampuan air untuk membasahi pakaian yang kotor lebih meningkat lagi.

 Alkohol dan antiseptik pada umumnya memiliki kemampuan untuk
membunuh kuman, dan mempunyai tegangan permukaan yang rendah
sehingga dapat membasahi seluruh permukaan kulit yang luka.

 Itik dan angsa dapat berenang dan terapung di atas permukaan air karena
bulu-bulunya tidak basah oleh air. Jika air dicampur dengan detergen,
maka tegangan permukaan akan mengecil, itik dan angsa yang berenang
bulu-bulunya akan basah sehingga itik dan angsa tersebut dapat saja
tenggelam.

 Gelembung yang dihasilkan oleh air sabun merupakan salah satu contoh
adanya tegangan permukaan

Permukaan zat cair dalam tabung akan melengkung pada bagian yang
menempel pada dinding tabung. Kelengkungan permukaan zat cair dinamakan
dengan meniskus.

Meniskus zat cair disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik-
menarik antarpartikel zat sejenis dan gaya adhesi (gaya tarik-menarik antarpartikel
zat yang berbeda jenis.

Permukaan air dalam tabung kaca mengalami meniskus cekung, hal ini
karena kohesi antarpartikel air lebih kecil dari adhesi antara partikel air dengan
partikel kaca. Pada kasus ini dalam tabung kaca ini, resultan gaya kohesi (Fk )
dengan gaya adhesi (FA ) mengarah keluar dan air yang menempel ke kaca tegak
lurus dengan resultan gaya (FR) ini.

Gaya tegangan permukaan yang dialami oleh kawat yang dicelupkan
kedalam air sabun. Kawat yang lurus posisi horisontal (bawah) cenderung
bergerak keatas karena pengaruh tarikan gaya permukaan air sabun. Larutan
sabun mempunyai dua permukaan, sehingga gaya tegangan permukaan bekerja
sepanjang 2L. Tegangan permukaan (γ) didefinisikan sebagai perbandingan
antara gaya (F) dan panjang permukaan (2L) dimana gaya itu bekerja.
Sehingga secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut:

 F

2.L

Keterangan :
F = gaya tegangan permukaan (N)
d = panjang permukaan (m) L = panjang kawat (m)
γ = tegangan permukaan ( kg.s-2)

Contoh soal

Sebuah kawat panjang 5 cm ditempatkan secara horizontal di permukaan

air dan ditarik perlahan dengan gaya 0,05 N untuk menjaga agar kawat

tetap seimbang. Tentukan tegangan permukaan air tersebut !

Diketahui : L = 5 cm = 0,05 m.( posisi horizontal, d= L) F = 0,05 N
Ditanya : γ = …… ?

Jawab :   F   0,05N  1 N
L 0,05m s2

2. Kapilaritas
Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair

melalui perantara, seperti kain, dinding, pipa kapiler, dan lain sabagainya. Namun
tidak semua zat cair mengalami gejala kapilaritas yang sama. Misalnya pada
air dan raksa. Namun tidak semua zat cair mengalami
gejala kapilaritas yang sama. Misalnya pada air dan raksa.

Pada zat cair berupa air. permukaan zat cair dapat membasahi
dinding. Sedangkan pada zat cair berupa raksa, tidak dapat membasahi
dinding, raksa malah akan turun. Air membasahi dinding karena gaya kohesi
antar partikel air lebih kecil dari gaya adhesi antara partikel air dan partikel
dinding. Gaya tarik- menarik antar partikel sejenis disebut gaya kohesi.
Sedangkan gaya tarik menarik antar partikel berbeda jenis disebut gaya adhesi.

Jika arah permukaan zat cair dalam wadah diperpanjang dengan garis
lurus maka akan kita dapatkan sudut antara perpanjangan permukaan zat cair
dangan arah vertikal wadah, sudut ini disebuit dengan sudut kontak. Kenaikan /
penurunan fluida dalam pipa kapiler dirumuskan

Permukaan raksa dalam tabung kaca mengalami meniskus cembung hal
ini karena kohesi antarpartikel raksa lebih besar dari adhesi antara partikel raksa
dengan partikel kaca. Pada kasus raksa dalam tabung kaca ini, resultan gaya
kohesi (Fk ) dengan gaya adhesi (FA ) mengarah ke dalam dan raksa yang
menempel pada dinding kaca tegak lurus dengan resultan gaya (F) ini.

Kenaikan atau penurunan permukaan zat cair dalam pipa kapiler, dirumuskan :

 y  Fy

2r

Fy   y .2r  Fy  w  m.g  .V .g

 y .2r  .r 2.y.g

2. .cos  .r.y.g

y  2. cos
.r.g

Keterangan :
h = kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa kapiler em)
γ = tegangan permukaan (Nm-1)
θ = sudut kontak (0)
ρ = massa jenis zat cair (kg.m-3 )
g = percepatan gravitasi ems-2)
r = jari jari pipa kapiler em)

Contoh Soal
1. Sebuah pipa kapiler dengan jari jari 1 mm dimasukkan ke dalam air secara

vertical, Air memiliki massa jenis 1 g/cm2 dan tegangan permukaan 1 N/m.

Jika sudut kontaknya 60o dan percepatan gravitasi , g = 10 m/s2, , maka
hitunglah besarnya kenaikan permukaan air pada dinding pipa kapiler
tersebut!
Diketahui :

r = 1 mm = 10-3 m
ρ = 1 g/cm2
γ = 1 N/m

θ = 60o

Ditanyakan
H = ….?

Jawab

  2. .cos  2.1.cos60o 1  0,1 N
.g.r 1000 .10.10 3 10 s2

3. Viskositas

Saat ini, banyak variasi oli yang dijual pada bengkel-bengkel di seluruh
Indonesia. Beragam pelumas yang dijual mempunyai sedikit perbedaan dan
mempunyai viskositas yang berbeda-beda. Lalu, bagaimana cara memilih oli yang
tepat berdasarkan viskositas? Apa pentingnya viskositas untuk mesin mobil?
Untuk memilih oli yang tepat bagi kendaraan anda, selalu gunakan nilai viskositas
yang direkomendasikan oleh produsen peralatan asli (Original Equipment
Manufacturer/OEM).

Madu yang berkualitas memiliki kekentalan yang tinggi. 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 kekentalan fluida / lapisan-lapisan fluida ketika lapisan-lapisan
tersebut bergeser satu sama lain. Viskositas (kekentalan) berasal dari kata
Viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dahulu
menjadi Viscous

 Besarnya viskositas suatu fluida dinyatakan dengan besarnya gaya yang
diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida seluas A dengan
kelajuan tetap v dan letaknya pada jarak y dari suatu permukaan yang
tidak bergerak.

F  .A.v
y

 Zat cair (fluida) yang kental mempunyai  yang lebih besar dibandingkan
dengan zat cair yang encer.
Menurut hukum Stokes: “Benda yang bergerak dengan kecepatan (v)
tertentu dalam fluida kental, akan mengalami gaya gesekan oleh
fluida.”

Ff  6..r.v

 Benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya
semakin besar dan pada suatu saat dicapai kecepatan terbesar yang
nilainya tetap dan kecepatan tetap ini disebut kecepatan terminal (vT ). Nilai
k bergantung pada bentuk geometri benda. Untuk benda yang berbentuk
bola k = 6π  r,

 Pada saat benda mempunyai kecepatan terminal, maka percepatanya
adalah nol, sehingga:

F 0

m.g  Fa  Ff  0

vt  2 . r2.g(b  f )
9

Keterangan :
Ff = gaya gesek (N)
r = jari jari bola (m)
Fa = Gaya apung (N)
η = koefisien viskositas (Ns/m2)
r = jari jari bola (m)
ρb = massa jenis bola (kg/m3)
ρf = massa jenis fluida ( kg/m3)
g = percepatan gravitasi )m/s2)
v = kecepatan terminal bola (m/s2)

Contoh soal
1. Sebuah bola dengan jari jari 1 mm dan massa jenisnya 2800 kg/m3 jatuh
ke dalam air. Jika koefisien viskositas air 10-3 Ns/m2 dan g = 10 m/s2,
hitunglah kecepatan terminal v !
Diketahui :
r = 10 mm = 10.10-3 m
ρb = 2800 kg/m3
η = 10-3 Ns/m2
g = 10 m/s2
ρf = 1000 kg/m3

Ditanyakan v = …… ?

Jawab :

vt  2 . r2.g(b  f )
9

 2 . (10 3 )2 .10(2800  1000 ) m
9 103 s

 4 m
s

C. Rangkuman

1. Tegangan permukaan zat cair: adalah kecenderungan zat cair untuk
menegang sehingga pernukaannya seperti ditutupi suatu lapisan elastis.

2. 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
y = 2 γ cos θ / (ρ g R)

3. Tingkat kekentalan (Viscositas) suatu fluida dinyatakan oleh koefisien
kekentalan fluida tersebut.

D. Latihan Soal

Jawabalah soal beikut ini agar dapat mengetahui tingkat pemahaman kalian

1. Jari jari pembuluh Xilem pada tanaman 5.10-3mm. Jika tegangan

permukaan air 72,8.10-3 N/m, sudut kontak 0o dan g = 10 m/s2,

berapakah tinggi kenaikan air pada pembuluh akibat adanya kapilaritas ?

2. Sebuah kelereng berdiameter 1,2 cm dijatuhkan secara bebas dalam oli yang

massa jenisnya 0,9 g/cm3. Jika koefisien kekentalan oli 0,03 Pas, massa jenis

kelereng 2,7 g/cm3 dan g = 10 m/s2, berapakah kecepatan terbesar yang

dicapai kelereng ?

Pembahasan Soal Latihan

1. Diketahui :

r = 5.10-3mm = 5.10-5m
γ = 72,8.10-3 N/m

θ = 0o

g = 10 m/s2
Ditanyakan, y = …?

Jawab

yt  2. .cos
.g.r

 2.72,8.103.cos0o
1000.5.105

 14,56 m  2,912m
s

2. Diketahui

D = 1,2 cm = 0,012 m

r = 6.10-3 m
ρf = 0,9 gr/cm3 = 900 kg/m3
ρk = 2,7 gr/cm3 = 2700 kg/m3
η = 0,03 Pas

g = 10 m/s2

Ditanya V = ..?

Jawaban :

v  2 (6.103 )2 .10(2700  900)  8 .103 (1800)  2,4 m
. 3 s

9 0,03

b. Penilaian Diri

Isilah pertanyaan pada tabel di bawah ini sesuai dengan yang kalian
ketahui, berilah penilaian secara jujur, objektif, dan penuh tanggung jawab
dengan memberi tanda pada kolom Jawaban.

NO KETERANGAN YA TIDAK
1 Saya dapat mengaplikasikan konsep tegangan

permukaan untuk menyelesaikan permasalahan
2 Saya dapat mengaplikasikan konsep kapilaritas untuk

menyelesaikan permasalahan
3 Saya dapat mengaplikasikan konsep viskositas untuk

menyelesaikan masalah

 Jika seluruh jawaban dalam tabel di atas sudah terjawab’ya’, lanjutkan
dengan mengerjakan evaluasi beriku!

 Jika masih ada jawaban ‘tidak’, pelajari kembali materinya dan caba lagi
latihan soal terkait dengan materi tersebut,

c. EVALUASI

1. Tekanan udara luar sekitar 1 x 105 Pa. Besarnya gaya yang dilakukan udara
dalam kamar pada kaea jendela berukuran 40 em × 80 em adalah ….
a. 1,2 x 104 N
b. 1,6 x 104 N
c. 2,4 x 104 N
d. 3,2 x 104 N
e. 6,4 x 104 N

2. Seekor ikan berenang di aquarium, Ikan tersebut berada 50 cm dari permukaan
aquarium. Berapakah tekanan hidrostatis yang diterima ikan? (ρair = 1000 kg/m3, g
= 10 m/s2)
a. 1000 Pa
b. 1500 Pa
c. 2000 Pa
d. 4000 Pa
e. 5000 Pa

3. Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah tabung U yang berisi zat cair dan diberi
pengisap (berat dan gesekan diabaikan). Agar pengisap tetap seimbang , maka
beban F2 yang harus diberikan adalah ....
a. 150 N
b. 400 N
c. 600 N
d. 1200 N
e. 2400 N

4. Alat pengangkat mobil memiliki luas pengisap masing-masing 0,10 m2 dan 2 x 10–
4m2. Alat tersebut digunakan untuk mengangkat mobil yang memiliki berat 15 x 103
N. Gaya yang harus diberikan pada pengisap yang keeil adalah ….
a. 10 N
b. 20 N
c. 30 N
d. 45 N
e. 60 N

5. Sepotong kaca di udara memiliki berat 25 N. Jika dimasukkan ke dalam air
beratnya menjadi 15 N. Bila massa jenis air adalah 103 kg/m3 dan
percepatan gravitasinya 10 m/s2 maka massa jenis kaca adalah ....

a. 1,5. 103 kg/m3
b. 2,5. 103 kg/m3
c. 3,5. 103 kg/m3
d. 4,5. 103 kg/m3
e. 5,5. 103 kg/m3
6. Sebuah gabus dimasukkan dalam air ternyata 75 % volume gabus tereelup dalam
air, maka massa jenis gabus adalah ….
a. 1,75 gr/em"
b. 1,00 gr/em"
c. 0,75 gr/em"
d. 0,50 gr/ em"
e. 0,25 gr/ em"
7. Balok yang tingginya 20 em dan memiliki massa jenis 0,75 gram/em3 mengapung
di atas zat eair yang memiliki massa jenis 1,5 gram/em3. Tinggi balok yang berada
di permukaan zat cair adalah ….
a. 5 em
b. 10 em
c. 12 em
d. 15 em
e. 20 em
8. Panjang kawat L = 10 em dan gaya tarik minimum yang diperlukan agar
kawat berada dalamkeseimbangan adalah 4 . 10-3N. Tegangan permukaan
fluida yang berada dalam kawat adalah...
a. 2,0 . 10-2N/m
b. 2,0 . 10-3N/m
c. 2,5 . 10-2N/m
d. 4,0 . 10-2N/m
e. 4,0 . 10-3N/m
9. Suatu tabung berdiameter 0,4 em jika dimasukkan ke dalam air seeara
vertieal sudut kontaknya 60o, jika tegangan permukaan 0,5 N/m, maka kenaikan
air dalam tabung adalah … .
a. 0,5 em
b. 1,0 em
c. 1,5 em
d. 2,0 em
e. 2,5 em

10. Sebuah kelereng berdiameter 1 em dijatuhkan seeara bebas dalam oli yang
massa jenisnya = 0,8 g/em3. Jika koefisien kekentalan oli 0,03 Pas, massa jenis
kelereng 2,6 g/em3 dan g = 10 m/s2, berapakah keeepatan terbesar yang dieapai
kelereng?
a. 0,16 N
b. 0,32 N
c. 0,59 N
d. 0,86 N
e. 1,00 N

11. Sebatang kawat menyerupai huruf U, Kawat AB bermassa 0,3 gram
kemudian dipasang pada kawat tersebut. Rangkaian kawat kemudian
dicelupkan ke dalam lapisan sabun dan diangkat sehingga terbentuk
lapisan sabun pada kawat tersebut. Agar terjadi keseimbangan, maka pada
kawat AB digantungkan beban bermassa 0,2 gram. Jika panjang AB 10 cm,
dan g = 9,8 m/s2. Hitunglah besar tegangan permukaan !

Kunci Jawaban 6. E
1. D 7. B
2. E 8. D
3. C 9. E
4. C 10. C
5. B

11. Diketahui :

L = 10 cm = 0,1 m

g = 9,8 m/s2

massa kawat = mk = 0,3.10-3 kg

massa beban = mb = 0,2.10-3 kg
Ditanyakan, γ ?

Jawaban :

F = W kawat + W beban = 0,5. 10-3 .9,8 = 4,9 . 10-3 N/m

  F  4,9.10 3  2,45.102 N
2.L 2.0,1 s2

DAFTAR PUSTAKA

Foster,Bob, 1997, Fisika SMU. Jakarta: Penerbit Erlangga
https://farmasetika.com/2019/10/25/tegangan-permukaan-dan-antarmuka-
pengaruhi-kestabilan-suspensi-antasida

https:jjwww.ayo-sekolahfisika.comj2016j02jSoal-tegangan-permukaan-dan-
penyelesaiannya.html
https:jjidschool.netjumumjpengertian-kapilaritasj
https://cintamobil.com/perawatan-dan-service/mengenal-viskositas-pada-oli-
mesin-mobil-aid834
Sufi, Ani R, Sarwanto, 2013,Fisika kelas X, SMU. Surakarta, Mediatama
Sunardi, Lilis Juarni, 2014, Fisika kelas XI, SMA kelas XI, Bandung, YRAMA
WIDYA


Click to View FlipBook Version
Previous Book
Adams Preview
Next Book
PENYATA KEWANGAN MESYUARAT AGONG PIBG TAHUN 2021 PDF