Konsep Fluida
Fluida adalah segala jenis zat yang dapat mengalir dalam wujud gas maupun cair. Fluida dibagi menjadi dua, yaitu fluida hidrostatis (tak bergerak) dan fluida hidrodinamis (bergerak). Pada pembahasan kali ini kita akan membahas fluida yang tidak bergerak (hidrostatis) atau fluida statis.
Tekanan
Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang itu.
$displaystyle P=frac{F}{A}$
Keterangan :
P = tekanan (Pascal atau $N/m^{2}$)
N = Gaya (N)
A = Luas permukaan ($m^{2}$)
Tekanan Hidrostatis
Makin tinggi zat cair dalam wadah, maka makin berat zat cair itu, sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Dengan kata lain pada posisi yang semakin dalam dari permukaan, maka tekanan hidrostatis yang dirasakan semakin besar.
Tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai $displaystyle P_{h} =rho _{f} gh$
Keterangan :
$P_{h}$ = Tekanan hidrostatis (Pa)
$rho_{f}$ = massa jenis fluida ($kg/m^{3}$)
g = percepatan gravitasi ($m/s^{2}$)
Hukum Hidrostatika
Hukum hidrostatika berbunyi “Semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama maka tekanan hidrostatiknya sama”
$displaystyle P_{hidrostatis} di titik A=P_{hidrostatis} di titik B$
Hukum Pascal dan Penerapannya
Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup diharuskan sama besar ke segala arah.
Secara matematis dapat dinyatakan :
$P_{1} =P_{2}\ frac{F_{1}}{A_{1}} =frac{F_{2}}{A_{2}}$
Penerapan Hukum Pascal dalam sehari-hari yaitu dalam pompa hidrolik.
Hukum Archimedes
Hukum Archimedes berbunyi, “Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya”.
Gaya apung ini merupakan selisih dari gaya berat benda di udara dengan gaya berat benda di dalam fluida.
$displaystyle F_{A} =W_{u} -W_{f}$
$F_{A}$ = Gaya keatas atau gaya apung (N)
$W_{u}$ = Gaya berat benda di udara (N)
$W_{f}$ = Gaya berat benda di fluida (N)
atau secara matematis dihasilkan :
$displaystyle F_{A} =rho _{f} centerdot V_{bf} centerdot g$
$F_{A}$ = Gaya apung atau gaya ke atas (N)
$rho _{f}$ = massa jenis fluida ($kg/m^{3}$)
$V_{bf}$ = Volume benda yang tercelup ($m^{3}$)
g = percepatan gravitasi
Untuk benda mengapung
Untuk benda melayang
Untuk benda Tenggelam
Kapilaritas dan Viskositas
Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan zait cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi suatu lapisan.
Tegangan permukaan dapat dirumuskan sebagai :
F = Gaya tegangan permukaan (N)
d = panjang permukaan (m)
L = panjang kawat (m)
$gamma$ = tegangan permukaan ($kg/s^{2}$)
Kapilaritas
Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair melalui perantara, seperti kain, dinding, pipa kapiler, dan lain sebagainya.
Gaya tarik-menarik antar partikel sejenis disebut dengan gaya kohesi.
Gaya tarik-menarik antar partikel berbeda jenis disebut gaya adhesi.
Sudut Kontak
Jika arah permukaan zat cair dalam wadah diperpanjang dengan garis lurus maka akan kita
dapatkan sudut antara perpanjangan permukaan zat cair dangan arah vertikal wadah, sudut ini disebut dengan sudut kontak.
Kenaikan / penurunan fluida dalam pipa kapiler dirumuskan :
Viskositas
Viskositas merupakan tingkat kekentalan suatu fluida. Jika sebuah bola dijatuhkan ke dalam fluida, maka akan mengalami gaya gesek antara permukaan benda dengan fluida. Gaya gesek ini besarnya sebanding dengan koefisien viskositas fluida.
Menurut Stokes, besar gaya tersebut adalah :
F = Gaya gesek (N)
r = jari-jari (m)
v = kecepatan bola (m/s)
Koefisien viskositas didefinisikan sebagai hambatan pada aliran cairan.
Koefisien viskositas dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Poiseuille :
