Pengertian dan definisi tekanan Hidrostatik. 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. Sedangkan tekanan zat cair yang bergerak akan dipelajari lebih lanjut dalam Mekanika Fluida
Tekanan pada zat cair secara umum dibedakan menjadi dua jenis tekanan, yakni tekanan zat cair yang tidak bergerak (tekanan hidrostatis) dan tekanan zat cair yang bergerak (mengalir). Secara konseptual tekanan hidrostatis adalah tekanan yang berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal.
g= Percepatan gravitasi ( m/det2) h= Kedalaman/ketinggian (m)
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
Tekanan Hidrostatika
Fluida dapat kita anggap terdiri dari beberapa lapis. Lapisan di atas akan membebani lapisan di bawahnya. Tekanan pada lapisan teratas hanya berasal dari tekanan udara luar Po , lapisan yang di bawahnya mendapat tekanan dari udara luar dan dari berat lapisan di atasnya. Lapisan-lapisan fluida-fluida tadi diam di dalam fluida dan mendapat tekanan dari fluida yang lain baik di atas maupun di bawahnya. Karena silinder fluida diam maka resultan gaya yang dialami adalah nol. Mari kita lihat pada permukaan di bawah silinder. Gaya totalnya harus nol. Tekanan dari atas berasal dari Po yaitu tekanan di atas silinder sehingga gaya dari atas adalah:
Tekanan Hidrostatika
Tekanan yang disebabkan oleh gaya berat sebesar F = mg, sedangkan tekanan dari bawah berasal dari fluida yang berada di bawah silider sehingga gaya dari bawah silinder fluida adalah F = PA. Karena luas penampang atas sama dengan luas penampang bawah yaitu A kita dapat menuliskan persamaan gaya pada permukaan bawah silinder adalah:
Tekanan Hidrostatika
Bila fluida memiliki kerapatan r maka massa fluida dalam silinder adalah m=rh =rAh. Sehingga persamaan (7) dapat kita tuliskan sebagai:
bila kedua ruas persamaan (8) kita bagi dengan A maka akan kita dapatkan tekanan di dasar silinder fluida adalah:
Tekanan Hidrostatika
Tekanan di dasar silinder harus lebih besar dari tekanan di atas silinder untuk menopang berat silinder. Hal ini tampak pada persamaan (9). Tekanan pada kedalaman h lebih besar dari tekanan di bagian atas dengan selisih sebesar rgh dan ini berlaku untuk fluida dalam bejana apapun, tidak bergantung pada bentuk bejana. Pada setiap titik di kedalaman yang sama memiliki tekanan yang sama. Pernyataan ini disebut sebagai Hukum Pokok Hidrostatika.
Tekanan Hidrostatika
Paradoks hidrolik
Amatilah bentuk bejana pada Gambar (7.3). Gambar tersebut menunjukkan bejana dengan bagian-bagian air yang bentuknya berbeda-beda. Menurut kalian mana yang tekanannya paling besar? Sekilas tampaknya di bejana yang paling besar dibagian yang sempit. Tetapi jika kalian memerhatikan persamaan (9), bukankah yang mempengaruhi tekanan adalah ketinggian bukan bentuk bejana? Keadaan yang tampaknya berlawan ini disebut sebagai paradoks hidrostatik.
Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subyek tersebut. Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan yang stabil. Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika, dan ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai dinamika fluida.
Tekanan statik di dalam fluida
Karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah dimampatkan, fluida dapat menghasilkan tekanannormal pada semua permukaan yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Karakteristik ini membuat fluida dapat mentransmisikan gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung, yaitu, jika sebuah gaya diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya tersebut akan ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung pipa yang besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka fluida akan bergerak dalam arah yang sesuai dengan arah gaya resultan.
Konsepnya pertama kali diformulasikan, dalam bentuk yang agak luas, oleh matematikawan dan filsufPerancis, Blaise Pascal pada 1647 yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum ini mempunyai banyak aplikasi penting dalam hidrolika. Galileo Galilei, juga adalah bapak besar dalam hidrostatika.
Tekanan hidrostatik
Sevolume kecil fluida pada kedalaman tertentu dalam sebuah bejana akan memberikan tekanan ke atas untuk mengimbangi berat fluida yang ada di atasnya. Untuk suatu volume yang sangat kecil, tegangan adalah sama di segala arah, dan berat fluida yang ada di atas volume sangat kecil tersebut ekuivalen dengan tekanan yang dirumuskan sebagai berikut
P
=
ρgh
P adalah tekanan hidrostatik (dalam pascal);
ρ adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik);
g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat);
h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter).
Apungan
Sebuah benda padat yang terbenam dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Hal ini disebabkan oleh tekanan hidrostatik fluida.
Sebagai contoh, sebuah kapal kontainer dapat mengapung sebab gaya beratnya diimbangi oleh gaya apung dari air yang dipindahkan. Makin banyak kargo yang dimuat, posisi kapal makin rendah di dalam air, sehingga makin banyak air yang "dipindahkan", dan semakin besar pula gaya apung yang bekerja.
Prinsip apungan ini ditemukan oleh Archimedes.
A. Pengertian Tekanan
Besar tekanan di definisikan sebagai gaya tiap satuan luas. Apabila gaya sebesar F bekerja secara tegak lurus dan merata pada permukaan bidang seluas A, tekanan ada permukaan itu dapat di rumuskan sebagai berikut:
Keterangan :
P = tekanan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas (m2)
Satuan tekanan dalam SI adalah N/m2 atau disebut juga Pascal (Pa). untuk tekanan udara kadang-kadang digunakan satuan atmosfer (atm), cm raksa (cmHg), mmHg (atau torr dari Torricelli) atau milibar (mb).Aturan konversinya adalah sebagai berikut :
1 mb = 10-3 bar
1 bar = 105 Pa
1 mmHg = 1 torr = 1,316 x 10-3 atm = 133,3 Pa
B. Tekanan Hidrostatik Pada zat padat, tekanan yang di hasilkan hanya ke arah bawah (jika pada zat padat tidak diberikan gaya luar lain, pada zat padat hanya bekerja gaya gravitasi) sedangkan pada fluida, tekanan yang di hasilkan menyebar ke segala arah.Tekanan di dalam zat cair disebabkan oleh adanya gaya gravitasi yang bekerja pada tiap bagian zat cair, besar tekanan itu bergantung pada kedalaman, makin dalam letak suatu bagian zat cair, semakin besar tekanan pada bagian itu. Tekanan di dalam fluida tak bergerak yang diakibatkan oleh adanya gaya gravitasi disebut tekanan hidrostatika.Teori tentang tekanan hidrostatika juga dapat dijelaskan dengan mengamati bejana atau gelas yang berisi air sebagai contohnya. Perhatikanlah gambar berikut ini:
Jadi, besarnya tekanan hidrostatik secara umum di rumuskan dengan
jika tekanan armosfer di permukaan zat cair itu adalah P0 maka tekanan mutlak pada tempat atau titik yang berada pada kedalaman h adalah
Gaya hidrostatik pada alas bejana ditentukan dengan rumus sebagai berikut
Sedangkan untuk satu jenis zat cair besar tekanan di dalamnya tergantung pada
kedalamannya. Setiap titik yang berada pada kedalaman sama akan mengalami tekanan hidrostatik yang sama pula.
“Tekanan hidrostatik pada sembarang titik yang terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat cair yang diam, besarnya sama.”
Pernyataan di atas dikenal sebagai hukum utama hidrostatika. Perhatikan gambar berikut:
Berdasarkan hukum utama hidrostatika dapat dirumuskan :
PD = PE
Hukum utama hidrostatika dapat diterapkan untuk menentukan masa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U. Perhatikanlah gambar berikut!
Hukum utama hidrostatik berbunyi:
“Tekanan hidrostatik pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam wadah suatu jenis zat cair sejenis dalam keadaan seimbang adalah sama”.
Hukum utama hidrostatika juga berlaku pada pipa U (bejana berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur. Percobaan pipa U ini biasanya digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair. Berdasarkan tekanan hidrostatik maka kita dapat menentukan besar gaya hidrostatik yang bekerja pada dasar bejana tersebut. Contoh penerapan hukum utama hidrostatik misalnya pada penggunaan water pass.
Hukum utama hidrostatik tidak berlaku bila: a. fluida tidak setimbang,
