Data Loading...
Bahan Ajar Tekanan Hidrostatis Flipbook PDF
126 Views
111 Downloads
FLIP PDF 943.87KB
BAHAN AJAR Teka
tis ta
Hidro n s na
X I/ G A N J I L Wahyuni Sri Malinda.R, S.Pd
PPG DALAM JABATAN UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN YOGYAKARTA 2022
1. Pengantar
Sumber: https://www.google.com/search?q=air+dalam+gelaas&tbm
Gambar 1.1 Air yang berada dalam sebuah gelas Fluida merupan zat yang sering sekakli kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menggunakan fluida untuk keberlangsungan kehidupan mereka seperti air untuk diminum, udara untuk dihirup, memasak, mandi dan masih banyak lagi contoh lain dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan fluida. Fluida merupakan sebuah zat yang mengalir. Fluida memiliki sifat untuk tidak menolak terhadap perubahan bentuk atau kemampuan untuk mengalir. Kata fluida sendiri mencakup zat cair dan gas, karena kdua zat ini dapat mengalir. Fluida itu tidak setiap saat selalu mengalir,kadang ada juga fluida itu yang diam. Dalam Modul ini kita akan membahas fluida yang diam ( fluida Statis). 2. Massa Jenis Di SMP kalian pernah mempelajari massa jenis ( densitas). Nah apa itu densitas atau massa jenis ? massa jenis (densitas) sifat
yang dimiliki oleh bahan. Massa jenis didefinikan sebagai perbandingan antara massa benda per satuan volume. Massa jenis (densitas) dilambangkan dengan “𝝆 (rho)”. Bila sebuah benda itu homogen mempunya massa dan volume benda, maka massa jenis (densitas) dapat ditulisakan persamaan : 𝝆=
𝒎 𝑽
Keterangan : 𝜌 = massa jenis ( 𝑘𝑔/𝑚3 ) m = massa benda ( kg) V = volume benda (m3) Massa jenis caiaran dapat diykur dengan emnggunakan Hidrometer. Cara mengukur massa jenis dengan menggunakan Hidrometer adalah dengan mencelupkan kedalam cairan yang akan diukur massa jenisnya, kemudian hasil pengukuran dibaca di permukaan cairan tepat di garis skala keberapa pada tangkai hidrometer. Nilai massa jenis cairan ditunjukkan oleh skala yang segaris
dengan
permuakaan
cairan.
Prinsip
hidrometer
ini
menggunakan Hukum Archimedes yang akan kita pelajari selanjutnya. Benda yang memiliki massa jenis lebih kecil, akan selalu berada di atas massa jenis yang lebih besar. Dari hal itu massa jenis dapat digunakan untuk mengetahui apakah benda dapat mengapung di atas permukaan air. Contohnya adalah jika minyak dan air kita satukan dalam suatu tempat, maka minyak akan selalu mengapung di atas permukaan air karena massa jenis minya lebih kecil dari pada air.
Sumber: https://www.google.com/search?q=perbedaan+massa+jenis+air+dan+minyak&tbm
Gambar 1.2 perbedaan massa jenis air dan minyak
Contoh soal
Diketahui sebuah balok mempunyai panjang, lebar dan tinggi berturut-turut 2 m, 150 cm dan 100 cm. Dan jika diketahui massa balok tersebut adalah 150 gram. Tentukan nilai massa jernis balok tersebut? Diketahui p = 2m l = 150 cm = 1,5 m t = 100 cm = 1 m massa = 150 gram = 0,15 kg Ditanya : 𝜌 ? Volum balok = p x l x t Volum balok = 2 x 1,5 x 1 = 3 m3 𝝆=
𝒎 𝟎, 𝟏𝟓 𝒌𝒈 = = 𝟎, 𝟎𝟓 𝒌𝒈/𝒎𝟑 𝒗 𝟑𝒎𝟑
Jadi massa jenis balok adalah 𝟎, 𝟎𝟓 𝒌𝒈/𝒎𝟑
3. Tekanan Tekanan dalam fisika didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan, sedangkan gaya yang diberikan pada bidang tekanan disebut gaya tekan. Secara matematis tekanan dirumuskan dengan persamaan berikut. 𝒕𝒆𝒌𝒂𝒏𝒂𝒏 =
𝒈𝒂𝒚𝒂 𝑭 𝒂𝒕𝒂𝒖 𝑷 = 𝒍𝒖𝒂𝒔 𝑨
Keterangan : P = Tekanan ( N/m2) atau Pa A = luas bidang tekanan ( m2)
F = Gaya ( N)
Tekanan adalah suatu besaran skalar. Satuan internasional (SI) dari tekanan adalah pascal (Pa). Satuan ini dinamai sesuai dengan nama ilmuwan Prancis, Blaise Pascal. Satuan tekanan yang sering digunakan: 1 bar = 105 Pa 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg = 1,01 bar = 1,01 x 105 Pa
Sumber: https://www.google.com/search?q=gambar+ski&tbm
Gambar 1.3 Seluncur es (ski) Tahukah kalian untuk dapat meluncur di atas kolam es beku, pemain luncur es menggunakan sepatu luncur. Sepatu luncur memiliki pisau pada bagian bawahnya. Pisau ini memberi tekanan yang besar pada lantai es beku, hingga es tepat di bawah pisau mencair, tetapi di kiri-kanannya tidak. Cairan di bawah es berfungsi sebagai pelumas, sedangkan es beku di kiri dan kanan pisau tetap mencengkeram pisau, sehingga sepatu luncur beserta pemain dapat meluncur di atas kolam beku. Seperti telah anda ketahui, bagian es yang mencair segera membeku setelah tekanan pisau hilang karena pemain berpindah. Jika pemain ski menggunakan sepatu luncur es, pisau memberi tekanan besar pada lapisan salju, hingga lapisan salju mencair dan pemain ski justru tidak dapat meluncur di atas salju. Pemain ski justru harus menggunakan sepatu ski yang luas bidangnya
cukup besar. Ini agar tekanan yang diberikan pemain ski yang berdiri pada sepatu ski tidak membuat salju mencair, sehingga pemain ski dapat meluncur di atas salju. Contoh soal
Dua balok sejenis yang beratnya 24 N terletas pada lantai seperti di tunjukkan pada gambar. Hitung tekanan masing-masing balok pada lantai. Jika balok
Jawab: Coba kalian perhatikan balok memiliki berat yang sama, tetapi bidang alas keduanya berbeda, sehingga tekanan akan berbeda. Balok pertama beridiri di atas lantai dengan sisi ABCD seluas A1 = 3m x 2 m = 6 m 2 Tekanannya 𝑷𝟏 =
𝑭 𝟐𝟒 = = 𝟒 𝑷𝒂 𝑨𝟏 𝟔𝒎𝟐
Balok kedua berdiri pada lantai sisi ABCD dengan luas A2 = 4 m x 3 m = 12 m 2 Tekanannya 𝑷𝟏 =
𝑭 𝟐𝟒 = = 𝟐 𝑷𝒂 𝑨𝟐 𝟏𝟐 𝒎𝟐
4. Tekanan Hidrostatis Pernahkah kalian berenang atau menyelam ke laut? Jika pernah kalian pasti tahu bagaimana sulitnya berenang pada kedalaman tertentu. Tentu tidak sama dengan berenang di permukaan, berenang di kedalaman tertentu butuh tenaga yang lebih besar. Setalah mempelajari sub materi ini, anda diharapkan mampu menganalisi fenomena tersebut.
Sumber: Picture by Subtle Sinematics on Unsplash
Gambar 1.4 Orang menyelam
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh air ke semua arah pada titik ukur manapun akibat adanya gaya gravitasi. Tekanan hidrostatis akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air. Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Jadi, semakin dalam kita menyelam dari permukaan air, maka akan semakin banyak volume air yang ada di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang diberikan air pada tubuh kita (tekanan hidrostatis) akan semakin besar. Secara umum, dapat dirumuskan: 𝑷𝒉=𝝆𝒈𝒉 Keterangan: Ph = tekanan hidrostatik (Pa) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman zat cair dari permukaan (m)
Jadi semakin besar jarak titik ukur dengan permukaan air, maka akan semakin besar tekanan hidrostatis pada titik tersebut. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar dibawah dimana semakin besar ketinggian air, maka akan semakin besar pula tekanan hidrostatis di dasar bejana. Akibatnya, air akan muncrat lebih jauh pada bejana sebelah kanan karena tekanan yang lebih tinggi dibandingkan bejana di sebelah kiri.
Sumber: https://www.google.com/search?q=gambar+Tekanan+Hidrostatis+pada+Wadah+berlubang&tbm
Gambar 1.5 Tekanan Hidrostatis pada Wadah berlubang
Anda tidak boleh mengukur tekanan udara pada ketinggian tertentu menggunakan rumus ini. Hal ini disebabkan karena kerapatan udara tidak sama di semua tempat. Makin tinggi suatu tempat, makin kecil kerapatan udaranya. Untuk tekanan total yang dialami dasar bejana pada ketinggian tertentu dapat dicari dengan menjumlahkan tekanan udara luar dengan tekanan hidrostastis.
Tekanan mutlak adalah penjumlah tekanan yang terdapat dalam suatu zat ditambah dengan tekanan luar (atmosfer). Tekanan mutlak zat cair 𝑷=𝑷𝟎+𝝆𝒈𝒉 Tekanan gauge (alat ukur) 𝑷=𝑷𝒈𝒂𝒖𝒈𝒆+𝑷𝟎 Keterangan: P0 = Tekanan luar (Pa atau atm) Untuk lebih memahami prinsip tekanan hidrostatis dapat dilihat gambar di bawah ini:
P2 P3
Sumber: https://www.google.com/search?q=Tekanan+hidrostatis+pada+ikan&tbm
Gambar 1.6 Tekanan hidrostatis pada ikan
•
•
•
Tekanan total yang diterima oleh si pemancing adalah sebesar tekanan atmosfer (kita senantiasa menerima tekanan atmosfer setiap saat), sehingga: P1 = Patm Tekanan total yang diterima ikan di bagain atas dari permukaan adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman h2, sehingga: P2 = ρ g h2 + Patm Tekanan total yang diterima ikan dibagian bawah adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman h3, sehingga: P3 = ρ g h3 + Patm Contoh soal
Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 20 m. Diketahui massa jenis air danau 1 gr/cm 3, percepatan gravitasi g = 10 m/s2, dan tekanan di atas permukaan air sebesar 1 atm. Hitunglah tekanan hidrostatika dan tekanan total di tempat tersebut! Diketahui : a. h = 20 m b. 𝝆 = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3 c. G = 10 m/s2 d. Po = 1 atm = 1,03 x 105 Pa Ditanya : a. Ph = ...? b. P total = ...? Jawab: a. Tekanan Hidrostatika Ph =ρgh = 1000 x 10 x 20 = 200.000 Pa = 2 x 105 Pa b. Tekanan Total: Ptot = Po + Ph = 1,03 x 105 + 2x 105 = 3,03 x 105 Pa
Hukum pokok hidrostatika menyatakan semua titik yang terletak pada satu bidang datar dalam satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama. 𝑷𝟏=𝑷𝟐 𝝆𝟏𝒉𝟏=𝝆𝟐𝒉𝟐 Tekanan alat ukur manometer terbuka 𝑷=𝑷𝟎+𝝆𝒈𝒉
Sumber: https://www.google.com/search?q=Manometer+terbuka&tbm
Gambar 1.7 Manometer terbuka
Tekanan alat untuk barometer P = 𝝆𝒈𝒉
Sumber: https://www.google.com/search?q=Barometer+air+raksa&tbm
Gambar 1.8 Barometer
Tekanan pipa U berhubungann 𝝆𝟏𝒉𝟏=𝝆𝟐𝒉𝟐
Sumber: https://www.google.com/search?q=Bejana+U+berhubungan&tbm
Gambar 1.9 Bejana U berhubungan
Contoh Soal Pipa U diisi dengan air dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!
Jika ketinggian minyak h1 adalah 25 cm, massa jenis minyak 0,8 gr.cm-3 dan massa jenis air adalah 1 gr.cm-3 tentukan ketinggian air (h2)! Diketahui: h1= 25 cm ρ1 = 0,8 gr.cm-3 ρ2 = 1 gr.cm-3 ditanya: h2 = ...? Jawab: P1 = P2 ρ1.g.h1 = ρ2.g.h2 ρ1.h1 = ρ2.h2 1 gr.cm-3 . h1 = 0,8 gr.cm-3 . 25 cm h1 = 20 cm
DAFTAR PUSTAKA
Handayani, Sri, dan Damari, Ari. 2009. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Palupi, Dwi Satya., Suharyanto, dan Karyono. 2009. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XI. Jakarta: CV. Sahabat. Saripuddin, Arip., Rustiawan K., Dede, dan Suganda, Agit. 2009. Praktis Belajar Fisika. Jakarta: Visindo Media Persada. http://finda-novelia.blogspot.com/2012/05/makalah-fluida-statis.html. http://www.scribd.com/doc/35522039/Makalah-Fisika. http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/37-fluida-statis#ixzz2P0J9AuB1q. http://nellahutasoit.wordpress.com/2011/11/25/fluida/#more-208.