AhmadDahlan.NET – Fluida Statis adalah bidang kajian Mekanika Fludia yang membahas mengenai pengaruh gaya pada fluida dalam keadaan diam.
Daftar Isi
A. Rangkuman Materi Fluida Dinamis
Pada materi Fluida Statis terdapat tiga konsep yang akan dibahas yakni mengenai Hukum Archimedes, Hukum Pascal dan Tekanan Hidrostatis.
1. Hukum Archimedes
Hukum Archimedes berbicara seputar gaya apung yang dialami oleh sbeuah benda yang berada dalam fluida. Besar gaya apung dialami benda sama besarnya dengan volume zat cair yang dipindahkan.
F_a = \rho_f gV
dimana
Fa = Gaya Apung (N)
ρf = Masa jenis fluida (Kg/m3)
g = Percepatan Gravitasi (m/s2)
V = Volume Benda (m3)
Terapung, Melayang dan Tenggelam
Posisi sebuah benda pada saat berada dalam sebuah fluida bisa dalam tiga keadaan yakni terapung, melayan dan tenggelam. Hal ini dipengaruhi oleh massa jenis relatif terhadap massa jenis zat caair dan gaya apung dari benda. Syarat sebagai berikut :
Tenggelam
\rho_{benda}>\rho_{fluida}dan
w_{benda}> F_{fluida}Melayang
\rho_{benda}=\rho_{fluida}dan
w_{benda}= F_{fluida}Mengapung
\rho_{benda}<\rho_{fluida}dan
w_{benda}= F_{fluida}Perhatikan pada saat benda mengapung, benda dalam keadaan diam dipermukaan Fluida, sehingga berlaku hukum I Newton yakni
\Sigma F = 0
w_{benda}-F_{fluida}=0dengan demikian gaya berat benda akan sama dengan gaya apung fluida. Pada umumnya pada benda mengapung hanya sebagian dari volume benda yang tenggelam.
2. Tekanan Hidrostatis
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang dialami oelh sebuah benda yang tercelup dalam sebuah dalam sebuah fluida. Besar tekanan ini sebanidng lurus dengan kedalaman benda tersebut tercelum dalam fluida.
P = \frac{F}{A}Dimana F = ρgV dan V = Ah, maka
P = \rho gh
dimana :
P = Tekanan Hidristatis (N/m2)
h = Kedalaman (m)
3. Hukum Pascal
Hukum Pascal berbicara mengenai tekanan yang diberikan pada sebuah fluida pada ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah sama besarnya. Dengan demikian secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :
P_1 = P_2
jika nilah P dimasukkan maka :
\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}B. Contoh Soal
Soal 1
Gaya Apung yang dialami oleh sebuah benda yang tercelup dalam sebuah fluida bergantung dari …
a. volume benda
b. massa benda
c. massa jenis benda
d. massa fluida
d. massa jenis fluida
Jawaban :
Menurut hukum Archimedes besar gaya apung yang dialami oleh sebuah benda yang tercelup sebanding lurus dengan Volume Fluida yang dipindahkan.
F ~ V
Volume ini berasal dari Volume benda yang tercelup dengan demikian jawaban adanya adalah
a. Volume Benda
Soal 2
Sebuah benda ditimbang diudara memiliki berat sebesar 25 N, jika benda tersebut dicelupkan ke dalam air beranya adalah 15 N. Maka massa jenis benda tersebut adalah … (asumsikan g = 10 m/s² dan ρ = 1000 kg/m3)
a. 1,5 x 10³ kg/m³
b. 2,5 x 10³ kg/m³
c. 3,5. x 10³ kg/m³
d. 4,5 x 10³ kg/m³
e. 5,5 x 10³ kg/m³
Jawaban :
Langkah pertama – Tentukan Gaya Archimedes untuk menentukan Volume Benda
F_a=w_u-w_a
F_a= 25 N- 15 N = 10 N
karena Fa = ρgV, maka
10 N = ρgV
10 N = (1000 \ kg/m^3) (10 \ m/s^2 )( V)
V= \frac{10 \ N}{(1000 \ kg/m^3) (10 \ m/s^2 )} = 0,001 m^3Langkah Kedua – Tentukan massa benda dimana w = mg
25 \ N= m (10 \ m/s^2)
m = \frac{25 \ N}{10 \ m/s^2} = 2,5 \ kgLangkah Ketiga – Tentukan massa jenis
\rho = \frac{m}{V}\rho = \frac{2,5 \ kg}{0,001 \ m^3} = 2500 \ kg/m^3Jawabannya adalah b.
Soal 3
Sebuah benda terapung di pemrukaan air dengan volume air yang tercelup ke dalam air sebesar 75%. Jika massa jenis air adalah 1 g/cm3, maka massa jenis benda adalah …
a. 1,75 gr/cm³
b. 1,00 gr/cm³
c. 0,75 gr/cm³
d. 0,50 gr/cm³
e. 0,25 gr/cm³
Solusi :
Ilustrasi benda terapung adalah :
Pada kondisi benda terapung, berlaku hukum Newton I dimana
\Sigma F = 0
w_{benda}-F_{fluida}=0w_{benda}=F_{fluida}Masukkan berat air dipindahkan oleh benda dan gaya apung
mg = \rho gV
massa air tidak lain adalah ρV, maka
ρ_{benda}gV_{benda \ tercelup}=\rho_{air}g(0,75V_{benda})ρ_{benda}=ρ_{air}(0,75)ρ_{benda} = 1 \ g/cm^3(0,75) = 0,75 \ g/cm^3dengan demikian ρ benda = 0,75 g/cm3.
