Rumus Fluida Statis Fisika Kelas XI semester 2

A. Hukum Archimedes



ketika benda tercelup seluruhnya tekanan hidrostatis dialami permukaan bagian atas dengan luas area A, sebesar P1 dan bagian bawah sebesar P2. Dengan demikian gaya ke atas dapat kita tentukan sebgai berikut:

Ket: Fa= gaya ke  atas (N) ; r = massa jenis fluida (kg/m³);  g = percepatan gravitasi (m/s²); V_t = Volume benda yang tercelup/volum fluida yang dipindahkan.

Dengan demikian sebuah benda yang tercelup seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapat gaya ke atas oleh sebuah gaya sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan.  Pernyataan ini disebut dengan Hukum Archimedes.

Analisis perbandingan massa jenis benda dengan massa jenis fluida ketika benda di dalam zat cair

Dari ketiga peristiwa tersebut, dapatlah kita simpulkan bahwa suatu benda akan tenggelam tinggal dilihat dari kerapatan benda/massa jenis bendanya dibandingkan dengan massa jenis fluida. Pada gambar diatas orang tersebut terapung di atas air laut mati, karena massa jenis orang tersebut jauh lebih kecil dari massa jenis air laut mati.

Begitu juga kapal yang begitu besar massanya dapat terapung, karena dengan rumus rho=m/V, dengan memperbesar volume kapal kita harapkan massa jenis kapalnya menjadi lebih kecil dari massa jenis air laut. Dengan ilmu ini juga manusia teelah mampu menciptakan kapal terapung juga kapal selam.

B. Tekanan Hidrostatis

Hukum Utama Hidrostatis- Sebelumnya telah dibahas mengenai pengertian tekanan hirostatis sekarang perhatikanlah bejana berhubungan pada Gambar 7.7. Gambar tersebut memperlihatkan sebuah bejana berhubungan yang diisi dengan fluida, misalnya air. Anda dapat melihat bahwa tinggi permukaan air di setiap tabung adalah sama, walaupun bentuk setiap tabung berbeda. Bagaimanakah tekanan yang dialami oleh suatu titik di setiap tabung? Samakah tekanan total di titik A, B, C, dan D yang letaknya segaris? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, Anda harus mengetahui Hukum Utama Hidrostatis.

Gambar 7.7 Tekanan di titik A, B, C, dan D sama besar, serta tidak bergantung pada bentuk penampang tempat fluida tersebut.

Hukum Utama Hidrostatis menyatakan bahwa semua titik yang berada pada bidang datar yang sama dalam fluida homogen, memiliki tekanan total yang sama. Jadi, walaupun bentuk penampang tabung berbeda, besarnya tekanan total di titik A, B, C, dan D adalah sama. Persamaan Hukum Utama Hidrostatis dapat diturunkan dengan memperhatikan Gambar 7.8. Misalkan, pada suatu bejana berhubungan dimasukkan dua jenis fluida yang massa jenisnya berbeda, yaitu ρ 1 dan ρ 2.

Gambar 7.8 Tekanan total di titik A dan B pada bejana U yang terisi fluida homogen adalah sama besar, pA = pB.

Jika diukur dari bidang batas terendah antara fluida 1 dan fluida 2, yaitu titik B dan titik A, fluida 2 memiliki ketinggian h₂ dan fluida 1 memiliki ketinggian h₁. Tekanan total di titik A dan titik B sama besar. Menurut persamaan tekanan hidrostatis, besarnya tekanan di titik A dan titik B bergantung pada massa jenis fluida dan ketinggian fluida di dalam tabung. Secara matematis, persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.

p_A = p_B
p₀ + ρ₁gh₁ = p0 + ρ₂gh₂
ρ₁ h₁ = ρ₂ h₂
dengan: h₁ = jarak titik A terhadap permukaan fluida 1,
h₂ = jarak titik B terhadap permukaan fluida 2,
ρ₁ = massa jenis fluida satu, dan
ρ₂ = massa jenis fluida dua.
Contoh menghitung tekanan pada pipa U

Perhatikanlah gambar bejana di samping Jika diketahui massa jenis minyak 0,8 g/cm³, massa jenis raksa 13,6 g/cm³, dan massa jenis air 1 g/cm³, tentukanlah perbedaan tinggi permukaan antara minyak dan air.

Jawab
Diketahui: ρ m = 0,8 g/cm³, ρ r = 13,6, dan ρ air = 1 g/cm³.
Air dan minyak batas terendahnya sama sehingga diperoleh persamaan berikut
ρ_a h_a = ρ_m h_m

Jadi, perbedaan tinggi permukaan minyak dan air = 15 cm – 12 cm = 3 cm.

C. Hukum Pascal

Hukum ini menyatakan bahwa 

Perubahan tekanan pada setiap titik dalam fluida tertutup disebarkan sama pada seluruh cairan ke segala arah.

Dongkrak Hidrolik: Dongkrak digunakan untuk mengangkat mobil yang akan dicuci menggunakan hukum pascal. Seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini. Saat kita mendorong salah satu piston dengan gaya f maka fluida didalamnya tertekan kemudian menyebarkan tekanan dengan merata ke segala arah, sehingga mampu menekan piston lain yang ditumpangi mobil yang kemudian terangkat.

gambar: faculty.wwu.edu

Begitupun dengan suntikan, kita memberikan tekanan pada salah satu ujung suntikan kemudian cairan keluar melalui ujung tajam jarum suntikan tersebut. Masih banyak contoh lainnya.

Rumus Hukum Pascal
Semua contoh penerapan diatas memenuhi persamaan hukum pascal sebagai berikut:

P1 = P2
F1/A1 = F2/A2

Keterangan:

P = Tekanan (Pascal)

F = Gaya (N)

A = Luas Permukaan (m*2)

* Suntikan memiliki luar penampang/permukaan lingkaran

Contoh Soal:

Alat pengangkat mobil yang memiliki luas pengisap masing-masing sebesar 0,10 m² dan 2 × 10^–4 m² digunakan untuk mengangkat mobil seberat 10⁴ N. Berapakah besar gaya yang harus diberikan pada pengisap yang kecil? 

Jawab:

F1/A1 = F2/A2  

10⁴/0,1 = F1/2 × 10^–4

^{100.000 = F1/2 × 10–4}

^{F1 = 20 N}

Sumber: http://fisika79.wordpress.com/tag/hukum-archimedes/

             http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xi/hukum-utama-hidrostatis/

             http://www.gomuda.com/2013/01/fluida-statis-hukum-pascal.html

Read more »

Hukum Newton dalam kehidupan sehari-hari

1)       Hukum 1 Newton
 “jika resultan gaya yang bekerja pada benda yang sama dengan nol,maka benda yang mula2 diam akan tetap diam. Benda yang mula2 bergerak lurus beraturan akan tetap lurus beraturan”

Jadi jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja
pada sebuah benda sama dengan nol (F = 0),
maka percepatan benda juga sama dengan nol (a= 0) dan benda tersebut :
- Jika dalam keadaan diam akan tetap diam, atau
- Jika dalam keadaan bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.
Bagian kedua dari pernyataan itu dapat dipahami sebagai berikut. Jika lintasan awal
gerak benda itu perlu suatu dorongan (yang dalam hal ini disebut gaya atau resultan
gaya). Begitu pula bila diinginkan mengubah kecepatan benda baik mempercepat atau
memperlambat, maka juga diperlukan gaya. Jadi bila tidak ada gaya atau resultan
gayanya nol maka bentuk lintasan lurus dan kecepatan benda akan selalu tetap.
Jadi benda akan selalu berusaha mempertahankan keadaan awal jika benda tidak dikenai
gaya atau resultan gaya. Hal ini yang menyebabkan seringnya hukum I Newton disebut
sebagai hukum kelembaman/inertia (malas/inert untuk berubah dari keadaan awal).
Dalam persamaan matematis hukum I Newton sering dituliskan sebagai berikut.
 F = 0
dimana  F adalah resultan gaya yang bekerja pada benda.
Kesimpulan : F = 0 dan a = 0 Karena benda bergerak translasi, maka pada sistem
koordinat Cartesius dapat dituliskan
 Fx = 0 dan  Fy = 0.



2)       Hukum II Newton
 “percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan masa benda”

dimana m adalah massa benda dalam satuan kg, a adalah percepatan benda dalam satuan
m/s2, dan  F adalah resultan gaya yang bekerja pada benda.
 F adalah resultan gaya yang menjumlahkan beberapa gaya pada benda.

 Hukum II Newton inilah yang boleh kita sebut sebagai hukum Newton tentang gerak.

3)       Hukum III Newton
“jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua,maka benda kedua akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama,tetapi arahnya berlawanan”




C. Gaya Gesek Statis dan Gaya Gesek Kinetis
Secara umum, gaya gesek suatu benda dapat digolongkan dalam dua jenis, yaitu
gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Gaya gesek statis terjadi saat benda dalam
keadaan diam atau tepat akan bergerak. Sedang gaya gesek kinetik terjadi saat benda
dalam keadaan bergerak.
Gaya gesek merupakan gaya sentuh, artinya gaya ini muncul jika permukaan dua
zat bersentuhan secara fisik, di mana gaya gesek tersebut sejajar dengan arah gerak benda
dan berlawanan dengan arah gerak benda. Untuk menentukan gaya gesek suatu benda
perhatikan beberapa langkah sebagai berikut!
1. Analisislah komponen-komponen gaya yang bekerja pada benda dengan
menggambarkan uraian gaya pada benda tersebut. Peruraian gaya-gaya ini akan
membuat kita lebih mudah memahami permasalahan.
2. Tentukan besar gaya gesek statis maksimun dengan persamaan:
fsmak = s . N
dimana :
fsmak = gaya gesek statis maksimum (N)
s = koefisien gesek statis. Nilai koefisien ini selalu lebih besar dibanding
nilai koefisien gesek kinetis (tanpa satuan)
N = gaya normal yang bekerja pada benda (N)
3. Tentukan besar gaya yang bekerja pada benda yang memungkinkan menyebabkan
benda bergerak. Kemudian bandingkan dengan gesar gaya gesek statis maksimum.
a. Jika gaya penggerak lebih besar dari gaya gesek statis maksimum, maka
benda bergerak. Gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis, dengan
demikian:
fk = k . N
dimana :
fk = gaya gesek kinetis (N)
k = koefisien gesek kinetis (tanpa satuan)
N = gaya normal yang bekerja pada benda (N)
b. Jika gaya penggerak sama dengan gaya gesek statis maksimum maka benda
dikatakan tepat akan bergerak. Artinya masih tetap belum bergerak, sehingga
gaya gesek yang bekerja pada benda sama dengan gaya gesek statis
maksimumnya.
c. Jika gaya penggeraknya lebih kecil dari gaya gesek statis maksimumnya
maka benda dikatakan belum bergerak. Gaya gesek yang bekerja pada benda
sebesar gaya penggerak yang bekerja pada benda.





referensi

Read more »