Fluida Statis, Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal, Archimedes, Rumus Serta Contoh Soal

Pada kesempatan akli ini saya bakal membahas secara rinci tentang Fluida Statis. Berikut ialah daftar isi materi yang bakal saya bahas pada kesempapatan kali ini.

Fluida Statis-Hukum Pascal

Daftar Isi Artikel
Pendahuluan : Apa Itu Fluida Statis

A. Tekanan serta Tekanan Hidrostatis

• Contoh Soal Tekanan
• Hubungan Tekanan Hidrostatis serta Kedalaman
• Tekanan Total atau Tekanan Mutlak
• Contoh Soal Tekanan Hidrostatis

B. Prinsip serta Rumus Hukum Pascal

• Contoh Soal Hukum Pascal
• Penerapan Hukum Pascal

C. Prinsip serta Rukus Hukum Archimedes

• Rumus Hukum Archimedes
• Prinsip Hukum Archimedes Untuk benda Mengapung, Melayang serta Tenggelam
• Penerapan Hukum Archimedes
• Contoh Soal Hukum Archimedes

Rangkuman Materi Fluida Statis Lengkap dengan Contoh Soal

Apa Itu Fluida Statis

Fluida ialah suatu zat yang dapat mengalir. Zat cair serta gas (seperti air serta udara) adalah fluida karna zat ini dapat mengalir. Sedangkan zat padat seperti besi serta batu enggak termaksud ke dalam fluida. Karena zat tersebut keras, kaku serta enggak dapat mengalir. Suatu fluida dapat memberikan tekanan, hal ini dapat Kalian buktikan dengan cara mengisi air ke dalam sebuah botol minuman atau tabung plastik. Setelah terisi penuh oleh air kemudian Kalian beri lubang pada sisi botol atau tabung tersebut, maka bakal tampak air yang keluar dari lubang tersebut. Air tersebut dapat keluar karna air memberikan tekanan pada lubang tersebut.

Contoh lainnya yang dapat membuktikan fluida dapat memberikan tekanan ialah saat Kalian membuka katup penutup ban sepeda Anda, maka yang Kalian rasakan ialah udara yang berada di dalam ban bakal terdorong keluar lewat lubang tersebut. Udara ialah salah satu jenis fluida, maka dapat dibuktikan kalau suatu fluida dapat memberikan tekanan. Tekanan apa saja yang bakal diberikan oleh fluida serta hukum apa saja yang dapat berlaku, pada kesempatan kali ini saya bakal membahasnya.

A. Tekanan Hidrostatis

Perhatikanlah mengapa makin dalam kita menyelam maka kita merasa tubuh kita makin ditekan oleh air? Karena makin dalam anda menyelam, maka tekanan dalam fluida bakal makin besar, tekanan itu disebut sebagai “Tekanan Hidrostatis”. Tekanan Hidrostatis ialah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang menekan suatu benda dalam zat cair terhadap suatu luasan bidang tekan pada kedalaman tertentu. Benda yang tenggelam pada suatu zat cair maka bakal mendapatkan gaya tekan yang diberikan oleh fluida serta gaya ini selalu tegak lurus terhadap permukaan benda. Secara matematis tekanan didefinisikan sebagai berikut:

P = F/A

Keterangan :

P ialah Tekanan (N/m^2  atau Pa)

F ialah Gaya Tekan (N)

A ialah luas permukaan benda (m^2)

Berdasarkan persamaan di atas, tekanan berbanding lurus dengan gaya artinya makin besar gaya yang diberikan pada sebuah benda maka tekanan yang di rasakan oleh benda tersebut bakal makin besar sebaliknya jika gaya yang diberikan kecil maka tekanannya pun bakal kecil. Kemudian tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang/permukaan benda, artinya makin kecil luas penampang maka tekanan bakal makin besar serta makin besar luas penampang maka tekanan yang diberikan bakal kecil.

Contohnya, sebuah pisau mempunyai bagian tumpul serta tajam. Bagian pisau yang tajam bakal memberikan tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan bagian tumpul. Persoalan ini dikarenakan bagian tajam mempunyai luas penampang yang kecil serta tipis sedangkan bagian tumpul mempunyai luas penampang yang besar serta tebal. Ha ini dapat dibuktikan. Kalian bakal gampang sekali mengiris menggunakan bagian tajam dari pada bagian tumpul.

Dalam satuan Internasional besaran gaya dinyatakan dalam satuan Newton (N) serta luas dalam satuan m^2 sehingga satuan tekanan ialah N/m^2 yang diketahui dengan nama Pascal atau disingkat Pa.

1 Pa = 1 N/m^2

Contoh Soal Tekanan

Dani yang bermassa 60 Kg mempunyai luas kedua kakinya ialah 500 cm^2. Hitunglah besar tekan yang diberikan Dani pada lantai saat ia berdiri dengan dua kaki serta saat ia berdiri dengan satu kaki? Gunakan g = 10 m/s^2.

Solusi:

Diketahui:

m = 60 Kg

A (dua kaki) = 500 cm^2 = 0,05 m^2

g = 10 m/s^2

Ditanya :

#Besar tekanan jika Dani Berdiri dengan 2 kaki

Gunakan Rumus Tekanan

P = F/A

Dimana F = m.g = 60 (10) = 600 N, Maka diperoleh

P = 600/0,05 = 12 .10^3 Pa = 12 kPa

#Besar tekanan jika Dani berdiri dengan satu kaki

Luas permukaan dua kaki ialah 500 cm^2, maka luas permukaan satu kaki ialah setengahnya yaitu 250 cm^2 atau 0,025 m^2. Maka diperoleh tekanan adalah

P = F/A

P = 600/0,025 = 24 . 10^3 Pa = 24 kPa

Dari contoh ini dapat disimpulakan semaki kecil luas penampang, maka makin besar tekanan yang diberikan.

Hubungan Tekanan Hidrostatis serta Kedalaman

Perhatikan gambar berikut ini ialah ilustrasi sebuah benda yang dicelupkan pada suatu fluida dalam sebuah bejana berbentuk tabung.

Ketarangan:

Ph ialah tekanan Hidrostatis (N/m2 atau Pa)

F ialah gaya tekan fluida (N)

A ialah luas permukaan benda (m^2)

m ialah massa fluida (kg)

g ialah percepatan gravitasi (m/s^2)

ρ ialah massa jenis fluida (Kg/m^3)

V ialah Volume fluida (Kg/m^3)

h ialah kedalaman yang diukur dari permukaan fluida (m)

Perhatikan, rumus di atas tekan hidrostatis cuma bergantung pada massa jenis fluida, percepatan gravitasi serta kedalaman serta enggak bergantung pada bentuk tabung. Jadi tekanan hidrostatis pada setiap titik dengan ke dalam yang sama (dalam satu garis horizontal) mempunyai nilai tekanan yang sama besar.

Tekanan Total atau Tekanan Mutlak

Jika kita memperhitungkan tekanan udara luar pada permukaan zat cair, maka besar tekanan total yang dirasakan di oleh suatu benda di dalam suatu zat cair ialah penjumlahan antara besar tekanan udara luar serta tekanan hidrostatis pada kedalamam tertentu

Keterangan
P(total) ialah tekanan total atau tekanan mutlak (N/m^2)
Po ialah tekanan udara luar di atas permukaan zat cair (N/m^2)
ρf ialah massa jenis zat cair (Kg/m^3)
g ialah percepatan gravitasi (m/s^2)

h ialah kedalaman yang diukur dari permukaan zat cair (m)

Kumpulan Contoh Soal Tekanan Hidrostatsi

Contoh 1 : Soal Tekanan Hidrostatis

Di dalam tabung gelas terdapat minyak setinggi 20 cm. Dengan mengabaikan tekanan udara, tekanan yang terjadi pada dasar tabung ialah 1600 N/m^2. kalau g = 10 m/s^2 maka massa jenis minyak tersebut adalah?

Pembahasan:

Diketahui:

h = 20 cm = 0,2 m

P = 1600 N/m^2

g = 10 m/s^2

Ditanya : Massa jenis minyak ialah ?

Jawab :

Gunakan Rumus Tekanan Hidrostatis

Jadi, massa jenis minyak ialah 800 Kg/m^3 atau 0,8 g/cm^3

Contoh 2 : Soal Tekanan Hidrostatis

Raksa pada bejana berhubungan mempunyai selisih permukaan 2 cm (Massa jenis raksa = 13,6 g/cm^3).

Kaki sebelah kiri berisi zat cair setinggi 25 cm. Tentukanlah massa jenis zat cair tersebut?

Pembahasan :

Diketahui:

h1 = 2 cm (tinggi air raksa)

h2 = 25 cm (Tinggi zat cair)

ρ(raksa) = 13,6 g/cm^3

Kita enggak perlu mengubah satuan h1 serta h2 ke dalam meter, karna satuan panjang h1 serta h2 dengan satuan panjang yang digunakan pada massa jenis telah sama, yaitu cm.

Ditanya : Tentukanlah massa jenis zat cair tersebut?

Jawab :

Ingat : tekanan hidrostatis pada setiap titik dengan ke dalam yang sama (dalam satu garis horizontal) mempunyai nilai tekanan yang sama besar. Jadi tekanan pada titik P1 (Raksa) sama dengan tekanan pada titik P2 (Zat cair X), maka diperoleh

Jadi, besar massa jenis zat cair tersebut ialah 1,8 g/cm^3.

Contoh 3 : Soal Tekanan Hidrostatis

Sebuah tabung berbentuk U di isi dengan minyak serta air, seperti pada gambar di bawah ini. Diketahui minyak serta air enggak menyatu (karena perbedaan massa jenis). kalau massa jenis minyak ialah 0,8 g/m^3 serta massa jenis air ialah 1 g/m^3. Tentukanlah tinggi minyak jika diketahui tinggi air ialah 15 cm?

Solusi:

Diketahui:

ha = 15 cm (Tinggi air)

ρ(air) = 1 g/cm^3

ρ(minyak) = 0,8 g/cm^3

Ditanya : ketinggian minyak (hm) = ... ?

Ingat : tekanan hidrostatis pada setiap titik dengan ke dalam yang sama (dalam satu garis horizontal) mempunyai nilai tekanan yang sama besar. Jadi tekanan pada titik A sama dengan tekanan pada titik B, maka diperoleh

Jadi, tinggi minyak ialah 18,75 cm

Baca Juga : Contoh Soal Tekanan Hidrostatis serta Pembahasan Lengkap

B. Prinsip serta Rumus Hukum Pascal

Hukum Paskal menjelaskan kalau tekanan yang diberikan pada suatu fluida bakal di teruskan ke segala arah dengan besar yang sama.

Contohnya ialah pada sebuah dongkrak hidrolik seperti pada gambar di atas yang berbentuk seperti pipa U dengan ukuran luas permukaan berbeda A1 serta A2. Pada A2 diletakkan sebuah benda bermassa M. Ketika sebuah tekanan P1 pada pipa kecil oleh sebuah gaya tekan F1 yang diberikan pada luas permukaan A1 (dalam ruang tertutup). Maka tekanan P1 bakal menyebar ke segalah arah dengan sama besar. Sehingga tekanan P1 bakal sama dengan tekanan P2. Dimana tekanan pada P2 disebabkan oleh sebuah gaya angkat F2 pada luas permukaan A2. Secara matematis di tuliskan

Keterangan :

P1 ialah tekanan pada pipa 1

P2 ialah tekanan pada pipa 2

F1 ialah gaya yang berikan pada pipa 1

F2 ialah gaya yang dihasilkan pada pipa 2

A1 ialah Luas Penampang 1

A2 ialah Luas penampang 2

Coba perhatikan kembali gambar di atas. Karena sistem dongkrak hidrolik pada sistem terisolasi (tertutup) maka enggak ada cairan lain yang dapat keluar atau masuk ke dalam pipa tersebut. Maka volume cairan pada pipa A1 bakal mengakan benda bermassa M pada pipa A2. Karena piston pada sebelah kiri bergerak sejauh ∆x1 serta piston sebelah kanan bergerak sejauh ∆x2, maka dengan Hukum Pascal diperoleh

Jika dongkrak hidrolik atau pipa U berbentuk tabung maka luas permukaan tabung berbentuk lingkaran adalah

Kumpulan Contoh Soal Hukum Pascal

Contoh 1 : Soal Hukum Pascal

Sebuah alat pengangkat mobil (dongkrak hidrolik) terdiri dari dua tabung berukuran kecil serta besar. Pada tabung besar yang berdiameter 36 cm diletakkan sebuah mobil bermassa 2,5 ton. kalau diketahui diameter tabung kecil ialah 6 cm serta percepatan gravitasi di tempat tersebut ialah 10 m/s^2. Tentukanlah gaya minimal yang diberikan agar mobil tersebut dapat terangkat ke atas?

Pembahasan:

Diketahui:

M2 = 2,5 ton = 2500 Kg

d1 = 6 cm

d2 = 36 cm

g = 10 m/s^2

Ditanya : Tentukanlah gaya minimal (F1) yang diberikan agar mobil tersebut dapat terangkat ke atas ?

Gunaan Rumus Hukum Pascal

Karena d1 serta d2 ialah perbandingan maka kita enggak perlu mengubah satuan diameter (cm) ke satuan SI (satuan meter), maka diperoleh

Jadi, besar gaya minimal (F1) yang diberikan agar mobil tersebut dapat terangkat ke atas ialah 694,44 N

Contoh 2 : Soal Hukum Pascal

Sebuah dongkrak hidrolik mempunyai jari-jari kecil 1 cm serta jari-jari besar ialah 6 cm. kalau gaya tekan sebesar 100 N diberikan kepada pipa kecil. Maka tentukan berapa besar gaya angkat yang di hasilkan pada pipa besar?

Pembahasan:

Diketahui:

F1 = 100 N

g = 10 m/s^2

r1 = 1 cm

r2 = 6 cm

Karena r1 serta r2 ialah perbandingan maka kita enggak perlu mengubah satuan jari-jari (cm) ke satuan SI (satuan meter)

Ditanya : Tentukan berapa besar gaya angkat yang di hasilkan pada pipa besar?

Gunaan Rumus Hukum Pascal

Jadi, besar gaya angkat yang di hasilkan pada pipa besar 3600 N

PENERAPAN HUKUM PASCAL

Hukum Pascal dapat digunakan buat membantu memudahkan pekerjaan manusia terutama dalam bidang industri. Salah satu contoh pemanfaatan hukum Pascal yang paling sederhana ialah dongkrak Hidrolik. Coba bayangkan berapa besar gaya yang kita gunakan buat mengangkat benda bermassa 1000 Kg. Ingat gaya berat W = mg. Maka besar gaya minimal buat mengangkat benda ini ialah 10.000 N. Tentunya itu ialah gaya yang cukup besar. Namun dengan prinsip Hukum Pascal pada dongkrak Hidrolik kita dapat mengangkat benda tersebut walaupun dengan gaya yang kecil. 

Misalkan kita membuat dongkrak hidrolik dengan luas permukaan yang besar A2 ialah 20 kali lebih besar dari pada luas permukaan yang kecil A1, maka gaya minimal (F1) yang kita butuh kan buat mengangkat benda bermassa 1000 Kg adalah 

Dapat dilihat kalau jika kita enggak menggunakan Hukum Pascal maka gaya minimal yang diperlukan buat mengangkat benda bermassa 1000 kg ialah 10.000 N sedangkan jika kita menggunakan Hukum Pascal maka gaya yang diperlukan ialah 500 N.

C. Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes : Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida bakal diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan.

Prinsip Hukum Archimedes

Pada gambar di atas ada dua perlakukan yang dilakukan saat mengukur berat benda. Saat di ukur di udara maka berat benda ialah W(udara) = Mg. Pada perlakuan kedua berat benda diukur di dalam air, maka berat benda di dalam air bakal lebih kecil dibandingkan dengan berat benda di udara. Persoalan ini karna saat di dalam air benda mendapatkan gaya angkat fluida atau gaya apung. Maka diperoleh berat benda di dalam air adalah

Rumus Hukum Archimedes

Sebelumnya telah kita bahas mengenai tekanan Hidrostatis, dimana tekanan ini cuma berpengaruh pada kedalaman (h) dari suatu fluida. Kedalaman di ukur dari permukaan fluida. Semakin dalam suatu benda pada fluida maka makin besar pula tekanan fluida yang dirasakan oleh benda tersebut. Pada gambar di bawah ini terlihat kalau tekanan fluida pada bagian atas benda lebih besar dari pada tekanan di bawah benda karna h2 > h1. Maka besarnya gaya angkat (Perhatikan gambar di atas) adalah

Ketarangan:

B ialah gaya apung atau gaya angkat (N)

Vt ialah volume benda yang tercelup (m^3)

ρf ialah massa jenis fluida (Kg/m^3)

g ialah percepatan gravitasi (m/s^2)

Dengan M ialah massa fluida yang dipindahkan. Ingat : Besarnya gaya apung (B) sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Gaya berat ialah perkalian massa serta percepatan gravitasi.

Prinsip Hukum Archimedes Untuk benda Mengapung, Melayang serta Tenggelam

Keadaan Mengapung

Suatu benda bakal terapung pada suatu fluida saat gaya berat benda lebih kecil dibandingkan dengan gaya angkat (gaya apung) fluida. Ingat Bunyi Hukum Archimedes. Suatu benda yang tercelup seluruh atau sebagian bakal mendapatkan gaya apung (B) atau gaya angkat yang sama dengan besarnya berat fluida yang dipindahkan. Ketika benda melayang artinya cuma sebagian kecil Volume benda yang tercelup, sehingga volume fluida yang dipindahkan bakal kecil pula.

Keterangan :

Indeks t ialah buat benda yang tercelup

Indeks b ialah buat menjelaskan benda

Indeks f ialah buat menjelaskan fluida

Keadaan Melayang

Suatu benda kan melayang di dalam fluida saat berat benda tersebut sama dengan gaya apung (B) fluida. Ketika suatu benda melayang, maka volume benda bakal tercelup seluruhnya di dalam fluida. Artinya Volume benda sama dengan volume fluida yang dipindahkan.

Keadaan Tenggelam

Suatu benda dikatakan tenggelam ketika, gaya berat benda lebih besar dari gaya apung

Penerapan Hukum Archimedes

a. Kran Otomatis Pengendali Air

Keran otomatis adalah salah satu contoh penerapan Hukum Archimedes dalam memudahkan pekerjaan manusia. Cara kerjanya ialah dengan menggunakan sebuah pelampung yang dibiarkan mengapung di atas air serta berfungsi sebagai indikator saat air dalam keadaan kosong atau penuh. Kerang ini dapat bergerak naik serta turun secara otomatis. Ketika air dalam sebuah bak kosong, maka otomatis pelampung bakal membuka kran sehingga air bakal mengalir mengisi bak tersebut. kemudian saat air penuh maka otomatis gaya angkat air bakal membuat pelampung bergerak naik ke atas serta menutup kembali kran air saat telah mencapai ketinggian maksimum. 

b. Kapal Selam

Kapal selam adalah salah satu teknologi yang menggunakan prinsip Archimedes. Kapal selam di desain sedemikian rupa sehingga mampu mengatur massa jenis kapal di dalam air. Kapal selam dapat mengapung, melayang serta menyelam dengan cara menambah atau mengurangi air laut di dalam ruangan cadangan yang sehingga massa jenis kapal bisa di atur lebih besar, lebih kecil atau sama dengan massa jenis air laut. Persoalan inilah yang menyebabkan yang menyebabkan kapal selam dapat mengapung, melayang serta menyelam di dalam air. Kapal selam juga dilengkapi dengan sistem indikator tekanan hidrostatis air laut. Persoalan ini bertujuan agar kita tahu batas ke dalaman yang mampu di tempuh oleh kapal selam agar kapal selam enggak meledak akibat tekanan hidrostatis yang melebihi batas daya tahan kapal.

c. Jembatan Ponton

Salah satu Hukum Archimedes yang paling sederhana tetapi memberikan manfaat yang besar ialah prinsip mengapung. Jembatan Ponton ialah jembatan yang terbuat dari kumpulan derum-drum kosong yang disusun berjejer sehingga membentuk sebuah jembatan. Agar drum dapat terapung maka drum-drum tersebut haruslah dalam kondisi kosong serta tertutup rapat, agar enggak ada air yang dapat masuk ke dalam drum tersebut. Jembatan ini sangat fleksibel, artinya saat air pasang maka jembatan ini bakal ikut naik serta saat air surut maka jembatan bakal turun mengikuti tinggi permukaan air.

d. Kapal Laut

Kenapa kapal laut dibuat berongga? Tentunya agar enggak tenggelam. Pertanyaan selanjutnya kenapa bisa enggak tenggelam ? Pertanyaan ini dapat dijawab menggunakan Hukum Archimedes. Rongga tersebut bertujuan agar volume fluida atau air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar. Sehingga gaya apung atau gaya angkat kapal oleh air laut menjadi lebih besar dibandingkan dengan gaya berat kapal. Berdasarkan hukum Archimedes besarnya gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Semakin banyak fluida yang dipindahkan maka makin besar pula gaya apung.

e. Balon Udara

Balon udara dapat melayang karna balon tersebut diisi oleh gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara, seperti gas hidrogen serta helium. Massa jenis gas Hidrogen serta Helium lebih ringan dibandingkan dengan massa jenis udara. Suhu gas dalam balon udara dapat diatur. Ketika suhu gas dalam balon udara di perbesar maka gas-gas yang ada dalam balon tersebut bakal memuai (volume membesar massa tetap. Ingat : massa jenis = massa dibagi volume) yang menyebabkan massa jenis gas bakal makin kecil sehingga balon udara bakal makin naik. Setalah mencapai ketinggian yang diinginkan maka suhu gas dapat di kurangi. Kemudian saat mau turun, maka suhu gas di turunkan hal ini bakal menyebabkan gas menyusut (volume mengecil serta massa tetap) sehingga massa jenis gas meningkat.

Kumpulan Contoh Soal Archimedes

Contoh 1 : Soal Hukum Archimedes

Sebuah benda mempunyai massa jenis 0,8 g/cm^3 serta mempunyai volume sebesar 20 cm^3. kalau benda tersebut dimasukkan ke dalam air maka, hitunglah berapa volume benda tersebut yang tercelup di dalam air.

Pembahasan:

Diketahui

ρ(benda) = 0,8 g/cm^3

Ingat : ρ(air) = 1 g/cm^3

Vb = 20 cm^3.

Ditanya : Tentukanlah volume benda yang tercelup?

Jawab :

Jadi, volume benda yang tercelup ialah 16 cm^3. Artinya yang volume benda yang muncul di permukaan ialah 4 cm^3.

Contoh 2 : Soal Hukum Archimedes

Sebuah balok mempunyai massa jenis 0,6 g/cm^3. kalau diketahui benda ini terapung di dalam sebuah minyak yang mempunyai massa jenis 0,8 g/cm serta tinggi balok yang terapung ialah 4 cm, maka hitunglah tinggi balok tersebut?

Pembahasan:

Diketahui :

ρ(balok) = 0,6 g/cm^3

ρ(minyak) = 0,8 g/cm^3

hs = 4 cm (Tinggi benda yang Terapung).

Ditanya : Hitunglah tinggi balok tersebut?

Jawab :

Di sini saya mendefinisikan hs ialah tinggi benda yang terapung (bagian benda yang enggak tercelup) serta ht ialah tinggi benda yang tercelup serta hb ialah tinggi benda total. Maka diperoleh

Jadi, tinggi benda total ialah 16 cm serta bagian yang tercelup ialah 12 cm.

Baca Juga : Contoh Soal Hukum Archimedes, Konsep serta Pembahasan

Itulah artikel tentang Fluida Statis, Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal, Archimedes, Rumus serta Contoh Soal. Semoga artikel ini bermanfaat buat Anda. kalau anda menyukai artikel ini, berikan kritik serta saran Kalian agar artikel ini menjadi lebih baik.

Jangan lupa klik like serta share artikel ini agar saya bisa lebih semangat lagi membuat artikel bermanfaat buat anda semua. serta terimakasih telah berkunjung. Selamat Belajar

Bagikan Artikel ini