Makalah Fisika Lingkungan Fluida Disusun
Makalah Fisika Lingkungan “Fluida”
Disusun Oleh:
1.
2.
3.
4.
5.
Agustina Wulansari
Anisa Dwi Chairani
Arya Mustofa A
Fenny Yasinta N
Intan Arisanti
Jurusan Kesehatan Lingkungan
Politeknik Kesehatan Kemenkes Jakarta II
Jl. Hang Jebat III Blok F3 No.8, RT.4/RW.8, Gunung, Kby. Baru, Kota Jakarta Selatan,
Daerah Khusus Ibukota Jakarta 12120
Telp. (021) 7397641 – Web : http://www.poltekkesjkt2.ac.id/
Tahun 2017
Fluida merupakan sebuah zat yang dapat mengalir. Fluida memiliki sifat untuk tidak
menolak terhadap perubahan bentuk atau kemampuan untuk mengalir. kata fluida sendiri
mencangkup zat cair, gas dan air karena kedua zat ini dapat mengalir. Fluida merupakan salah
satu aspek yang paling penting dalam keghidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menggunakan
fluida untuk keberlangsungan kehidupan mereka seperti air yang diminum dan udara yang
dihirup. Fluida dapat dibagi menjadi dua macam yaitu Fluida statis dan Fluida dinamis.
A. FLUIDA STATIS
Fluida statis merupakan fluida yang terletak dalam fase yang diam atau tidak bergerak atau pun
dalam keadaan bergerak namun tidak ada perbedaan kecepatan antara pertikel fluida tersebut
atau bisa juga diartikan dengan partikel – partikel fluida tersebut bergerak namun dengan
kecepatan seragam atau sama sehingga tidak memiliki gaya geser.
Contoh fenomen atau penampakan fluida statis dapat dibagi menjadi dua yaitu ststis sederhana
dan ststis tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana ialah air di dalam bak yang
tidak terkena gaya oleh gaya apa pun, seperti angin, panas atau lainnya yang mengakibatkan air
tersebut bergerak atau bergeser. Contoh fluida statis yang tidak sederhana ialah air sungai yang
memiliki kecepatan yang seraga atau sama pada setiap partikel di berbagai lapisan permukaan
bumi hingga sampai pada dasar sungai.
Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang
tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan. Gaya yang diberikan
pada bidang tekan disebut gaya tekan. Rumus Tekanan adalah sebagai berikut.
Keterangan:
ρ = tekanan, satuan pascal (pa)
F = gaya tekan, satuannya Newton (N)
A = luas bidang tekan , satuaanya m2
ρ=F
konversi satuan tekanan dituliskan sebagai berikut:
1 pa = 1 N/m2
1 bar = 1,0 x 105 Pa
1 atm = 101.321 Pa
1 atm = 760 mmHg
A
Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis adalah tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair tersebut.
Tekanan hidrostatik dirumuskan sebagai berikut.
Semakin tinggi permukaan zat cair dalam wadah, zat cair tersebut akan semakin berat sehingga
tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah semakin besar.
Tekanan Mutlak
Penunjukan tekanan dalam ruang tertutup oleh alat ukur tekanan disebut tekanan terukur atau
tekanan gauge. Alat ukur tekanan pada alat semprot dinamakan manometer tertutup. Udara di
bumi atau yang dinamakan atmosfer memiliki tekanan ke segala arah. Tekanan atmosfer dapat
diukur menggunakan barometer. Tumus Tekanan Mutlak adalah sebagai berikut.
Keterangan:
p
=
tekanan
pA
=
tekanan
pG
= tekanan terukur
mutlak
atmosfer
Tekanan hidrostatik merupakan tekanan terukur. Tekanan mutlak di dalam fluida merupakan
jumlah dari tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer. Persamaannya dituliskan sebagai
berikut.
HUKUM HIDROSTATIKA
Hidrostatika
Statika fuida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang
mempelajari fuida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian
mekanika fuidaa Statika fuida mencakup kajian kondisi fuida dalam
keadaan kesetimbangan yang stabila
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah aira Tekanan
hidrostatis disebabkan oleh fuida tak bergeraka Menurut hukum tekanan
hidrostatis “Tekanan hidrostatis yang terletak pada semua titik yang
terletak pada suatu bidang datar dalam suatu jenis zat cair yang
sama, besarnya sama”
Rumus tekanan hidrostatis :
Rumus Hukum Pokok Hidrostatis :
Pengukuran Tekanan dan Prinsip Alat ukur Tekanan
Manometer tabung terbuka
Alat yang paling sederhana untuk mengkur tekanan adalah manometer tabung terbuka, dimana
tabung berbentuk U sebagian diisi dengan zat cair, biasanya air raksa atau air.
Pengukur Aneroid ( Barometer Aneroid)
Jenis pengukur tekanan lain adalah pengukur aneroid dimana penunjuk dihubungkan dengan
ujung-ujung flexible dari ruang logam tipis yang vaktum. Pada pengukur elektronik, tekanan
dapat diberikan ke diafragma logam tipis yang perubahan bentuknya dideteksi secara elektris.
Pengukuran Tekanan Ban
Tekanan dari udara dalam ban akan menggerakkan pegas, dan pergeseran pegas dikalibrasi,
sehingga dapat terukur pada angka tertentu.
Barometer Air Raksa
Tekanan atmosfir sering diukur dengan manometer air raksa yang dimdifikasi dengan satu ujung
ditutup disebut barometer air raksa. Prinsip kerjanya tabung gelas diisi penuh dengan air raksaa
dan dibalik kedalam semangkuk air raksa.
Pompa Vakum
Perhitungan lain yang hampir sama diatas akan menunjukkan bahwa tekanan atmosfir dapat
menahan satu kolom air yang tingginya 10,3 m dalam tabung yang bagian atasnya hampa.
Aplikasi hukum tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari
Berenang
Pada saat berenang semakin dalam kita menyelam maka telinga akan terasa sakit. Hal ini karena
semakin dalam kita menyelam maka tekanan hidrostatis juga akan semakin besar.
Pembuatan Bendungan
Mengapa tukang bangunan membuat dinding bendungan bagian bawah lebih tebal dari bagian
atas ? Sesuai konsep tekanan hidrostatis bahwa semakin dalam maka tekanan akan semakin
besar. Dinding bendungan bagian bawah dibuat lebih tebal dari bagian atas agar bendungan tidak
jebol karena tekanan zat cair terbesar berada pada dasar permukaan zat cair.
Pemasangan Infus
Sebelum infuse dipasang biasanya dilakukan pengukuran tekanan darah pasien. Hal ini dilakukan
karena pemasangan infuse harus memperhatikan tekanan darah pasien. Dimana tekanan infuse
harus lebih tinggi dari tekanan darah pasien agar cairan infuse mengalir ke dalam tubuh pasien.
Jika tekanan darah pasien lebih besar dari tekanan cairan infuse maka yang terjadi darah pasien
akan mengalir melalui selang infuse menuju kantong infuse.
Hukum Pascal
Hukum Pascal dinyatakan oleh seorang filsuf sekaligus ilmuwan Prancis, Blaise Pascal (16231662) menyatakan bahwa:
“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida
tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”
Hukum Pascal ini menggambarkan bahwa setiap kenaikan tekanan pada permukaan fluida, harus
diteruskan ke segala arah fluida tersebut. Hukum pascal hanya dapat diterapkan pada fluida,
umumnya fluida cair.
Rumus Hukum Pascal
Rumus hukum Pascal dalam sistem tertutup dapat disimpulkan dengan:
Agar lebih simpel, formula diatas ditulis dengan
Seperti yang sudah kita tahu bahwa tekanan adalah gaya dibagi besar luasan penampangnya (P =
F/A), maka persamaan diatas dapat ditulis kembali sebagai berikut:
Atau
Besarnya keuntungan mekanis dari sistem fluida/hidrolik yang menggunakan hukum Pascal
dapat diketahui dari rasio gaya yang keluar dibagi gaya yang diberikan.
Karena luasan penampang berbanding lurus dengan gaya, maka keuntungan mekanis juga dapat
langsung diketahui dari rasio kedua luasan penampang.
Perhatikan gambar mekanisme hidrolik diatas. Karena cairan tidak dapat ditambahkan ataupun
keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong di sebelah kiri akan mendorong
piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas. Piston di sebelah kiri bergerak ke bawah
sejauh h1 dan piston sebelah kanan bergerak ke atas sejauh h2. Sesuai hukum Pascal, maka:
Sehingga,
Penerapan Hukum Pascal
Hukum Pascal banyak diterapkan untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contoh
yang paling sederhana adalah pengungkit hidrolik. Pada pengungkit hidrolik, sedikit gaya masuk
yang diberikan digunakan untuk menghasilkan gaya keluar yang lebih besar dengan cara
membuat luasan piston bagian luar lebih besar daripada luasan piston bagian dalam. Dengan cara
ini, keuntungan mekanis yang didapatkan akan berlipat ganda tergantung rasio perbedaan luasan
piston. Sebagai contoh, jika luasan piston luar 20 kali lebih besar daripada piston bagian dalam,
maka gaya yang keluar dikalikan dengan faktor 20; sehingga jika gaya yang diberikan setara
dengan 100 kg, maka dapat mengangkat mobil hingga seberat 2000 kg atau 2 ton.
Contoh lainnya adalah rem hidrolik pada mobil seperti yang dapat dilihat pada gambar dibawah.
Ketika pengemudi menginjak pedal rem, tekanan pada silinder utama akan meningkat. Kenaikan
tekanan ini akan diteruskan keseluruh bagian fluida di sepanjang sistem hidrolik sehingga
silinder rem akan mendorong kanvas rem terhadap cakramyang menempel pada roda mobil.
Akibat gesekan antara kanvas rem dengan cakram akan menyebabkan laju mobil berkurang.
Rem hidrolik seperti ini biasa disebut rem cakram dan digunakan pula di sepeda motor. Fluida
yang digunakan sebagai media penyalur tekanan adalah oli.
Dapat dikatakan bahwa semua sistem hidrolik menggunakan hukum Pascal. Sistem hidrolik
dipakai di seluruh kendaraan berat, mesin pengangkut, pabrik-pabrik, dan semua peralatan yang
membutuhkan gaya yang besar menggunakan sistem hidrolik karena keuntungan mekanisnya
yang cukup tinggi dan sistem kerjanya yang sederhana.
Contoh Soal Hukum Pascal
Contoh Soal 1
Sebuah pengungkit hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil. Udara bertekanan tinggi
digunakan untuk menekan piston kecil yang memiliki jari-jari 5 cm. Takanan yang diterima
diteruskan oleh cairan didalam sistem tertutup ke piston besar yang memiliki jari-jari 15 cm.
Berapa besar gaya yang harus diberikan udara bertekan tinggi untuk mengangkat mobil yang
memiliki berat sebesar 13.300 N? Berapa tekanan yang dihasilkan oleh udara bertekanan tinggi
tersebut?
Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus hukum Pascal
diperlukan:
dapat dicari nilai gaya yang
Sehingga didapat:
= 1.480 N[/latex]
Kemudian, banyaknya tekanan udara yang dibutuhkan sebesar:
Besarnya tekanan yang diperlukan, hampir dua kali besar tekanan atmosfer.
Contoh Soal 2
Sebuah pengungkit hidrolik memiliki piston masuk (utama) dengan diameter 1 cm dan silinder
luar dengan diameter 6 cm. Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh silinder luar ketika diberikan
gaya sebesar 10 N pada silinder masuk. Jika piston masuk bergerak sejauh 4 cm, seberapa jauh
piston luar bergerak?
Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus hukum Pascal
dihasilkan:
dapat dicari nilai gaya yang
Didapat besar gaya yang dihasilkan sebesar:
Lalu, didapat jarak gerakan piston luar sebesar:
Jadi dapat disimpulkan bahwa piston luar bergerak sejauh 1/36 dibandingkan piston masuk.
Prinsip Kerja Hukum Pascal
Hukum pascal ditemukan oleh Blaise Pascal, seorang ilmuwan Prancis yang hidup pada 16231662). Pada dasarnya Blaise pascal adalah seorang ahli filsawat dan teologi, namun hobinya
pada ilmu matematika dan fisika, terutama geometri proyektif, mengantarkan menjadi ilmuwan
dunia yang terkenal sepanjang masa berkat penemuannya dalam bidang fisika mekanika fluida
yang berhubungan dengan tekanan dan gaya yang dikenal dengan Hukum Pascal.
Hukum Pascal menyatakan bahwa Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup
diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Pemanfaatan Hukum Pascal yang sangat penting
dan berguna sekali adalah dalam hal “memanfaatkan gaya yang kecil menghasilkan gaya yang
besar contohnya adalah pompa hidrolik.
Keterangan:
p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²)
F: Gaya (N atau dn)
A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)
Satuan:
1 Pa = 1 N/m² = 10-5 bar = 0,99 x 10-5 atm = 0,752 x 10-2 mmHg atau torr = 0,145 x 103
lb/in² (psi)
1 torr= 1 mmHg
Penerapan Hukum Pascal:
1. Dongkrak hidrolik
Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah dengan memanfaatkan hukumPascal. Dongkrak hidrolik
terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya.
Masing-masing ditutup dan diisi air. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung
pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.
definisi dongkrak hidrolik adalah jenis pesawat dengan prinsip hukum pascal yang berguna
untuk memperingan kerja. Dongkrak ini merupakan system bejana berhubungan (2 tabung) yang
berbeda luas penampangnya. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung
pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.
2. Tensimeter atau Sfigmomanometer
Cairan yang tekanannya akan diukur harus memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding
cairan manometrik, oleh karena itu pada alat pengukur tekanan darah dipilih air raksa sebagai
cairan manometrik karena air raksa memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan
berat jenis darah.
Berikut skema pengukuran tekanan menggunakan manometer. Tekanan dalam fluida statis
adalah sama pada setiap tingkat horisontal (ketinggian) yang sama sehingga: Untuk lengan
tangan kiri manometer .Untuk lengan tangan kanan manometer. Karena disini kita mengukur
tekanan tolok (gauge pressure), kita dapat menghilangkan P Atmosfer .Sehingga dari persamaan
tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa tekanan pada A sama dengan tekanan cairan
manometrik pada ketinggian h2 dikurangi tekanan cairan yang diukur pada ketinggian h1.
Dalam kasus alat pengukur tekanan darah yang menggunakan air raksa, berarti tekanan darah
dapat diukur dengan menghitung berat jenis air raksa dikali gravitasi dan ketinggian air raksa
kemudian dikurangi berat jenis darah dikalikan gravitasi dan ketinggian darah.
3. Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan
energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi
tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa
hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam
sistem hidrolik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara
merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam
sistem hidrolik.
Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan aktuator. Pompa
hidrolik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement
pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi
hidrolik menjadi energi mekanik yaitu motor hidrolik dan aktuator. Motor hidrolik mentransfer
energi hidrolik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem
merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi,
pompa dan lain-lain
4. Rem Hidrolik
Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupaminyak rem. Pada ujungujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu pistonpedal dan piston cakram. Pipa dan piston
inilah yang memegang peranan pentingdimana konsep dan sterukturnya telah didesain
sedemikian rupa sehingga sesuaidengan hukum pascal, dengan tujuan menghasilkan daya
cengkram yang besardari penginjakan pedal rem yang tidak terlalu dalam.
Penyesuaian terhadap hukum pascal yang dimaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada
pedal rem lebih kecil daripada pipa yang terhubung dengen piston cakram. Saat pedal rem
diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga
minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal
akan diteruskan ke segalaarah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung
dengan piston cakram. Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan
mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan
tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segala arah di permukaan pipa
termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.
Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedal maka gaya yang tadinya
digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskan ke piston cakram yang terhubung dengan
kanvas rem dengan jauh lebih besar sehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar
pula. Cakram yang bersinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gaya gesek, dan gaya
gesek adalah gaya yang bernilai negative maka dari itu cakram yang ikut berputar bersama roda
semakin lama perputarannya akan semakin pelan, dan inilah yang disebut dengan proses
pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yang lebih lebar juga ikut membantu proses
pengereman. Hal itulah yang menyebabkan system kerja rem cakram hidrolik lebih efektif
daripada rem konvensional (rem tromol).
5. Alat Pres Hidrolik
Pers hidrolik tergantung pada prinsip Pascal : yang tekanan seluruh sistem tertutup adalah
konstan. Salah satu bagian dari sistem adalah piston bertindak sebagai pompa, dengan kekuatan
mekanik sederhana yang bekerja pada luas penampang kecil, bagian lain adalah piston dengan
luas yang lebih besar yang menghasilkan kekuatan mekanis Sejalan besar. Hanya berdiameter
kecil pipa (yang lebih mudah menolak tekanan) diperlukan jika pompa dipisahkan dari silinder
tekan.
Hukum Pascal: Tekanan pada fluida terbatas ditransmisikan berkurang dan bertindak dengan
kekuatan yang sama pada bidang yang sama dan pada 90 derajat ke dinding kontainer.
Sebuah cairan, seperti minyak , dipindahkan ketika piston baik didorong ke dalam. Piston kecil,
untuk jarak tertentu gerakan, memindahkan jumlah yang lebih kecil dari volume yang dari piston
besar, yang sebanding dengan rasio area kepala piston. Oleh karena itu, piston kecil harus
dipindahkan jarak besar untuk mendapatkan piston besar untuk bergerak secara signifikan. Jarak
piston besar akan bergerak adalah jarak yang piston kecil akan dipindahkan dibagi dengan rasio
bidang kepala piston. Ini adalah bagaimana energi, dalam bentuk kerja dalam hal ini, adalah
kekal dan Hukum Konservasi Energi puas. Pekerjaan kali kekuatan jarak, dan karena kekuatan
meningkat pada piston lebih besar, jarak kekuatan diterapkan atas harus berkurang.
Cairan bertekanan digunakan, jika tidak dihasilkan secara lokal oleh tangan atau pompa mekanis
bertenaga, dapat diperoleh dengan membuka katup yang terhubung ke akumulator hidrolik atau
pompa terus berjalan tekanan yang diatur oleh katup buang. Bila diinginkan untuk menghasilkan
kekuatan yang lebih dari tekanan yang tersedia akan memungkinkan, atau menggunakan lebih
kecil, lebih tinggi tekanan silinder untuk menghemat ukuran dan berat, sebuah intensifier
hidrolik dapat digunakan untuk meningkatkan tekanan yang bekerja pada silinder tekan.
Ketika tekanan pada silinder tekan dilepaskan (cairan kembali ke reservoir), gaya dibuat dalam
pers dikurangi menjadi nilai yang rendah (yang tergantung pada gesekan segel silinder itu. Piston
utama tidak menarik kembali ke aslinya posisi kecuali sebuah mekanisme tambahan digunakan.
Hukum Archimedes
Bunyi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup baik
keseluruhan maupun sebagian dalam fluida, maka benda tersebut akan menerima dorongan gaya
ke atas (atau gaya apung). Besarnya gaya apung yang diterima, nilainya sama dengan berat air
yang dipindahkan oleh benda tersebut (berat = massa benda x percepatan gravitasi) dan memiliki
arah gaya yang bertolak belakang (arah gaya berat kebawah, arah gaya apung ke atas).
Jika benda memiliki berat kurang dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan
mengapung (berat benda < gaya apung atau
). Jika benda memiliki berat lebih dari
berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan tenggelam (berat benda > gaya apung
atau
). Dan benda akan melayang, jika beratnya sama dengan berat air yang
dipindahkan (berat benda = gaya apung), yang berarti massa jenis benda sama dengan massa
jenis air (
).
Rumus Hukum Archimedes
Sesuai dengan bunyi hukum Archimedes di atas, maka besarnya gaya apung (B) dapat dihitung
dengan rumus hukum archimedes:
Dimana
adalah massa jenis air, adalah gravitasi bumi (10 m/s2),
volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.
Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut:
adalah
Dimana,
adalah berat air yang dipindahkan benda yang tercelup. Berarti,
semakin banyak volume yang tercelup atau semakin banyak air yang dipindahkan, maka benda
akan mendapat gaya apung yang semakin besar.
Untuk benda yang tercelup seluruhnya, hukum Archimedes dapat diformulasikan sebagai
berikut:
Dimana w merupakan berat (berat = massa x percepatan gravitasi). Perhatikan gambar dibawah,
pada saat ditimbang, benda memiliki massa sebesar 5 kg. Kemudian, benda tersebut dicelupkan
ke air seluruhnya sehingga memindahkan air sebanyak 2 kg. Maka, berat benda yang tercelup
akan berubah menjadi: 50 Newton – 20 Newton = 30 Newton. Jadi, pada saat benda tercelup di
air, massa benda akan menjadi lebih ringan akibat gaya apung yang diterima benda. Itulah
mengapa pada saat kita berenang, badan kita terasa lebih ringan didalam air dibanding di luar air.
Dari rumus hukum Archimedes di atas, diketahui hubungan massa jenis benda dengan massa
jenis air:
Atau, dapat pula dirumuskan menjadi:
Penerapan Hukum Archimedes
Hukum Archimedes dapat menjelaskan mengapa suatu benda yang tercelup di air dapat
melayang, mengapung, dan tenggelam. Penerapan hukum Archimedes ini diantaranya adalah
perancangan kapal laut, bangunan lepas pantai (offshore), hingga kapal selam. Selain gaya
apung, hukum Archimedes juga dipakai untuk menentukan massa jenis suatu benda padat, serta
diterapkan pada stabilitas hidrostatik kapal yang mengapung di permukaan air.
Hukum Archimedes diterapkan pada kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang dapat
mengubah-ubah massa jenisnya agar dapat menyelam, melayang dan mengapung di permukaan
air. Untuk mengubah massa jenisnya, kapal selam menambahkan massa atau mengurangi
massanya dengan cara memasukkan air atau mengeluarkan air. Agar dapat menyelam, kapal
selam memasukkan air sehingga massa kapal bertambah besar, begitu pula sebaliknya jika kapal
selam ingin kembali muncul ke permukaan. Prinsip kapal selam dapat dilihat pada gambar
dibawah ini.
FLUIDA DINAMIS
Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak.
1. FLUIDA IDEAL
Ciri-ciri umum fluida ideal adalah sebagai berikut:
•
Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady).
•
Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan
(incompressible).
•
Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental (non-viscous).
•
Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streamline) atau aliran turbulen
Definisi garis arus
Garis arus adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung
dan pangkal nya.
Garis arus disebut juga aliran berlapis (aliran laminar = laminar flow). Kecepatan partikel di
setiap fluida di tiap titik pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu. Ketika melebihi
suatu kelajuan tertentu, aliran fluida menjadi turbulen. Aliran turbulen ditandai oleh adanya
aliran berputar.
2. PERSAMAAN KONTINUITAS
•
Pengertian Debit
Debit adalah besaran yang menyatakan volum fluida yang mengalir melalui suatu
penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.
Dimana: Q= V
t
Keterangan:
A1 dan A2 = luas penampang pipa 1 dan 2
P1 dan P2 = massa jenis fluida 1 dan 2
V1 dan V2 = kecepatan partikel- partikel pada 1 dan 2
PERSAMAAN KONTINUITAS:
Pada fluida tak termampatkan, hasil kali antara kelajuan fluida dan luas penampang selalu
konstan.
Persamaan debit konstan:
Perbandingan Kecepatan Fluida dengan Luas dan Diameter Penampang
Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang
dilaluinya.
Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari penampang
atau diameter penampang.
Daya oleh Debit Fluida
Jika air ini dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dan efisiensi sistem generator adalah ,
maka:
P=
ASAS BERNOULLI
Pada pipa mendatar (horizontal), tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan
alirnya paling kecil, dan tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling
besar. Pernyataan ini dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli (1700-1782), sehingga
asas ini dikenal sebagai asas Bernoulli.
Penerapan asas bernoulli dalam kehidupan sehari-hari
1. Dua perahu bermotor berbenturan
Pada waktu kedua perahu melaju ke depan, air tersalurkan pada daerah yang sempit di antara
keduanya. Laju alir air relatif lebih besar pada daerah yang sempit ini dibandingkan dengan
daerah yang lebar di sisi bagian luar kedua perahu. Sesuai asas Bernoulli, laju alir yang
meningkat menyebabkan penurunan tekanan air di antara kedua perahu dibandingkan dengan
tekanan air disisi bagian luar perahu sehingga mendorong kedua perahu saling mendekati dan
akibatnya dapat berbenturan.
2. Aliran air yang keluar dari keran
Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan udara di B dan di C lebih besar daripada tekanan udara di
A, sehingga gaya F mendorong B dan C saling mendekati. Akibatnya, aliran air menyempit di
bagian B dan C.
HUKUM BERNOULLI
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volum (),
dan energi potensial per satuan volum memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang garis
arus.
Persamaan Bernoulli
Bagaimana sejumlah fluida dapat berpindah dari titik 1 ke titik 2 jika baik energi knetik maupun
energi potensial di 1 lebih kecil daripada energi kinetik maupun energi potensial di 2.
Dua Kasus Persamaan Bernoulli
1. Kasus untuk Fluida tak bergerak (fluida statis)
Untuk fluida tak bergerak, kecepatan v1-v2=0 , sehingga di dapat persamaan: P1-P2 = pg (h2h1)
ini adalah bentuk lain dari persamaan tekanan hidrostatis dalam cairan.
2. Kasus untuk fluida yang mengalir (fluida dinamis) dalam pipa mendatar
Dalam pipa mendatar (horizontal) tidak terdapat perbedaan ketinggian di antara bagian-bagian
fluida. Ini berarti, ketinggian h1=h2 dan persamaan nya menjadi:
Teorema Torricelli
Jadi, kelajuan fluida menyembur keluar dari lubang yang terletak pada jarak h di bawah permukaan atas
fluida dalam tangki sama seperti kelajuan yang akan diperoleh sebuah benda yang jatuh bebas dari
ketinggian h.
Persamaan teorema Torricelli:
Tabung Venturi
1. Karburator
Fungsi karburator adalah untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, kemudian
campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan pembakaran.
2. Venturimeter
Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di dalam suatu pipa
aliran untuk mengukur kelajuan cairan. Ada dua jenis venturimeter, yaitu venturimeter tanpa
manometer dan venturimeter yang menggunakan manometer yang berisi cairan lain.
Tabung Pitot
Tabung Pitot adalah alat ukur untuk mengukur kelajuan gas.
Beda ketinggian a dan b dapat diabaikan (ha=hb). Sehingga didapat persamaan:
Laju aliran gas dalam tabung pitot:
Penyemprot Parfum
Ketika menekan tombol kebawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui
lubang sempit diatas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan
parfum. Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan udara pada bagian atas
tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan memaksa cairan naik ke atas
tabung
Contoh Soal
1. Jika luas penampang pipa besaradalah 5 m2 luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan
kecepatan aliran air pada pipa besar adlah 15 m/s. Tentukan kecepatan air saat mengalir
pada pipa kecil !
2. Pada sebuah tangki air dengan lubang kebocoran, jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan
jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan kecepatan keluarnya air!
DAFTAR PUSTAKA
http://www.studiobelajar.com/hukum-archimedes/
http://www.studiobelajar.com/hukum-pascal/
https://putrarawit.wordpress.com/2014/11/26/prinsip-kerja-hukum-pascal/
http://www.pelajaran.co.id/2016/29/pengertian-penerapan-hukum-dasar-fluida-statis-dan-contohsoal.html
https://fluidadinamis.weebly.com/persamaan-kontinuitas.html
http://www.myrightspot.com/2016/12/persamaan-kontinuitas-dan-bernoulli-dalam-fluidadinamis.html
Disusun Oleh:
1.
2.
3.
4.
5.
Agustina Wulansari
Anisa Dwi Chairani
Arya Mustofa A
Fenny Yasinta N
Intan Arisanti
Jurusan Kesehatan Lingkungan
Politeknik Kesehatan Kemenkes Jakarta II
Jl. Hang Jebat III Blok F3 No.8, RT.4/RW.8, Gunung, Kby. Baru, Kota Jakarta Selatan,
Daerah Khusus Ibukota Jakarta 12120
Telp. (021) 7397641 – Web : http://www.poltekkesjkt2.ac.id/
Tahun 2017
Fluida merupakan sebuah zat yang dapat mengalir. Fluida memiliki sifat untuk tidak
menolak terhadap perubahan bentuk atau kemampuan untuk mengalir. kata fluida sendiri
mencangkup zat cair, gas dan air karena kedua zat ini dapat mengalir. Fluida merupakan salah
satu aspek yang paling penting dalam keghidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menggunakan
fluida untuk keberlangsungan kehidupan mereka seperti air yang diminum dan udara yang
dihirup. Fluida dapat dibagi menjadi dua macam yaitu Fluida statis dan Fluida dinamis.
A. FLUIDA STATIS
Fluida statis merupakan fluida yang terletak dalam fase yang diam atau tidak bergerak atau pun
dalam keadaan bergerak namun tidak ada perbedaan kecepatan antara pertikel fluida tersebut
atau bisa juga diartikan dengan partikel – partikel fluida tersebut bergerak namun dengan
kecepatan seragam atau sama sehingga tidak memiliki gaya geser.
Contoh fenomen atau penampakan fluida statis dapat dibagi menjadi dua yaitu ststis sederhana
dan ststis tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana ialah air di dalam bak yang
tidak terkena gaya oleh gaya apa pun, seperti angin, panas atau lainnya yang mengakibatkan air
tersebut bergerak atau bergeser. Contoh fluida statis yang tidak sederhana ialah air sungai yang
memiliki kecepatan yang seraga atau sama pada setiap partikel di berbagai lapisan permukaan
bumi hingga sampai pada dasar sungai.
Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang
tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan. Gaya yang diberikan
pada bidang tekan disebut gaya tekan. Rumus Tekanan adalah sebagai berikut.
Keterangan:
ρ = tekanan, satuan pascal (pa)
F = gaya tekan, satuannya Newton (N)
A = luas bidang tekan , satuaanya m2
ρ=F
konversi satuan tekanan dituliskan sebagai berikut:
1 pa = 1 N/m2
1 bar = 1,0 x 105 Pa
1 atm = 101.321 Pa
1 atm = 760 mmHg
A
Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis adalah tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair tersebut.
Tekanan hidrostatik dirumuskan sebagai berikut.
Semakin tinggi permukaan zat cair dalam wadah, zat cair tersebut akan semakin berat sehingga
tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah semakin besar.
Tekanan Mutlak
Penunjukan tekanan dalam ruang tertutup oleh alat ukur tekanan disebut tekanan terukur atau
tekanan gauge. Alat ukur tekanan pada alat semprot dinamakan manometer tertutup. Udara di
bumi atau yang dinamakan atmosfer memiliki tekanan ke segala arah. Tekanan atmosfer dapat
diukur menggunakan barometer. Tumus Tekanan Mutlak adalah sebagai berikut.
Keterangan:
p
=
tekanan
pA
=
tekanan
pG
= tekanan terukur
mutlak
atmosfer
Tekanan hidrostatik merupakan tekanan terukur. Tekanan mutlak di dalam fluida merupakan
jumlah dari tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer. Persamaannya dituliskan sebagai
berikut.
HUKUM HIDROSTATIKA
Hidrostatika
Statika fuida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang
mempelajari fuida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian
mekanika fuidaa Statika fuida mencakup kajian kondisi fuida dalam
keadaan kesetimbangan yang stabila
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah aira Tekanan
hidrostatis disebabkan oleh fuida tak bergeraka Menurut hukum tekanan
hidrostatis “Tekanan hidrostatis yang terletak pada semua titik yang
terletak pada suatu bidang datar dalam suatu jenis zat cair yang
sama, besarnya sama”
Rumus tekanan hidrostatis :
Rumus Hukum Pokok Hidrostatis :
Pengukuran Tekanan dan Prinsip Alat ukur Tekanan
Manometer tabung terbuka
Alat yang paling sederhana untuk mengkur tekanan adalah manometer tabung terbuka, dimana
tabung berbentuk U sebagian diisi dengan zat cair, biasanya air raksa atau air.
Pengukur Aneroid ( Barometer Aneroid)
Jenis pengukur tekanan lain adalah pengukur aneroid dimana penunjuk dihubungkan dengan
ujung-ujung flexible dari ruang logam tipis yang vaktum. Pada pengukur elektronik, tekanan
dapat diberikan ke diafragma logam tipis yang perubahan bentuknya dideteksi secara elektris.
Pengukuran Tekanan Ban
Tekanan dari udara dalam ban akan menggerakkan pegas, dan pergeseran pegas dikalibrasi,
sehingga dapat terukur pada angka tertentu.
Barometer Air Raksa
Tekanan atmosfir sering diukur dengan manometer air raksa yang dimdifikasi dengan satu ujung
ditutup disebut barometer air raksa. Prinsip kerjanya tabung gelas diisi penuh dengan air raksaa
dan dibalik kedalam semangkuk air raksa.
Pompa Vakum
Perhitungan lain yang hampir sama diatas akan menunjukkan bahwa tekanan atmosfir dapat
menahan satu kolom air yang tingginya 10,3 m dalam tabung yang bagian atasnya hampa.
Aplikasi hukum tekanan hidrostatis dalam kehidupan sehari-hari
Berenang
Pada saat berenang semakin dalam kita menyelam maka telinga akan terasa sakit. Hal ini karena
semakin dalam kita menyelam maka tekanan hidrostatis juga akan semakin besar.
Pembuatan Bendungan
Mengapa tukang bangunan membuat dinding bendungan bagian bawah lebih tebal dari bagian
atas ? Sesuai konsep tekanan hidrostatis bahwa semakin dalam maka tekanan akan semakin
besar. Dinding bendungan bagian bawah dibuat lebih tebal dari bagian atas agar bendungan tidak
jebol karena tekanan zat cair terbesar berada pada dasar permukaan zat cair.
Pemasangan Infus
Sebelum infuse dipasang biasanya dilakukan pengukuran tekanan darah pasien. Hal ini dilakukan
karena pemasangan infuse harus memperhatikan tekanan darah pasien. Dimana tekanan infuse
harus lebih tinggi dari tekanan darah pasien agar cairan infuse mengalir ke dalam tubuh pasien.
Jika tekanan darah pasien lebih besar dari tekanan cairan infuse maka yang terjadi darah pasien
akan mengalir melalui selang infuse menuju kantong infuse.
Hukum Pascal
Hukum Pascal dinyatakan oleh seorang filsuf sekaligus ilmuwan Prancis, Blaise Pascal (16231662) menyatakan bahwa:
“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida
tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”
Hukum Pascal ini menggambarkan bahwa setiap kenaikan tekanan pada permukaan fluida, harus
diteruskan ke segala arah fluida tersebut. Hukum pascal hanya dapat diterapkan pada fluida,
umumnya fluida cair.
Rumus Hukum Pascal
Rumus hukum Pascal dalam sistem tertutup dapat disimpulkan dengan:
Agar lebih simpel, formula diatas ditulis dengan
Seperti yang sudah kita tahu bahwa tekanan adalah gaya dibagi besar luasan penampangnya (P =
F/A), maka persamaan diatas dapat ditulis kembali sebagai berikut:
Atau
Besarnya keuntungan mekanis dari sistem fluida/hidrolik yang menggunakan hukum Pascal
dapat diketahui dari rasio gaya yang keluar dibagi gaya yang diberikan.
Karena luasan penampang berbanding lurus dengan gaya, maka keuntungan mekanis juga dapat
langsung diketahui dari rasio kedua luasan penampang.
Perhatikan gambar mekanisme hidrolik diatas. Karena cairan tidak dapat ditambahkan ataupun
keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong di sebelah kiri akan mendorong
piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas. Piston di sebelah kiri bergerak ke bawah
sejauh h1 dan piston sebelah kanan bergerak ke atas sejauh h2. Sesuai hukum Pascal, maka:
Sehingga,
Penerapan Hukum Pascal
Hukum Pascal banyak diterapkan untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contoh
yang paling sederhana adalah pengungkit hidrolik. Pada pengungkit hidrolik, sedikit gaya masuk
yang diberikan digunakan untuk menghasilkan gaya keluar yang lebih besar dengan cara
membuat luasan piston bagian luar lebih besar daripada luasan piston bagian dalam. Dengan cara
ini, keuntungan mekanis yang didapatkan akan berlipat ganda tergantung rasio perbedaan luasan
piston. Sebagai contoh, jika luasan piston luar 20 kali lebih besar daripada piston bagian dalam,
maka gaya yang keluar dikalikan dengan faktor 20; sehingga jika gaya yang diberikan setara
dengan 100 kg, maka dapat mengangkat mobil hingga seberat 2000 kg atau 2 ton.
Contoh lainnya adalah rem hidrolik pada mobil seperti yang dapat dilihat pada gambar dibawah.
Ketika pengemudi menginjak pedal rem, tekanan pada silinder utama akan meningkat. Kenaikan
tekanan ini akan diteruskan keseluruh bagian fluida di sepanjang sistem hidrolik sehingga
silinder rem akan mendorong kanvas rem terhadap cakramyang menempel pada roda mobil.
Akibat gesekan antara kanvas rem dengan cakram akan menyebabkan laju mobil berkurang.
Rem hidrolik seperti ini biasa disebut rem cakram dan digunakan pula di sepeda motor. Fluida
yang digunakan sebagai media penyalur tekanan adalah oli.
Dapat dikatakan bahwa semua sistem hidrolik menggunakan hukum Pascal. Sistem hidrolik
dipakai di seluruh kendaraan berat, mesin pengangkut, pabrik-pabrik, dan semua peralatan yang
membutuhkan gaya yang besar menggunakan sistem hidrolik karena keuntungan mekanisnya
yang cukup tinggi dan sistem kerjanya yang sederhana.
Contoh Soal Hukum Pascal
Contoh Soal 1
Sebuah pengungkit hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil. Udara bertekanan tinggi
digunakan untuk menekan piston kecil yang memiliki jari-jari 5 cm. Takanan yang diterima
diteruskan oleh cairan didalam sistem tertutup ke piston besar yang memiliki jari-jari 15 cm.
Berapa besar gaya yang harus diberikan udara bertekan tinggi untuk mengangkat mobil yang
memiliki berat sebesar 13.300 N? Berapa tekanan yang dihasilkan oleh udara bertekanan tinggi
tersebut?
Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus hukum Pascal
diperlukan:
dapat dicari nilai gaya yang
Sehingga didapat:
= 1.480 N[/latex]
Kemudian, banyaknya tekanan udara yang dibutuhkan sebesar:
Besarnya tekanan yang diperlukan, hampir dua kali besar tekanan atmosfer.
Contoh Soal 2
Sebuah pengungkit hidrolik memiliki piston masuk (utama) dengan diameter 1 cm dan silinder
luar dengan diameter 6 cm. Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh silinder luar ketika diberikan
gaya sebesar 10 N pada silinder masuk. Jika piston masuk bergerak sejauh 4 cm, seberapa jauh
piston luar bergerak?
Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus hukum Pascal
dihasilkan:
dapat dicari nilai gaya yang
Didapat besar gaya yang dihasilkan sebesar:
Lalu, didapat jarak gerakan piston luar sebesar:
Jadi dapat disimpulkan bahwa piston luar bergerak sejauh 1/36 dibandingkan piston masuk.
Prinsip Kerja Hukum Pascal
Hukum pascal ditemukan oleh Blaise Pascal, seorang ilmuwan Prancis yang hidup pada 16231662). Pada dasarnya Blaise pascal adalah seorang ahli filsawat dan teologi, namun hobinya
pada ilmu matematika dan fisika, terutama geometri proyektif, mengantarkan menjadi ilmuwan
dunia yang terkenal sepanjang masa berkat penemuannya dalam bidang fisika mekanika fluida
yang berhubungan dengan tekanan dan gaya yang dikenal dengan Hukum Pascal.
Hukum Pascal menyatakan bahwa Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup
diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Pemanfaatan Hukum Pascal yang sangat penting
dan berguna sekali adalah dalam hal “memanfaatkan gaya yang kecil menghasilkan gaya yang
besar contohnya adalah pompa hidrolik.
Keterangan:
p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²)
F: Gaya (N atau dn)
A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)
Satuan:
1 Pa = 1 N/m² = 10-5 bar = 0,99 x 10-5 atm = 0,752 x 10-2 mmHg atau torr = 0,145 x 103
lb/in² (psi)
1 torr= 1 mmHg
Penerapan Hukum Pascal:
1. Dongkrak hidrolik
Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah dengan memanfaatkan hukumPascal. Dongkrak hidrolik
terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya.
Masing-masing ditutup dan diisi air. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung
pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.
definisi dongkrak hidrolik adalah jenis pesawat dengan prinsip hukum pascal yang berguna
untuk memperingan kerja. Dongkrak ini merupakan system bejana berhubungan (2 tabung) yang
berbeda luas penampangnya. Dengan menaik turunkan piston, maka tekanan pada tabung
pertama akan dipindahkan ke tabung kedua sehingga dapat mengangkat beban yang berat.
2. Tensimeter atau Sfigmomanometer
Cairan yang tekanannya akan diukur harus memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding
cairan manometrik, oleh karena itu pada alat pengukur tekanan darah dipilih air raksa sebagai
cairan manometrik karena air raksa memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan
berat jenis darah.
Berikut skema pengukuran tekanan menggunakan manometer. Tekanan dalam fluida statis
adalah sama pada setiap tingkat horisontal (ketinggian) yang sama sehingga: Untuk lengan
tangan kiri manometer .Untuk lengan tangan kanan manometer. Karena disini kita mengukur
tekanan tolok (gauge pressure), kita dapat menghilangkan P Atmosfer .Sehingga dari persamaan
tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa tekanan pada A sama dengan tekanan cairan
manometrik pada ketinggian h2 dikurangi tekanan cairan yang diukur pada ketinggian h1.
Dalam kasus alat pengukur tekanan darah yang menggunakan air raksa, berarti tekanan darah
dapat diukur dengan menghitung berat jenis air raksa dikali gravitasi dan ketinggian air raksa
kemudian dikurangi berat jenis darah dikalikan gravitasi dan ketinggian darah.
3. Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan
energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi
tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa
hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam
sistem hidrolik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara
merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam
sistem hidrolik.
Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan aktuator. Pompa
hidrolik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement
pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi
hidrolik menjadi energi mekanik yaitu motor hidrolik dan aktuator. Motor hidrolik mentransfer
energi hidrolik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem
merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi,
pompa dan lain-lain
4. Rem Hidrolik
Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupaminyak rem. Pada ujungujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu pistonpedal dan piston cakram. Pipa dan piston
inilah yang memegang peranan pentingdimana konsep dan sterukturnya telah didesain
sedemikian rupa sehingga sesuaidengan hukum pascal, dengan tujuan menghasilkan daya
cengkram yang besardari penginjakan pedal rem yang tidak terlalu dalam.
Penyesuaian terhadap hukum pascal yang dimaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada
pedal rem lebih kecil daripada pipa yang terhubung dengen piston cakram. Saat pedal rem
diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga
minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal
akan diteruskan ke segalaarah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung
dengan piston cakram. Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan
mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan
tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segala arah di permukaan pipa
termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.
Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedal maka gaya yang tadinya
digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskan ke piston cakram yang terhubung dengan
kanvas rem dengan jauh lebih besar sehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar
pula. Cakram yang bersinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gaya gesek, dan gaya
gesek adalah gaya yang bernilai negative maka dari itu cakram yang ikut berputar bersama roda
semakin lama perputarannya akan semakin pelan, dan inilah yang disebut dengan proses
pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yang lebih lebar juga ikut membantu proses
pengereman. Hal itulah yang menyebabkan system kerja rem cakram hidrolik lebih efektif
daripada rem konvensional (rem tromol).
5. Alat Pres Hidrolik
Pers hidrolik tergantung pada prinsip Pascal : yang tekanan seluruh sistem tertutup adalah
konstan. Salah satu bagian dari sistem adalah piston bertindak sebagai pompa, dengan kekuatan
mekanik sederhana yang bekerja pada luas penampang kecil, bagian lain adalah piston dengan
luas yang lebih besar yang menghasilkan kekuatan mekanis Sejalan besar. Hanya berdiameter
kecil pipa (yang lebih mudah menolak tekanan) diperlukan jika pompa dipisahkan dari silinder
tekan.
Hukum Pascal: Tekanan pada fluida terbatas ditransmisikan berkurang dan bertindak dengan
kekuatan yang sama pada bidang yang sama dan pada 90 derajat ke dinding kontainer.
Sebuah cairan, seperti minyak , dipindahkan ketika piston baik didorong ke dalam. Piston kecil,
untuk jarak tertentu gerakan, memindahkan jumlah yang lebih kecil dari volume yang dari piston
besar, yang sebanding dengan rasio area kepala piston. Oleh karena itu, piston kecil harus
dipindahkan jarak besar untuk mendapatkan piston besar untuk bergerak secara signifikan. Jarak
piston besar akan bergerak adalah jarak yang piston kecil akan dipindahkan dibagi dengan rasio
bidang kepala piston. Ini adalah bagaimana energi, dalam bentuk kerja dalam hal ini, adalah
kekal dan Hukum Konservasi Energi puas. Pekerjaan kali kekuatan jarak, dan karena kekuatan
meningkat pada piston lebih besar, jarak kekuatan diterapkan atas harus berkurang.
Cairan bertekanan digunakan, jika tidak dihasilkan secara lokal oleh tangan atau pompa mekanis
bertenaga, dapat diperoleh dengan membuka katup yang terhubung ke akumulator hidrolik atau
pompa terus berjalan tekanan yang diatur oleh katup buang. Bila diinginkan untuk menghasilkan
kekuatan yang lebih dari tekanan yang tersedia akan memungkinkan, atau menggunakan lebih
kecil, lebih tinggi tekanan silinder untuk menghemat ukuran dan berat, sebuah intensifier
hidrolik dapat digunakan untuk meningkatkan tekanan yang bekerja pada silinder tekan.
Ketika tekanan pada silinder tekan dilepaskan (cairan kembali ke reservoir), gaya dibuat dalam
pers dikurangi menjadi nilai yang rendah (yang tergantung pada gesekan segel silinder itu. Piston
utama tidak menarik kembali ke aslinya posisi kecuali sebuah mekanisme tambahan digunakan.
Hukum Archimedes
Bunyi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup baik
keseluruhan maupun sebagian dalam fluida, maka benda tersebut akan menerima dorongan gaya
ke atas (atau gaya apung). Besarnya gaya apung yang diterima, nilainya sama dengan berat air
yang dipindahkan oleh benda tersebut (berat = massa benda x percepatan gravitasi) dan memiliki
arah gaya yang bertolak belakang (arah gaya berat kebawah, arah gaya apung ke atas).
Jika benda memiliki berat kurang dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan
mengapung (berat benda < gaya apung atau
). Jika benda memiliki berat lebih dari
berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan tenggelam (berat benda > gaya apung
atau
). Dan benda akan melayang, jika beratnya sama dengan berat air yang
dipindahkan (berat benda = gaya apung), yang berarti massa jenis benda sama dengan massa
jenis air (
).
Rumus Hukum Archimedes
Sesuai dengan bunyi hukum Archimedes di atas, maka besarnya gaya apung (B) dapat dihitung
dengan rumus hukum archimedes:
Dimana
adalah massa jenis air, adalah gravitasi bumi (10 m/s2),
volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.
Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut:
adalah
Dimana,
adalah berat air yang dipindahkan benda yang tercelup. Berarti,
semakin banyak volume yang tercelup atau semakin banyak air yang dipindahkan, maka benda
akan mendapat gaya apung yang semakin besar.
Untuk benda yang tercelup seluruhnya, hukum Archimedes dapat diformulasikan sebagai
berikut:
Dimana w merupakan berat (berat = massa x percepatan gravitasi). Perhatikan gambar dibawah,
pada saat ditimbang, benda memiliki massa sebesar 5 kg. Kemudian, benda tersebut dicelupkan
ke air seluruhnya sehingga memindahkan air sebanyak 2 kg. Maka, berat benda yang tercelup
akan berubah menjadi: 50 Newton – 20 Newton = 30 Newton. Jadi, pada saat benda tercelup di
air, massa benda akan menjadi lebih ringan akibat gaya apung yang diterima benda. Itulah
mengapa pada saat kita berenang, badan kita terasa lebih ringan didalam air dibanding di luar air.
Dari rumus hukum Archimedes di atas, diketahui hubungan massa jenis benda dengan massa
jenis air:
Atau, dapat pula dirumuskan menjadi:
Penerapan Hukum Archimedes
Hukum Archimedes dapat menjelaskan mengapa suatu benda yang tercelup di air dapat
melayang, mengapung, dan tenggelam. Penerapan hukum Archimedes ini diantaranya adalah
perancangan kapal laut, bangunan lepas pantai (offshore), hingga kapal selam. Selain gaya
apung, hukum Archimedes juga dipakai untuk menentukan massa jenis suatu benda padat, serta
diterapkan pada stabilitas hidrostatik kapal yang mengapung di permukaan air.
Hukum Archimedes diterapkan pada kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang dapat
mengubah-ubah massa jenisnya agar dapat menyelam, melayang dan mengapung di permukaan
air. Untuk mengubah massa jenisnya, kapal selam menambahkan massa atau mengurangi
massanya dengan cara memasukkan air atau mengeluarkan air. Agar dapat menyelam, kapal
selam memasukkan air sehingga massa kapal bertambah besar, begitu pula sebaliknya jika kapal
selam ingin kembali muncul ke permukaan. Prinsip kapal selam dapat dilihat pada gambar
dibawah ini.
FLUIDA DINAMIS
Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak.
1. FLUIDA IDEAL
Ciri-ciri umum fluida ideal adalah sebagai berikut:
•
Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady).
•
Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan
(incompressible).
•
Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental (non-viscous).
•
Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streamline) atau aliran turbulen
Definisi garis arus
Garis arus adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung
dan pangkal nya.
Garis arus disebut juga aliran berlapis (aliran laminar = laminar flow). Kecepatan partikel di
setiap fluida di tiap titik pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu. Ketika melebihi
suatu kelajuan tertentu, aliran fluida menjadi turbulen. Aliran turbulen ditandai oleh adanya
aliran berputar.
2. PERSAMAAN KONTINUITAS
•
Pengertian Debit
Debit adalah besaran yang menyatakan volum fluida yang mengalir melalui suatu
penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.
Dimana: Q= V
t
Keterangan:
A1 dan A2 = luas penampang pipa 1 dan 2
P1 dan P2 = massa jenis fluida 1 dan 2
V1 dan V2 = kecepatan partikel- partikel pada 1 dan 2
PERSAMAAN KONTINUITAS:
Pada fluida tak termampatkan, hasil kali antara kelajuan fluida dan luas penampang selalu
konstan.
Persamaan debit konstan:
Perbandingan Kecepatan Fluida dengan Luas dan Diameter Penampang
Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang
dilaluinya.
Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari penampang
atau diameter penampang.
Daya oleh Debit Fluida
Jika air ini dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dan efisiensi sistem generator adalah ,
maka:
P=
ASAS BERNOULLI
Pada pipa mendatar (horizontal), tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan
alirnya paling kecil, dan tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling
besar. Pernyataan ini dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli (1700-1782), sehingga
asas ini dikenal sebagai asas Bernoulli.
Penerapan asas bernoulli dalam kehidupan sehari-hari
1. Dua perahu bermotor berbenturan
Pada waktu kedua perahu melaju ke depan, air tersalurkan pada daerah yang sempit di antara
keduanya. Laju alir air relatif lebih besar pada daerah yang sempit ini dibandingkan dengan
daerah yang lebar di sisi bagian luar kedua perahu. Sesuai asas Bernoulli, laju alir yang
meningkat menyebabkan penurunan tekanan air di antara kedua perahu dibandingkan dengan
tekanan air disisi bagian luar perahu sehingga mendorong kedua perahu saling mendekati dan
akibatnya dapat berbenturan.
2. Aliran air yang keluar dari keran
Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan udara di B dan di C lebih besar daripada tekanan udara di
A, sehingga gaya F mendorong B dan C saling mendekati. Akibatnya, aliran air menyempit di
bagian B dan C.
HUKUM BERNOULLI
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volum (),
dan energi potensial per satuan volum memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang garis
arus.
Persamaan Bernoulli
Bagaimana sejumlah fluida dapat berpindah dari titik 1 ke titik 2 jika baik energi knetik maupun
energi potensial di 1 lebih kecil daripada energi kinetik maupun energi potensial di 2.
Dua Kasus Persamaan Bernoulli
1. Kasus untuk Fluida tak bergerak (fluida statis)
Untuk fluida tak bergerak, kecepatan v1-v2=0 , sehingga di dapat persamaan: P1-P2 = pg (h2h1)
ini adalah bentuk lain dari persamaan tekanan hidrostatis dalam cairan.
2. Kasus untuk fluida yang mengalir (fluida dinamis) dalam pipa mendatar
Dalam pipa mendatar (horizontal) tidak terdapat perbedaan ketinggian di antara bagian-bagian
fluida. Ini berarti, ketinggian h1=h2 dan persamaan nya menjadi:
Teorema Torricelli
Jadi, kelajuan fluida menyembur keluar dari lubang yang terletak pada jarak h di bawah permukaan atas
fluida dalam tangki sama seperti kelajuan yang akan diperoleh sebuah benda yang jatuh bebas dari
ketinggian h.
Persamaan teorema Torricelli:
Tabung Venturi
1. Karburator
Fungsi karburator adalah untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, kemudian
campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan pembakaran.
2. Venturimeter
Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di dalam suatu pipa
aliran untuk mengukur kelajuan cairan. Ada dua jenis venturimeter, yaitu venturimeter tanpa
manometer dan venturimeter yang menggunakan manometer yang berisi cairan lain.
Tabung Pitot
Tabung Pitot adalah alat ukur untuk mengukur kelajuan gas.
Beda ketinggian a dan b dapat diabaikan (ha=hb). Sehingga didapat persamaan:
Laju aliran gas dalam tabung pitot:
Penyemprot Parfum
Ketika menekan tombol kebawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui
lubang sempit diatas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan
parfum. Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan udara pada bagian atas
tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan memaksa cairan naik ke atas
tabung
Contoh Soal
1. Jika luas penampang pipa besaradalah 5 m2 luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan
kecepatan aliran air pada pipa besar adlah 15 m/s. Tentukan kecepatan air saat mengalir
pada pipa kecil !
2. Pada sebuah tangki air dengan lubang kebocoran, jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan
jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan kecepatan keluarnya air!
DAFTAR PUSTAKA
http://www.studiobelajar.com/hukum-archimedes/
http://www.studiobelajar.com/hukum-pascal/
https://putrarawit.wordpress.com/2014/11/26/prinsip-kerja-hukum-pascal/
http://www.pelajaran.co.id/2016/29/pengertian-penerapan-hukum-dasar-fluida-statis-dan-contohsoal.html
https://fluidadinamis.weebly.com/persamaan-kontinuitas.html
http://www.myrightspot.com/2016/12/persamaan-kontinuitas-dan-bernoulli-dalam-fluidadinamis.html