materi fisika kelas XI semester 1

A. Fluida Statik

Fluida  merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir dibatasi pada zat mengalirkan seluruh bagian-bagiannya ke tempat lain dalam waktu yang bersamaan.

Fluida yang berada dalam suatu wadah memiliki berat akibat gravitasi bumi. Berat fluida menimbulkan tekanan pada setiap bidang permukaan yang bersinggungan dengannya

Zat alir mencakup zat yang dalam wujud cair dan gas.

Fluida statik meninjau fluida yang tidak bergerak. Misalnya air di gelas, air di kolam renang, air dalam kolam, air danau, dan sebagainya

Rumus

Keterangan:

·         p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²)

·         F: Gaya (N atau dn)

·         A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)

Gambar: Air dalam gelas adalah fluida statik

Penggolongan fluida menurut sifat-sifatnya dibedakan menjadi dua, yaitu :

                        1. Fluida ideal

                        2. Fluida sejati

                       

1) Fluida ideal

Ciri-ciri Fluida ideal adalah:

a.      Fluida yang tidak kompresibel (volumenya tidak berubah karena perubahan tekanan)

b.      Berpindah tanpa mengalami gesekan

                       

2) Fluida sejati

Ciri-ciri Fluida sejati adalah:

a.      Kompresibel

b.      Berpindah dengan mengalami gesekan

Tekanan hidrostatis

Tekanan Hidrostatik adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini bergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Tekanan Hidrostatika hanya berlaku pada zat cair yang tidak bergerak.

Keterangan:

·         p_h: Tekanan hidrostatis (N/m² atau dn/cm²)

·         h: jarak ke permukaan zat cair (m atau cm)

·         s: berat jenis zat cair (N/m³ atau dn/cm³)

·         ρ: massa jenis zat cair (kg/m³ atau g/cm³)

·         g: gravitasi (m/s² atau cm/s²)

contoh soal

Sebuah gelas berisi air setinggi 20 cm, massa jenis air adalah 1 g/cm3. dan percepatan gravitasi yang berlaku di daerah tersebut adalah 10 m/det2. Berapakah tekanan air pada dasar gelas tersebut?

Jawaban Soal:

Diketahui : Tinggi gelas (h)= 20 cm = 0,2 m, massa jenis air (ρ) = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3, percepatan gravitasi (g)= 10  m/det2

Ditanya : Tekanan Hidrostatik air (P)

Dijawab :   p = ρ x g x h

maka: 

P =  1000 m3 x 10 m/ det2 x 0,2 m P =  2000 N/m2

Tekanan mutlak dan tekanan gauge

Tekanan gauge: selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan udara luar.

Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

Tekanan mutlak pada kedalaman zat cair

Keterangan:

·         p₀: tekanan udara luar (1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 10⁵ Pa)

Hukum Pascal

Bunyi hokum pascal Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair didalam suatu wadah, akan diteruskan ke segala arah dan sama besar

Hukum pascal ditemukan oleh Blaise Pascal, seorang ilmuwan Prancis yang hidup pada 1623-1662)

Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah.

Keterangan:

·         F₁: Gaya tekan pada pengisap 1

·         F₂: Gaya tekan pada pengisap 2

·         A₁: Luas penampang pada pengisap 1

·         A₂: Luas penampang pada pengisap 2

Contoh soal

Sebuah pengangkat mobil hidrolik memiliki 2 pengisap dengan luas penampang masing-masing A1 = 100 cm2 dan A2 = 2000 cm2, berapakah besar gaya minimal F1 yang harus diberikan pada penampang A1 agar mobil dengan berat 15.000 N dapat terangkat?

            Penyelseaiian

F1 = A1  F2 = 100 cm2  x 15.000 N = 750 N

        A2         2000 cm2

Jika yang diketahui adalah besar diameternya, maka: 

Gaya apung (Hukum Archimedes)

Bunyi Hukum Archimedes

“Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan”.

Penemu

Archimedes dari Syracusa (sekitar 287 SM – 212 SM)

Gaya apung adalah selisih antara berat benda di udara dengan berat benda dalam zat cair.

Keterangan:

·         F_a: gaya apung

·         M_f: massa zat cair yang dipindahkan oleh benda

·         g: gravitasi bumi

·         ρ_f: massa jenis zat cair

·         V_bf: volume benda yang tercelup dalam zat cair

Mengapung, tenggelam, dan melayang

Syarat benda mengapung: 

Terapung

pb, rata-rata < pf
w  Fa

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Syarat benda melayang: 

pb, rata-rata = pf
w = Fa

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Syarat benda tenggelam: 

Tenggelam
pb, rata-rata > pf
w > Fa

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Sedangkan gaya-gaya yang bekerja pada fluida ada tiga macam yaitu:

-          Kohesi, yaitu : gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis

-          Adhesi, yaitu : gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis

-          tegangan permukaan , yaitu gaya pada permukaan fluida, anggaplah bahwa setetes air seolah-olah ada pembungkus.

Tegangan Permukaan

            Dalam zat cair ada partikel-partikel yang dikelilingi semacam bola dimana partikel itu sebagai pusatnya. Dalam bola itu adalah suatu medan. Perhatikan tiga buah partikel fluida A, B, C .

                          

Gambar : Tiga buah partikel fluida yang terletak di tempat-tempat berbeda memiliki keadaan gaya yang berbeda

Partikel A     =    dalam keadaan setimbang, bekerja gaya-gaya yang sama besar dari semua arah

Partikel B     =    karena F₁ > F₂ , gaya yang arahnya ke bawah lebih besar daripada gaya yang arahnya ke atas

Partikel C     =    hanya ada gaya ke bawah, hal inilah yang dapat menyebabkan tegangan permukaan

Tegangan Permukaan Zat Cair

Sebagai akibat dari adanya kohesi zat cair dan adhesi antara zat cair-udara diluar permukaannya, maka pada permukaan zat cair selalu terjadi tegangan yang disebut tegangan permukaan.

“ Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi leh suatu lapisan elastis “

Tegangan permukaan air berbanding terbalik dengan suhunya. Jika suhu air naik maka tegangan permukaannya semakin kecil.

Contoh Peristiwa Tegangan Permukaan Zat Cair

1.     Beberapa jenis serangga kecil bisa berjalan di atas air.

2.     Jarum kecil bisa terapung di atas air.

3.     Sabun Mandi dan Detergen

4.     Produk sabun mandi dan detergen selain untuk membunuh kuman di badan juga berguna menurunkan tegangan permukaan air akan air dapat membasahi tubuh lebih sempurna dan hasilnya akan lebih bersih.

Rumus Tegangan Permukaan Zat Cair

Tegangan permukaan (gama) merupakan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan dengan panjang permukan tempat gaya tersebut bekerja.  Rumus fisikanya

ɣ = F/l

ɣ  =tegangan permukaan (N/m atay Dyne/cm)

l    =panjang permukaan (m atau cm)

f     =gaya tegangan

Contoh Soal

Sebtang kawat dibengkokkan seperti huru U. Kemudian kawat kecil PQ yang bermassa 0,2 gram dipasang dalam kawat tersebut(perhatikan gambar). Kemudian kawat tersebut dicelupkan ke dalam cairan sabun dan diangkat vertikal sehingga ada lapisan tipis sabun di antara kawat tersebut. Ketika ditarik ke atas kawa kecil mengalami gaya tarik ke atas oleh lapisan sabung. Agar terjadi keseimbangan, maka pada kawat kecil PQ digantungkan benda dengan massa 0,1 gram. Jika panjang kawat PQ = 10 cm dan nilai gravitasi 9,8 m/s², berapa tegangan sabun tersebut?

Pembahasan:

Diketahui :

Massa kawat = 0,2 gram = 2 x 10^-4 kg

Panjang kawat (l) = 10 cm = 10^-1 m

Massa benda = 0,1 gram = 1 x 10^-4 kg; g = 9,8 m/s²

Ditanyakan : tegangan permukaan lapisan sabun (g)?

Rumus
ɣ = F/l( l = 2l)

F = berat kawat ditambah berat benda = 3 x 10^-4 kg x 9,8 = 2,94 x 10^-3 N
ɣ = 2,94 x 10^-3/ 2x 10^-1 = 1,47 x 10^-2 N/m.

 Jadi besarnya tegangan permukaan adalah 1,47 x 10^-2 N/m.

VISKOSITAS DAN HUKUM STOKES

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida.

Viskositas dan Hukum Stokes- 

Viskositas (kekentalan) fluida menyatakan besarnya gesekan yang dialami oleh suatu fluida saat mengalir. Makin besar viskositas suatu fluida, makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut.

Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa.s).

Bahwa fluida ideal tidak memiliki viskositas. Dalam kenyataannya, fluida yang ada dalam kehidupan sehari-hari adalah fluida sejati. Oleh karena itu, bahasan mengenai viskositas hanya akan Anda temukan pada fluida sejati,

yaitu fluida yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:  

a. Dapat dimampatkan (kompresibel)

b. Mengalami gesekan saat mengalir (memiliki viskositas)

c. Alirannya turbulen.

Zat cair dan gas memiliki viskositas, hanya saja zat cair lebih kental (viscous) daripada gas. Dalam penggunaan sehari-hari, viskositas dikenal sebagai ukuran ketahanan oli untuk mengalir dalam mesin kendaraan.

Viskositas oli didefinisikan dengan nomor SAE’S (Society of AutomotiveEngineer’s).

Contoh pada sebuah pelumas tertulis API SERVICE SJ SAE 20W – 50 Klasifikasi service minyak pelumas ini dikembangkan oleh API (AmericanPetroleum Institute) yang menunjukkan karakteristik service minyak pelumas dari skala terendah (SA) sampai skala tertinggi (SJ) untuk mesin-mesin berbahan bakar bensin.

Koefisien viskositas fluida η , didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan luncur (F/A) dengan kecepatan perubahan regangan luncur ( v /l).

Secara matematis, persamaannya ditulis sebagai berikut. η = (tegangan luncur / cepat perubahan tegangan luncur) η = (F/A) / (v/l) F = ηA(v/l) Nilai viskositas setiap fluida berbeda menurut jenis material tempat fluida tersebut mengalir.

Nilai viskositas beberapa fluida tertentu dapat Anda pelajari

 Tabel 7.2 

Harga ViskositasBerdasarkan Eksperimen Keterangan: Poiseuille dan Poise adalah satuan viskositas dinamis, juga disebut viskositas absolut.

1 Poiseulle (PI) = 10 Poise (P) = 1.000 cP.

Benda yang bergerak dalam fluida kental mengalami gaya gesek yang besarnya dinyatakan dengan persamaan: Ff = ηv(A/l) = kηv

Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stoker menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6πR. Ff = 6πrηRv Persamaan diatas dikenal sebagai Hukum Stokes.

Gaya gesek dalam zat cair tergantung pada koefisien viskositas, kecepatan relatif benda terhadap zat cair, serta ukuran dan bentuk geometris benda.

Jika sebuah benda berbentuk bola (kelereng) jatuh bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya akan bertambah karena pengaruh gravitasi Bumi hingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan terbesar yang tetap tersebut dinamakan kecepatan terminal.

Pada saat kecepatan terminal tercapai,

berlaku keadaan ΣF = 0 Ff + FA = mg Ff = mg – FA 6πrηRvT = ρb.Vb.g – ρf.Vf.g vT = [g.Vb(ρb – ρf) ] / [6πrη]

Pada benda berbentuk bola,

volumenya vb = 4/3 πr3 

sehingga diperoleh persamaan vT =(2r2g) (ρb – ρf) / (9η)

dengan: vt = kecepatan terminal (m/s),

Ff = gaya gesek (N),

FA = gaya ke atas (N),

 ρb = massa jenis bola (kg/m2),

dan ρf = massa jenis fluida (kg/m3). 

mungkin hanya ini yg dapat saya bagikan ke agan agan sekalian, sankyu udah mampir (y)

jangan lupa tinggalkan jejak yah :v

wassalam

Filed Under : #materi

gandum

20.52

materi

0 response