BAB I
PENDAHULUAN
1.
LATAR BELAKANG
Ilmu yang mempelajari
gejala alam disebut sains. Sains berasal dari kata Latin yang berarti
mengetahui. Sains terbagi atas beberapa cabang ilmu, diantaranya adalah fisika.
Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti gerak, kalor, cahaya, bunyi,
listrik, dan magnet. Semua gejala ini berbentuk energi. Oleh karena itu, dapat
disimpulkan bahwa fisika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara materi
dan energi.
Perubahan global
berlangsung cukup cepat menempatkan fisika sebagai salah satu ilmu pengetahuan
yang merupakan tulang punggung teknologi terutama teknologi manufaktur dan
teknologi modern. Teknologi modern seperti teknologi informasi, elektronika,
komunikasi, dan teknologi transportasi memerlukan penguasaan fisika yang cukup
mendalam.
Salah satu visi
pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia yang handal dalam
sains dan teknologi serta memahami lingkungan sekitar melalui pengembangan
keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial, dan kegiatan teknologi.
Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarahkan sumber daya manusia
untuk mampu menerjemahkan perilaku alam.
Salah satu fenomena
alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai
suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena
zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat
seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan
dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat
cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu
dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari
satu tempat ke tempat yang lain.
Fenomena fluida
statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis. Dalam
fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan
hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal dan hukum Archimedes. Hukum
Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Perancis. Sedangkan hukum
Archimedes diambil dari nama penemunya yaitu Archimedes (287-212 SM) yang
berasal dari Italia.
Hukum-hukum fisika
dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam
kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal dan prinsip hokum
Archimedes. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh
karena itu, diperlukan studi yang lebih
2.
RUMUSAN MASALAH
1. Apa yang dimaksud dengan Fluida ?
2. Apa yang dimaksud dengan Fluida Dinamis dan
Pembagian-pembagiannya ?
3. Apa yang dimaksud dengan Fluida Statis dan
Pembagian-pembagiannya ?
3. METODE PENULISAN
Metode penulisan yang digunakan dalam
menyusun makalah ini adalah metode deskriptif dengan teknik studi
kepustakaan atau literatur yang dilakukan dengan mengumpulkan data dari buku referensi,
penunjang, dan media lainnya yang beredar seputar tema yang dibahas, dan juga
mengambil sumber penunjang dari internet.
4. TUJUAN DAN MANFAAT
1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan
Fluida
2. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan
Fluida Dinamis dan Pembagian-pembagiannya
3. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan
Fluida Dinamis dan Pembagian-pembagiannya
BAB II
PEMBAHASAN
1.
Pengertian
Fluida
Fluida
adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas
karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau
seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu
dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari
satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida.
Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan
angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat
lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan
sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam
di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut
mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang
di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam
tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari. Fluida ini dapat kita
bagi menjadi dua bagian yakni:
1. Fluida
statis
2. Fluida
Dinamis
2. Fluida Statis
Fluida statis adalah
fluida yang tidak mengalami perpindahan bagianbagiannya. Pada keadaan ini,
fluida statis memiliki sifat-sifat seperti memiliki tekanan dan tegangan
permukaan.
Ø 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.
p = F/A
Keterangan:
p : tekanan (Pa)
F : gaya tekan (N)
A : luas bidang tekan (m2)
Tekanan adalah suatu besaran skalar. Satuan internasional (SI) dari tekanan
adalah pascal (Pa). Satuan ini dinamai sesuai dengan nama ilmuwan
Prancis, Blaise Pascal.
Satuan-satuan lain adalah bar ( 1 bar = 1,0 x 105 Pa), atmosfer (1 atm = 101,325
Pa) dan mmHg (760 mmHg = 1 atm). Tekanan
pada fluida statis
zat cair dikelompokkan menjadi dua, yaitu tekanan pada
ruang tertutup dan ruang terbuka
a) Tekanan
Fluida Statis Zat Cair dalam Ruang Tertutup
Gambar 7.1 Prinsip kerja dongkrak hidrolik.
|
Penerapan hukum Pascal dalam suatu alat, misalnya
dongkrak hidrolik, dapat dijelaskan melalui analisis
Apabila pengisap 1 ditekan dengan gaya F1, maka zat
cair menekan ke atas dengan gaya pA1. Tekanan ini akan diteruskan ke penghisap
2 yang besarnya pA2. Karena tekanannya sama ke segala arah, maka didapatkan
persamaan sebagai berikut.
p1 = p2
Jika penampang
pengisap dongkrak hidrolik berbentuk silinder dengan diameter tertentu, maka
persamaan di atas dapat pula dinyatakan sebagai berikut.
Karena A1 = dan A2 = , maka :
Keterangan:
F1 : gaya pada piston pertama
F2 : gaya pada piston kedua
A1 : luas penampang piston pertama
A2 : luas penampang piston kedua
d1 : diameter piston pertama
d2 : diameter piston kedua
b)
Tekanan fluida
statis dalam ruang terbuka
·
Tekanan Hidrostatis
Untuk
memahami tekanan hidrostatis, anggap zat terdiri atas beberapa lapisan. Setiap
lapisan memberi tekanan pada lapisan di bawahnya, sehingga lapisan bawah akan
mendapatkan tekanan paling besar. Karena lapisan atas hanya mendapatkan tekanan
dari udara (atmosfer), maka tekanan
pada permukaan zat cair sama dengan tekanan atmosfer.
pada permukaan zat cair sama dengan tekanan atmosfer.
karena
m = p × V , maka
volume
merupakan hasil perkalian luas alas (A) dengan tinggi (h). Oleh
karena itu, persamaan di atas dapat ditulis seperti berikut.
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.
Keterangan :
ph
: tekanan yang dialami
zat cair/tekanan hidrostastis (Pa)
p0
: tekanan udara luar
p :
massa jenis zat cair (kg/m3)
g
: percepatan gravitasi
bumi (m/s2)
h : kedalaman/tinggi
titik ukur dari permukaan (m)
Ø
Hukum Archimedes
Pernahkah Anda
menimba air dari sumur? Apa yang Anda rasakan saat menimba? Timba terasa ringan
saat ember masih di dalam air dan terasa lebih berat ketika muncul ke permukaan
air. Hal ini menunjukkan bahwa berat benda dalam air lebih ringan daripada di
udara. Hal ini disebabkan oleh adanya gaya ke atas dari air yang mengurangi
berat ember. Gaya ke atas dalam zat cair disebut dengan gaya Archimedes.
besarnya gaya ke
atas sebanding dengan berat air yang ditumpahkan oleh balok. Artinya, suatu
benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair mengalami gaya
ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda
tersebut. Peryataan ini dikenal sebagai hukum Archimedes. Secara matematis hukum
archimedes dapat dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan
:
Fa :
gaya Archimedes
wu : berat balok di udara
wa : berat balok di dalam zat cair
wc : berat zat cair yang ditumpahkan (N)
mc :
massa zat cair yang ditumpahkan (kg)
P c : massa jenis zat cair (kg/m3)
Vc : volume benda yang tercelup (m3)
g
: percepatan
gravitasi bumi (m/s2)
Adanya
gaya Archimedes dalam zat cair menjadikan benda yang dimasukkan ke dalam zat
cair mengalami tiga kemungkinan, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam.
Terapung adalah keadaan seluruh benda tepat berada
di atas permukaan zat cair atau hanya sebagian benda yang berada di bawah
permukaan zat cair. Benda dapat terapung dikarenakan massa jenis benda lebih
kecil daripada massa jenis zat cair ( Pb
< Pc), sehingga berat
benda juga lebih kecil daripada gaya Archimedes (wb < FA).
Contoh peristiwa terapung, antara lain, gabus atau kayu yang dimasukkan ke
dalam air.
Melayang adalah keadaan benda yang berada di antara
permukaan dan dasar dari zat cair. Benda dapat melayang dikarenakan massa jenis
benda sama dengan massa jenis zat cair ( Pb
= Pc), sehingga berat
benda menjadi sama dengan gaya Archimedes (wb = FA).
Dengan kata lain, berat benda di dalam zat cair sama dengan nol. Contoh
peristiwa melayang adalah ikan-ikan di dalam perairan.
Ø Tegangan
Permukaan
Contoh peristiwa yang membuktikan adanya tegangan permukaan, antara
lain, peristiwa jarum, silet, penjepit kertas, atau nyamuk yang dapat mengapung
di permukaan air; butiran-butiran embun berbentuk bola pada sarang laba-laba;
air yang menetes cenderung berbentuk bulat-bulat dan air berbentuk bola di
permukaan daun talas
Tegangan permukaan
suatu cairan berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki permukaan
cairan tersebut. Gaya tegang ini berasal dari gaya tarik kohesi (gaya tarik
antara molekul sejenis) molekul-molekul cairan. Gambar Di atas melukiskan gaya kohesi yang bekerja pada
molekul P (di dalam cairan dan molekul Q (di permukaan). Molekul P
mengalami gaya kohesi dengan molekul-molekul disekitarnya dari segala arah,
sehingga molekul ini berada pada keseimbangan (resultan gaya nol). Namun,
molekul Q tidak demikian. Molekul ini hanya mengalami kohesi dari partikel di bawah
dan di sampingnya saja. Resultan gaya kohesi pada molekul ini ke arah bawah
(tidak nol).
Gaya-gaya resultan arah
ke bawah akan membuat permukaan cairan sekecil-kecilnya. Akibatnya permukaan cairan
menegang seperti selaput yang tegang. Keadaan ini dinamakan tegangan permukaan.
Jika setetes air raksa
diletakkan di atas permukaan kaca, maka raksa akan membentuk bulatan bulatan
kecil seperti bentuk bola. Hal ini terjadi karena gaya kohesi molekul-molekul
air raksa menarik molekul-molekul yang terletak di permukaan raksa ke arah dalam.
Mengapa berbentuk seperti bola? Bola merupakan bangun yang mempunyai luas
permukaan yang terkecil untuk volume yang sama. Permukaan raksa terasa seperti
selaput yang terapung. Tegangan selaput ini dinamakan tegangan permukaan.
Tegangan permukaan
suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang. Jika pada suatu
permukaan sepanjang l bekerja gaya sebesar F yang arahnya tegak
lurus pada l, dan menyatakan
tegangan permukaan, maka persamaannya adalah sebagai berikut.
Keterangan:
F
:
gaya (N)
l
:
panjang permukaan (m)
Y :
tegangan permukaan (N/m)
Ø Gejala
Meniskus
menuangkan raksa ke
dalam suatu tabung kaca dan air pada tabung kaca lainnya, kemudian Anda
perhatikan bentuk permukaannya. Apa yang Anda dapatkan? Anda akan mendapatkan
bentuk kedua permukaan seperti yang dilukiskan pada Gambar. Jika pada lengkungan
air dan raksa Anda tarik garis lurus, maka garis itu akan membentuk sudut _
terhadap dinding vertikal tabung kaca. Sudut θ tersebut dinamakan sudut kontak. Oleh karena
itu, sudut kontak adalah sudut yang dibentuk antara permukaan zat cair dengan
permukaan dinding pada titik persentuhan zat cair dengan dinding.
Untuk menjelaskan
memahami peristiwa tersebut, Anda harus mengingat kembali konsep gaya adhesi
dan gaya kohesi. Akibat adanya gaya kohesi antara partikel air (FA)
lebih besar daripada gaya adhesi antara partikel air dengan partikel kaca (Fk),
maka resultan kedua gaya (FR) arahnya keluar. Agar tercapai
keadaan yang seimbang, permukaan air yang menempel pada dinding kaca harus
melengkung ke atas.
Kelengkungan permukaan suatu zat cair di
dalam tabung disebut meniskus. Karena bentuknya cekung maka meniskus air
dalam bejana kaca dinamakan meniskus cekung. Sudut yang dibentuk oleh
kelengkungan air terhadap garis vertikal dinamakan sudut kontak θ Besarnya
sudut kontak untuk meniskus cekung lebih kecil dari 90°.
Bagaimana dengan bentuk
kelengkungan permukaan raksa dalam tabung? Gaya kohesi antara partikel-partikel
raksa (FA) lebih kecil daripada gaya adhesi antara partikel
raksa dengan partikel kaca (Fk), sehingga resultan kedua gaya
(FR) mengarah ke dalam. Agar tercapai keseimbangan, maka permukaan
raksa yang menempel pada dinding kaca harus tegak lurus terhadap gaya resultan FR.
Akibatnya permukaan raksa yang menempel pada tabung kaca melengkung ke bawah
dan disebut sebagai meniskus cembung. Besarnya sudut kontak untuk meniskus
cembung ini lebih besar dari 90o.
Terdapat
hubungan antara kemampuan membasahi air dengan tegangan permukaan air. Makin
kecil nilai tegangan permukaan air, makin besar kemampuan air untuk membasahi
benda. Makin tinggi suhu air, makin kecil tegangan permukaan. Artinya makin baik
air tersebut untuk membasahi benda. Itulah sebabnya mencuci dengan air panas
dan air sabun hasilnya lebih bersih daripada menggunakan air biasa.
Ø Gejala Kapilaritas
Kapilaritas adalah
peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas
dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding
kapiler. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca
lebih besar daripada gaya kohesi antara partikel-partikel air, maka air akan
naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler,
jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya. Kenaikan atau
penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan
(γ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Mengapa permukaan zat
cair bisa naik atau turun dalam permukaan pipa kapiler? Perhatikan Gambar di
atas! gambar di atas menunjukkan zat cair yang mengalami meniskus cekung. Tegangan
permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan
permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaski, pipa
akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan.
Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat
zat cair dalam kolam yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada
zat cair.
ⱳ = F
Jika
massa jenis zat cair adalah p
tegangan permukaan γ, sudut kontak θ kenaikan zat cair setinggi h, dan
jari-jari pipa kapiler adalah r, maka berat zat cair yang naik dapat
ditentukan melalui persamaan berikut.
Ø Viskositas
atau kekentalan
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang
menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu
fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda
bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan
oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas
timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas.
Viskositas zat cair dapat ditentukan secara
kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (ƞ). Satuan
SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika
Anda berbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal
tidak mempunyai koefisien viskositas.
Apabila suatu
benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang
koefisien viskositasnya ƞ, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan
fluida sebesar Fs = kƞv, dengan k adalah konstanta
yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan
laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda
yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6π r. Bila nilai k
dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut.
Persamaan di atas
selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.
keterangan :
Fs :
gaya gesekan stokes (N)
ƞ : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)
3.
Fluida
Dinamis
Fluida dinamis adalah
fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari,
fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap
waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental,
tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran). Dalam kehidupan sehari-hari,
banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.
Asap yang bergerak merupakan contoh fluida bergerak.
Pokok-pokok bahasan yang berkaitan dengan fluida bergerak, antara lain,
persamaan kontinuitas, hukum Bernoulli yang membahas tekanan pada fluida yang
bergerak, dan penerapan hukum Bernoulli.
Ada
beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang
bergerak disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida.
·
Aliran lurus
atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang
bersebelahan meluncur satu sama laindengan mulus. Pada aliran partikel fluida
mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran
laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau selang.
·
Aliran turbulen yaitu aliran
yang ditandai dengan adamnya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai
pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai disungai-sungai dan selokan-selokan
a)
Persamaan Kontinuitas
Persamaaan
kontinuitas adalah persamaan yang menghubungkan kecepatan fluida dalam dari
suatu tempat ke tempat lain. Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap
mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka
Debit aliran 1 = Debit aliran 2
b) Hukum Bernouli
Hukum
Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang
dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p),
energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume
memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika
dinyatakan dalam persamaan menjadi :
Keterangan :
P =
tekanan (Pascal = Pa = N/m2)
ρ =
massa jenis cairan (kg/m3)
g =
percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian (m)
BAB III
PENUTUP
1. KESIMPULAN
luida
adalah suatu bentuk materi yang mudah mengalir misalnya zat cair dan gas. Sifat
kemudahan mengalir dan kemampuan untuk menyesuaikan dengan tempatnya berada
merupakan aspek yang membedakan fluida dengan zat benda tegar.
Dalam kehidupan
sehari-hari, dapat ditemukan aplikasi Hukum Bernoulli yang sudah banyak
diterapkan pada sarana dan prasarana yang menunjang kehidupan manusia masa kini
seperti untuk menentukan gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang,
penyemprot parfum, penyemprot racun serangga dan lain sebagainya.
2. SARAN
Untuk memperlancar pembuatan laporan maka disarankan untuk
mencari referensi sebanyak mungkin baik dari buku maupun dari literatur lainnya
sepert jurnal dan pencarian melalui internet.
DAFTAR PUSTAKA:
Saripudin,Arip.,Rustiawan K.,Dede,dan
Suganda,Agit.2009.Praktis Belajar Fisika.Jakarta : Visindo Media Persada
Handayani,Sri.,dan Damari,Ari.2009.Fisika
Untuk SMA dan MA Kelas XI.Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan
Nasional.
0 komentar:
Posting Komentar