Ringkasan Materi Lengkap Fluida Statis

 Supriadi Meutuah

Apa itu Fluida?

Fluida adalah zat yang bisa mengalir dan memberikan hambatan saat diberi tekanan. Zat yang tergolong sebagai fluida adalah zat cair dan gas. Adapun sifat-sifat fluida adalah sebagai berikut.

1. Bisa mengalami perubahan bentuk.
2. Bisa mengalir.
3. Memiliki kemampuan untuk menempati suatu wadah atau ruang

Besaran-besaran Fluida

1. Kompresibel dan tak kompresibel

Kompresibilitas adalah kemampuan suatu zat untuk dimampatkan akibat tekanan. Zat kompresibel artinya zat yang bisa dimampatkan karena bisa mengalami perubahan volume saat ditekan, contohnya gas. zat tak kompresibel artinya zat yang tidak bisa dimampatkan karena tidak mengalami perubahan volume saat ditekan, contohnya zat cair.

2. Massa jenis

Massa jenis adalah ukuran kerapatan suatu benda. Semakin rapat susunan partikel di dalamnya, semakin besar massa jenisnya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

ρ = massa jenis (kg/m³);

V = volume (m³); dan

m = massa benda (kg).

Daftar massa jenis beberapa zat

3. Viskositas (kekentalan)

Viskositas merupakan sifat tahanan suatu fluida terhadap tegangan yang diberikan. Hukum yang membahas tentang viskositas fluida ini adalah Hukum Stokes. Secara matematis, Hukum Stokes dirumuskan sebagai berikut.

4. Berat jenis

Berat jenis didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Berat jenis ini berbeda dengan massa jenis. Perbedaannya adalah berat jenis dipengaruhi oleh percepatan gravitasi, sehingga nilainya bisa berubah-ubah sesuai percepatan gravitasi di tempat tersebut. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

5. Tegangan permukaan

Tegangan permukaan adalah kemampuan suatu permukaan zat cair untuk menegang. Contoh Tegangan permukaan adalah saat ada serangga yang bisa berdiri di permukaan air. Secara matematis, tegangan permukaan dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

𝛾 = tegangan permukaan (N/m);

F = gaya (N); dan

L = panjang permukaan (m).

6. Kapilaritas

Kapilaritas adalah peristiwa meresapnya zat cair di dalam pipa kapiler. Meresap artinya gerakan naik atau turun zat cair. Kapilaritas ini dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan, gaya adhesi, dan gaya kohesi antara zat cair dan dinding kapiler. Jika gaya adhesi lebih besar daripada kohesi, maka zat cair akan naik dalam pipa kapiler, contohnya air. Jika gaya kohesi lebih besar daripada gaya adhesi, maka zat cair akan turun, contohnya raksa.

Kenaikan atau penurunannya dapat dihitung 

Keterangan:

h = kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa kapiler (m);

𝛾 = tegangan permukaan (N/m);

𝜃 = sudut kontak;

𝜌 = massa jenis (kg/m³);

g = percepatan gravotasi (m/s²); dan

r = jari-jari pipa kapiler (m).

Tekanan Hidrostatis

Pernahkah anda menyelam ? Semakin dalam posisi menyelam, semakin sakit gendang telinga. Hal itu disebabkan oleh adanya tekanan hidrostatis, yaitu tekanan yang disebabkan oleh adanya berat fluida tak bergerak. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P = tekanan hidrostatis (N/m²);

ρ = massa jenis fluida (kg/m³); dan

h = kedalaman (m).

Penjumlahan antara tekanan hidrostatis dan tekanan udara luar akan menghasilkan besaran baru yang disebut tekanan mutlak. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P_T = tekanan mutlak (Pa); dan

P₀ = tekanan atmosfer (Pa).

Hukum Utama Hidrostatis

Hukum utama hidrostatis adalah hukum yang berkaitan dengan persamaan tekanan saat fluida diletakkan di suatu bidang datar. Adapun pernyataan hukum utama hidrostatis adalah “semua titik yang terletak di suatu bidang datar di dalam fluida, akan memiliki tekanan yang sama”. Berikut ini contohnya.

Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P_A = tekanan di penampang A (N/m²);

P_B = tekanan di penampang B (N/m²);

𝜌_A = massa jenis fluida A (N/m³);

𝜌_B = massa jenis fluida B (N/m³);

h_A = tinggi fluida A (N/m³); dan

h_B = massa jenis fluida B (N/m³);

Hukum Pascal

Hukum Pascal dicetuskan oleh seorang ilmuwan asal Prancis, yaitu Blaise Pascal. Dalam hukumnya, Pascal menyatakan bahwa “tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar”. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P₁ = tekanan di penampang 1 (N/m²);

P₂ = tekanan di penampang 2 (N/m²);

F₁ = gaya tekan di penampang 1 (N/m²);

F₂ = gaya tekan di penampang 2 (N/m²);

A₁ = luas penampang pipa 1 (N/m²); dan

A₂ = luas penampang pipa 2 (N/m²);

Hukum Archimedes

Hukum Archimedes adalah “ benda yang dicelupkan seluruhnya atau sebagian ke dalam fluida yang dipindahkan”. Gaya tekan inilah yang kemudian disebut sebagai gaya apung atau gaya Archimedes. Secara matematis, gaya apung dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

F_A = gaya apung atau gaya ke atas (N);

ρ_f = massa jenis fluida (kg/m³);

g = percepatan gravitasi (m/s²); dan

V_bf  = volume benda tercelup (m³).

Adanya gaya apung ini menyebabkan suatu benda terapung, melayang, dan tenggelam di dalam air.