Fluida adalah zat yang dapat mengalir, yang terdiri dari zat cair dan gas. Ada fluida yang tak mengalir dan ada fluida yang mengalir. Ilmu yang mempelajari fluida yang tak mengalir disebut hidrostatika dan ilmu yang mempelajari fluida yang mengalir disebut hidrodinamika.
a. Massa jenis (r)
Massa jenis zat adalah massa zat
per satuan volume.
m = massa zat (kg)
V = volume (m3)
b. Tekanan
Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas bidang.
dengan F = gaya
tekan (N)
A = luas bidang (m2)
P = tekanan (N m-2)
1 N m-2
= 1 Pa (Pascal)
Satuan lain untuk tekanan antara lain atmosfer (Atm), cm Hg,
mb (millibar)
1 mb =
0,001 bar
1 bar = 105
Pa
1 Atm = 76
cm Hg = 1,01 x 105 Pa = 1,01 bar
c. Tekanan Gauge
Tekanan gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer. Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur menyatakan tekanan gauge. Tekanan sesungguhnya dinamakan tekanan mutlak.
Misalnya sebuah ban mobil berisi udara dengan tekanan gauge 2 bar, maka tekanan mutlaknya 3 bar dan tekanan udaranya 1 bar.
d. Tekanan dalam
suatu fluida
- Tekanan dalam suatu fluida selalu berarah tegak lurus terhadap dinding wadahnya.
- Tekanan dalam suatu fluida pada kedalaman yang sama adalah sama dalam segala arah.
- Tekanan pada kedalaman h dalam suatu fluida yang memiliki massa jenis r, dinyatakan :
Ph = r
g h
Dengan r = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman (m)
Ph
= tekanan hidrostatis (Pa)
Tekanan hidrostatis
adalah tekanan zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu.
Suatu gaya luar yang bekerja pada fluida diteruskan sama
besar ke seluruh fluida sehingga tekanan total pada kedalaman h
P = Pluar
+ Ph
P = Pluar + r g h
e. Hukum Pascal
(Blaise Pascal)
Hukum Pascal berbunyi :
Tekanan yang diberikan
kepada fluida didalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Dari hukum ini diperoleh prinsip bahwa dari gaya kecil dapat
diperoleh gaya yang lebih besar. Prinsip ini di manfaatkan dalam :
1. Dongkrak
hidrolik
2. Pompa
hidrolik
3. Mesin
pengangkat hidrolik
4. Rem
angin
5. Rem
cakram pada mobil
Perhatikan gambar di atas jika pengisap kecil dengan luas penampang A1 diberi gaya input F1. Maka pada pengisap besar (A2) akan di hasilkan gaya angkat (gaya output) F2. Sesuai dengan hukum Pascal :
F1, F2
= gaya input dan gaya output (N)
A1, A2
= luas penampang pengisap (m2)
f. Hukum Boyle
Tekanan gas berbanding
terbalik dengan volume ruang yang ditempatinya untuk suhu gas tetap, dan
tekanan gas tidak terlalu besar.
Hukum Boyle dinyatakan dengan persamaan
atau P . V = C
atau P1 . V1 = P2
. V2
Sejumlah volume fluida V
dapat dipindahkan oleh pompa hidrolik ke dalam pipa silinder dengan melakukan
usaha pompa W yang melawan terhadap
tekanan P dalam pipa :
W = P . V
atau W = P . A. Dx
P = tekanan
pengisap/piston (Pa)
A = luas penampang
pipa (m2)
Dx=
jarak perpindahan pengisap (m)
W = usaha pompa
(Joule)
g. Hukum Archimedes
Perhatikan gambar di bawah ini :
Perhatikan gambar di bawah ini :
Keterangan :
- Benda berada di udara, berat benda Wu = 25 N
- Wadah yang terisi penuh oleh fluida
- Benda di masukkan dalam fluida. Berat benda dalam fluida disebut berat semu Ws = 15 N
- Fluida yang tumpah/dipindahkan ditampung dalam wadah. Berat fluida yang dipindahkan merupakan gaya ke atas Fa = Wu – Ws = 10 N
Hukum Archimedes berbunyi :
Suatu benda yang
tercelup sebagian atau seluruhnya kedalam fluida mengalami gaya ke atas seberat
fluida yang yang dipindahkan oleh benda
.
Penurunan rumus
Archimedes
P1 = rf g h1 -->> F1 = P1 A = rf g h1 A
P2 = rf g h2 -->> F2 = P2 A = rf g h2 A
rf
= massa jenis fluida
Resultan F1
dan F2 adalah Fa (gaya ke atas)
Fa = F2
- F1 = rf
g h2 A - rf
g h1 A
= rf
g A (h2 - h1) = rf
g (A h) = rf g V
maka
Fa = rf
g Vf
Fa = gaya
ke atas (N)
rf = massa jenis fluida (kg/m3)
g =
percepatan gravitasi (m/s2)
Vf = volume
fluida yang dipindahkan atau
volume benda
yang tercelup (m3)
Mengapung,
melayang, dan tenggelam
Wb = Fa
Vb > Vf
rb
> rf
- Benda melayang maka semua bagian volume benda di bawah permukaan air tetapi belum mencapai dasar wadah atau semua bagian benda tercelup dalam air. Berat benda > gaya ke atas dan volume benda = volume fluida yang dipindahkan.
Vb = Vf
rb
= rf
Wb > Fa
Vb = Vf
rb
> rf
Penerapan hukum Archimedes di dalam alat-alat tehnik antara lain pada :
- Hidrometer : untuk memeriksa muatan aki sebuah mobil, memeriksa kandungan lemak dalam susu, dan kandungan alkohol dalam minuman anggur.
- Kapal laut dan kapal selam : untuk transportasi air dan militer.
- Galangan kapal : untuk mengangkat bagian bawah kapal dari permukaan laut pada waktu dilakukan perbaikan bagian bawah kapal.
- Balon udara : untuk transportasi, olah raga, dan lain-lain.
