MAKALAH FISIKA KELAS 11 : FLUIDA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang Masalah

Suatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan.

Dengan demikian kerapatannya akan lebih kecil. Karena itu, fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida statis misalnya di air tempayan. Berdasarkan uraian diatas, maka pada makalah ini akan dibahas mengenai fluida statis.  

1.2   Perumusan Masalah

Dalam penyusunan makalah ini penulis mencoba mengidentifikasi beberapa pertanyaan yang akan dijadikan bahan dalam penyusunan dan penyelesaian makalah. Diantaranya yaitu :

1.      Apakah fluida itu?

2.      Apakah pengertian dari fluida statis?

3.    Apa sifat- sifat Fluida Statis?

4.    Apa itu Tekanan Hidrostatis?

5.  Bagaimana penerapan fluida dalam kehidupan sehari-hari?

1.3   Tujuan Penulisan

Tujuan dari penyusunan makalah ini adalah :

1.       Agar dapat mengetahui pengertian dari Fluida.

2.       Agar dapat mengetahui pengertian dari Fluida statis.

3.       Agar mengetahui sifat- sifat Fluida Statis.

4.       Agar mengetahui Tekanan Hidrostatis.

5.       Agar dapat mengetahui penerapan fluida dalam kehidupan sehari-hari.

 

1.4  Manfaat Penulisan

Manfa’at dari penyusunan makalah ini adalah :

1.      Dapat mengetahui pengertian dari Fluida.

2.      Dapat mengetahui pengertian dari Fluida statis.

3.      Dapat mengetahui sifat- sifat Fluida Statis.

4.      Dapat mengetahui Tekanan Hidrostatis.

5.      Dapat mengetahui penerapan fluida dalam kehidupan sehari-hari.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 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.

2.2    Pengertian Fluida Statis

Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:

1.    Fluida statis

2.    Fluida Dinamis

Tapi yang kita bahas dalam makalah ini hanyalah membahas tentang fluida statis (fluida diam).

Adapun pengertian dari Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.

Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.

Contoh pada kehidupan sehari-hari, sering digunakan air sebagai contoh. Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.

2.3    Sifat-sifat Fluida

Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tekanan, tegangan permukaan, kapilaritas, dan viskositas. Tapi yang kita bahas dalam makalah ini hanyalah massa jenis dan tekanan.

2.3.1        Massa Jenis/Kerapatan

Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu.

Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya.

Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).

Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik (kg·m-3). Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.

Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut :

                                     

                                              dengan: m = massa (kg atau g),

                                                          V = volume (m3 atau cm3),

                                    ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).

Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel berikut.

Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)

Bahan	Massa Jenis (g/cm3)	Nama Bahan	Massa Jenis (g/cm3)
Air	1,00	Gliserin	1,26
Aluminium	2,7	Kuningan	8,6
Baja	7,8	Perak	10,5
Benzena	0,9	Platina	21,4
Besi	7,8	Raksa	13,6
Emas	19,3	Tembaga	8,9
Es	0,92	Timah Hitam	11,3
Etil Alkohol	0,81	Udara	0,0012

Kerapatan berat didefinisikan sebagai Berat persatuan Volume, yang biasa disimbolkan dengan “D”.

                   

                                                                              atau

Dengan : D = Berat jenis (N/m3)

 w = Berat benda (N)

 V = Volume (m3)

       ρ = Massa jenis (kg/m3)

  g = Percepatan gravitasi (m/s2)

Rapat massa relatif didefinisikan sebagai perbandingan dari rapat massa zat tersebut terhadap rapat massa dari zat tertentu sebagai zat pembanding.

Zat pembanding biasa diambil air, pada suhu 40 C.

Rapat massa relatif biasa disimbolkan dengan : rho r.

Juga berlaku : 

                                                                       Atau

                        Rapat massa relatif tidak mempunyai SATUAN.

Contoh soal :

1. 1000 liter alkohol massanya 789 kg. Massa jenis alkohol tersebut adalah ...

2. Sebuah cangkir (berbentuk tabung) dapat memuat air kopi sebanyak 314 gram jika diisi sampai setinggi 10 cm. Jika massa jenis kopi dianggap 1 gram/cm3, maka radius dalam cangkir tersebut adalah ...

Pembahasan :

1. diketahui :

V = 1000 l;                     m = 789 kg;

Jawab :

ρ =  =  = 0,789 kg/m3

Jadi massa jenis alkohol sebesar 0,789 kg/m3

2. diketahui :

m = 314 gram;                ρ = 1 gram/cm3 2

h = 10 cm

Jawab :

ρ =  = ρ =  

             1 =  

31,4 r2 = 314

 r2 = 10

r =  = 3,16 cm

Jadi radius dalam cangkir tersebut adalah 3,16 cm.

2.3.2        Tekanan

Pengertian tekanan akan mudah kita pahami setelah kita menjawab pertanyaan-pertanyaan di bawah ini. Mengapa pisau yang tajam lebih mudah memotong dari pada pisau yang tumpul? Mengapa paku yang runcing lebih mudah menancap kedalam benda dibandingkan paku yang kurang runcing? Pertanyaan diatas sangat berhubungan dengan konsep tekanan. Konsep tekanan identik dengan gaya, gaya selalu menyertai pengertian tekanan. Tekanan yang besar dihasilkan dari gaya yang besar pula, sebaliknya tekanan yang kecil dihasilkan dari gaya yang kecil. Dari pernyataan di atas dapat dikatakan bahwa tekanan sebanding dengan gaya. Mari kita lihat orang memukul paku sebagai contoh. Orang menancapkan paku dengan gaya yang besar menghasilkan paku yang menancap lebih dalam dibandingkan dengan gaya yang kecil.

Pengertian tekanan tidak cukup sampai disini. Terdapat perbedaan hasil tancapan paku bila paku runcing dan paku tumpul. Paku runcing menancap lebih dalam dari pada paku yang tumpul walaupun dipukul dengan gaya yang sama besar. Dari sini terlihat bahwa luas permukaan yang terkena gaya berpengaruh terhadap tekanan. Luas permukaan yang sempit/kecil menghasilkan tekanan yang lebih besar daripada luas permukaan yang lebar. Artinya tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan.

Penjelasan di atas memberikan bukti yang sangat nyata pada pengertian tekanan. Jadi, tekanan dinyatakan sebagai gaya per satuan luas. Pengertian tekanan ini digunakan secara luas dan lebih khusus lagi untuk Fluida. Satuan untuk tekanan dapat diperoleh dari rumus di atas yaitu 1 Newton/m2 atau disebut dengan pascal. Jadi 1 N/m2=1 Pa (pascal). Bila suatu cairan diberi tekanan dari luar, tekanan ini akan menekan ke seluruh bagian cairan dengan sama prinsip ini dikenal sebagai hukum Pascal.

Jika gaya F bekerja tegak lurus bekerja pada benda seluas A, besarnya tekanan secara matematis dituliskan sebagai berikut :

P = F/A

                  Keterangan : P = Tekanan (N/m2 atau pascal)

                                       F  = Gaya (N)

                                       A = Luas permukaan benda (m2)

Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar.

2.3 Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).

Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan gravitasi Bumi, ditulis : 

Oleh karena m = ρ.V persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai p = 

Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi :  P =  = ρ.g.h

Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut :

                     Dengan :  Ph = Tek anan hidrostatis (N/m2)

 Ph = ρ.g.h                      ρ = Massa jenis (kg/m3)

                                                   g = Percepatan gravitasi (m/s2)

                                                   h = Ketinggian (m)

Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengaa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah.

2.3.1 Manometer Pipa Terbuka

Manometer  pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekanan atmosfir (p0).

2.3.2 Barometer

Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah menandakan kemungkinan badai. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.

ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung atau

(13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2

               Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2

2.3.3 Pengukur Tekanan Ban

Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.

Contoh soal :

1. Sebuah tempa air berbentuk kubus memiliki panjang rusuk 60 cm diisi 180 liter air (massa jenis air = 103 kg/m3). Jika g = 10 m/s2, tentukan :

a. tekanan hidrostatik pada dasar kubus;

b. gaya hidrostatik pada dasar kubus;

c. gaya hidrostatik pada titik B yangberjarak 0,25 m dari permukaan air.

2. Sebuah pipa U berisi dua cairan dengan kerapatan berbeda pada keadaan setimbang. Di pipa sebelah kiri berisi minyak yang tidak diketahui kerapatannya, di sebelah kanan berisi air dengan kerapatan 1000 kg/m3. Bila selisih ketinggian di permukaan air adalah h=13 mm dan selisih ketinggian antara minyak dan air adalah 15   mm. Berapakah kerapatan minyak ?

3. Dalam sebuah bejana diisi air (ρ = 1000 kg/m3). Ketinggian airnya adalah 85cm. Jika g = 10 m/s2 dan tekanan udara 1 atm, maka tentukan :

a. tekanan hidrostatis di dasar bejana;

b. tekanan mutlak di dasar bejana.

Penyelesaian :

1.    Diketahui:

V = 180 L = 0,18 m3;     ρ   = 103 kg/m3   

g = 10 m/s2;                    A  = 0.36 m2

s = 60 cm;                     hB = 0,25 m                          

hA =  =  = 0,5

jawab :

a. PA = ρ.g.h

    = 1000.10.0,5 = 5000 Pa  

b. FA = PA.A

    = 5000.0,36 = 1800 N

c. PB = ρ.g.h

    = 1000.10.0,25 = 2500 Pa

FB = PB.A

     = 2500.0,25 = 900 N

Jadi besar tekanan hidrostatis pada dasar kubus adalah PA = 5000 Pa, gaya hidrostatis pada dasar kubus adalah FA = 1800 N, dan gaya hidrostatis pada titik B adalah FB = 900 N.

2.      Tekanan di sebelah kiri pipa disebabkan karena tekanan atmosfer dan berat minyak. Tekanan di sebelah kanan pipa adalah karena berat air dan tekanan atmosfer. Tekanan pada titik yang segaris adalah sama sehingga : 

P1 = P2

ρ1.g1.h1 = ρ2.g2.h2

ρ1.h1 = ρ1.h2 =>  ρ1 =  =  = 866,7 kg/m3

Jadi kerapatan minyak adalah 866,7 kg/m3

3.      Diketahui :

h  = 85 cm = 0,85 m;    ρ = 1000 kg/m3;

Pu = 1 atm;                    g = 10 m/s2.

Jawab :

a.       Tekanan hidrostatis di dasar bejana.

Ph = ρ.g.h

     = 1000.10.0.85

     = 8,5.103 Pa.

b.      Tekanan mutlak di dasar bejana.

PA = Pu + Ph

      = 105 + 8,5.103

       = 1,085.103 Pa.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Fluida 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.

3.2 Saran

Saran-saran dari kami adalah :

1.    Semoga penerapan Fluida dapat di terapkan dalam kehidupan sehari-hari semaksimal mungkin.

2.    Bagi masyarakat  semoga dapat memanfaatkan penerapan fluida dengan baik.

3.    Bagi masyarakat haruslah memahami fluida dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

1. http://finda-novelia.blogspot.com/2012/05/makalah-fluida-statis.html.

2. http://www.scribd.com/doc/35522039/Makalah-Fisika.

3. http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/37-fluida-statis#ixzz2P0J9AuBq.

4. http://nellahutasoit.wordpress.com/2011/11/25/fluida/#more-208.

5. Palupi,Dwi Satya.,Suharyanto,dan Karyono.2009.Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XI.Jakarta : CV.Sahabat.

6. Saripudin,Arip.,Rustiawan K.,Dede,dan Suganda,Agit.2009.Praktis Belajar Fisika.Jakarta : Visindo Media Persada.

7. Handayani,Sri.,dan Damari,Ari.2009.Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XI.Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

8. Sagufindo kinarya.

Bagikan Artikel ini