Bhan Ajar Fluida Statis

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS BAHAN AJAR FLUIDA STATIS

Satuan Pendidikan

Satuan Pendidikan : Sekolah Menengah Atas: Sekolah Menengah Atas Mata

Mata Pelajaran Pelajaran : : FisikaFisika Kelas

Kelas / / Semester Semester : : X X / / 2 2 (Dua)(Dua) Alokasi

Alokasi Waktu Waktu : : 3 3 x x 3 3 JP JP (3 (3 kali kali tatap tatap muka)muka)

Wujud zat secara umum dibedakan menjadi tiga, yaitu zat padat, cair, dan gas. Wujud zat secara umum dibedakan menjadi tiga, yaitu zat padat, cair, dan gas. Berdasarkan bentuk dan ukurannya, zat padat mempunyai bentuk dan volume tetap, zat cair Berdasarkan bentuk dan ukurannya, zat padat mempunyai bentuk dan volume tetap, zat cair memiliki

memiliki volume tetap, akan volume tetap, akan tetapi bentuknya berubah tetapi bentuknya berubah sesuai wadahnya, sedangkan gsesuai wadahnya, sedangkan gas tidakas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan  bentuk yang tetap sehingga

 bentuk yang tetap sehingga keduanya memiliki kemampuan untuk menkeduanya memiliki kemampuan untuk mengalir.galir.

Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir adalah zat yang mengalirkan seluruh Fluida merupakan istilah untuk zat alir. Zat alir adalah zat yang mengalirkan seluruh  bagian-bagiannya ke te

 bagian-bagiannya ke tempat lain mpat lain dalam waktu dalam waktu yang bersamaan. yang bersamaan. Zat alir Zat alir mencakup zat mencakup zat dalamdalam wujud cair dan gas. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat wujud cair dan gas. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat dimampatkan) jika diberi tekanan. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak pada dimampatkan) jika diberi tekanan. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair tidak dapat dimampatkan.

tidak dapat dimampatkan.

Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak) dan fluida ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak) dan fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang  bergerak.

 bergerak. Hidrodinamika Hidrodinamika yang yang khusus khusus membahas membahas mengenai mengenai aliran aliran gas gas dan dan udara udara disebutdisebut aerodinamika. Fluida statis adalah fluida yang tidak mengalami perpindahan aerodinamika. Fluida statis adalah fluida yang tidak mengalami perpindahan bagian- bagiannya.

 bagiannya.

A.

A. Massa JenisMassa Jenis

Massa jenis suatu benda didefenisikan sebagai massa zat dibagi dengan volume zat. Massa jenis suatu benda didefenisikan sebagai massa zat dibagi dengan volume zat. Dapat dirumuskan sebagai berikut.

Dapat dirumuskan sebagai berikut.

dimana dimana ρ

ρ : : massa massa jenis jenis (kg/m(kg/m33 atau g/cm atau g/cm33)) m

m : : massa massa (kg (kg atau atau g)g) v

v : : volume volume (m(m33 atau cm atau cm33))

Massa jenis berbagai zat berbeda-beda walaupun benda-benda tersebut jumlah atau Massa jenis berbagai zat berbeda-beda walaupun benda-benda tersebut jumlah atau volumenya sama. Massa jenis zat yang umum digunakan sebagai patokan adalah massa volumenya sama. Massa jenis zat yang umum digunakan sebagai patokan adalah massa  jenis air dan massa jenis raksa. Massa jenis air dalam wujud cair, yaitu 1000 kg/m3 atau  jenis air dan massa jenis raksa. Massa jenis air dalam wujud cair, yaitu 1000 kg/m3 atau 1 g/cm3, sedangkan raksa atau mercury memiliki massa jenis 13.600 kg/m3 atau 13,6 1 g/cm3, sedangkan raksa atau mercury memiliki massa jenis 13.600 kg/m3 atau 13,6 g/cm3. Berikut adalah tabel beberapa jenis bahan beserta besar massa jenisnya.

g/cm3. Berikut adalah tabel beberapa jenis bahan beserta besar massa jenisnya.

Tabel 1. Massa Jenis Beberapa Zat Tabel 1. Massa Jenis Beberapa Zat

B.

B. Tekanan HidrostatisTekanan Hidrostatis

1.

1.

P

Pe

eng

nge

errti

tian

an T

Te

ekanan

kanan

Tekanan dalam fisika didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang Tekanan dalam fisika didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang  persatuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut  persatuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut  bidang t

 bidang tekan, ekan, sedangkan sedangkan gaya gaya yang diberikan yang diberikan pada pada bidang bidang tekanan tekanan disebut disebut gayagaya tekan. Secara matematis tekanan dirumuskan dengan persamaan berikut.

tekan. Secara matematis tekanan dirumuskan dengan persamaan berikut.

dimana:

P : tekanan (Pa)

F : gaya tekan (N)

A : luas bidang tekan (m2)

Satuan tekanan yang lain adalah pascal (Pa), atmosfer (atm), cm raksa (cmHg), dan milibar (mb). Penggunaan satuan untuk tekanan disesuaikan.

1 N/m2 = 1 Pa 1 atm = 76 cmHg

1 mb = 0,001 bar

1 bar = 105 Pa

 2.

Tekanan H idrostatis

Tekanan hidrostatis adalah tekanan di dalam fluida tak bergerak yang diakibatkan oleh adanya gaya gravitasi. Tekanan adalah suatu besaran skalar. Satuan internasional (SI) dari tekanan adalah pascal (Pa). Satuan ini dinamai sesuai dengan nama ilmuwan Prancis, Blaise Pascal. Satuan-satuan lain adalah bar ( 1  bar = 1,0 x 105 Pa), atmosfer (1 atm = 101,325 Pa) dan mmHg (760 mmHg = 1 atm). Tekanan pada fluida statis zat cair dikelompokkan menjadi dua, yaitu tekanan pada ruang tertutup dan ruang terbuka.

Penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari misalnya pada pisau dan  paku. Ujung paku dibuat runcing dan pisau dibuat tajam untuk mendapatkan

tekanan yang lebih besar, sehingga lebih mudah menancap pada benda lain.

Untuk memahami tekanan hidrostatis, anggap zat terdiri atas beberapa lapisan. Setiap lapisan memberi tekanan pada lapisan di bawahnya, sehingga lapisan  bawah akan mendapatkan tekanan paling besar. Karena lapisan atas hanya mendapat tekanan dari udara (atmosfer), maka tekanan pada permukaan zat cair sama dengan tekanan atmosfer.

P = F

_A⃗

⃗

= mg

_A⃗

Karena

 = 

 dan

=ℎ,

 maka :

 =  ..

 _{ =}

 . .ℎ .

 _





= ℎ

dimana

P = tekanan hidrostatik (N/m2) ρ = massa jenis zat cair (kg/m2) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman (m)

Untuk mengukur tekanan udara pada ketinggian tertentu kita tidak menggunakan rumus diatas. Hal ini disebabkan karena kerapatan udara tidak sama di semua tempat. Makin tinggi suatu tempat, makin kecil kerapatan udaranya. Untuk tekanan total yang dialami suatu zat cair pada ketinggian tertentu dapat dicari dengan menjumlahkan tekanan udara luar dengan tekanan hidrostastis.





= 



 + ℎ

dimana

P0 = tekanan udara luar (N/m2)

Bunyi hukum pokok hidrostatika adalah sebagai berikut.

“Semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama”

Contoh Soal

Dalam sebuah bejana diisi air

(

ρ

= 100kg m

⁄



).

 Ketinggian airnya adalah 85 cm. Jika g = 10 m/s2dan tekanan udara 1 atm, maka tentukan :

a. Tekanan hidrostatik di dasar bejana  b. Tekanan mutlak di dasar bejana

Penyelesaian

h = 85 cm = 0,85 m

ρ = 1000 kg/ m3 Pu = 1 atm = 105Pa

g = 10 m/s2

a. Tekanan hidrostatis di dasar bejana

Ph= ρ g h = 1000 . 10 . 0,85 = 8,5.103 Pa

 b. Tekanan mutlaknya di dasar bejana

Ptot = P0 + ρ g h = 105 + 8,5.103= 1,085.105 Pa

Jika massa jenis air 100 kg/m3 dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, tentukan tekanan hidrostatis yang dialami ikan?

Diketahui: h = 14 cm –  4 cm = 10 cm = 0,1 meter ρ = 100 kg/m3 g = 10 m/s2 Ditanya: P………..? Jawab : P = ρ . g . h P = 100 . 10 . 0,1 P = 100 N/m2 (Pa)

Ikan berenang pdaa kedalaman 15 m di bawah permukaan air laut . Tentukan tekanan hidrostatis ikan jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan ika massa jenis air laut adalah 1.000 kg/m3 !

Diketahui: h = 15 m g = 10 m/s2 ρ = 1000 k g/m3 Ditanyakan:  ph ….? Jawab: P= ρ. g . h P = 1000 . 10 . 15 P= 150000 N/m2

Seorang penyelam berada pada 1000 m di bawah permukaan air. Jika massa jenis ai r sebesar 1,03 x 103 kg/m3 dan percepatan gravitasi bumi dit empat itu 10 m/s2.

Tentukan tekanan hidrostatis penyelam jika tekanan udara di atas permukaan air 105 Pa ! Diketahui : h = 1000 m ρ = 1,03 x 103 kg/m3 P0 = 105 Pa Ditanya : P . . . ? Jawab : P = P0 + ρgh P = 105 Pa + (1,03 x 103 kg/m3) (10 m/s2) (100 m) P = 105 Pa + 10,3 x105 P = 11,3 x 105 Pa P = 1,13 x 106 Pa

Sebuah botol di isi air sampai dengan ketinggian 50 cm dari dasar botol. jika botol dilubangi 10cm dari dasar botol, tentukan tekanan hidrostatis pada lubang jika  percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan dan massa jenis air 4200 kg/m3 !

Diketahui :

h : 50 cm –  10 cm = 40 cm = 0.4 m ρ air = 4200 kg/m3

g = 10 m/s2 ditanya :

P . . . . ? Jawab : P = ρ × g × h

P = 4200 × 10 × 0.4 P = 16.800 Pa

Sebuah drum di isi bensin hingga penuh. Tentukan tekanan hidrostatis pada dasar drum  jika massa jenis bensin 7,35×103 kg/m3 dan tinggi drum 1 m.

Diketahui : Ρ bensin = 7,35×103 kg/m3 h = 1 m g = 10 m/s2 ditanya : P . . . . ? Jawab : P = ρ × g × h P = 7,35×103 x 10 x 1 P = 7,35 x 10 4 Pa

Perhatikan gambar di bawah ini!. Terdapat emat ekor ikan di dalam air . Ikan yang manakah yang menerima tekanan hidrostatis yang paling besar dan yang paling kecil?

Pembahasan :

Tekanan hidrostatis tergantung dari kedalaman suatu benda. Jika semakin dalam benda, maka tekanan hidrostatis yang diterima semakin besar. Demikian juga jika letak benda semakin dekat dengan permukaan air, maka tekanan hidrostatisnya semakin kecil. Pada soal ini, ikan yang paling dalam adalah ikan Z sehingga tekanan hidrostatis yang diterima ikan Z paling besar.

Ikan yang mengalami tekanan hidrostatis paling kecil adalah ikan W karena terle tak  paling dekat dengan permukaan air.

Perhatikan gambar berikut!. Jika kedalaman airnya 100 cm dan letak mulut ikan dari dasar kolam adalah 15 cm. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada mulut ikan! Jika massa jenis air = 1 g/cm3, g = 10 m/s2.

Pembahasan :

Diketahui : ketinggian dihitung dari permukaan air sehingga: h = 100 cm –  15 cm = 85 cm = 0,5 m

ρ = 1 g/cm3= 1000 kg/m3, g = 10 m/s2 Ph = ρ.g.h

Ph = 1000 x 10 x 0,85 Ph = 8500 Pa.

Jadi tekanan hidrostatis yang diterima oleh ikan itu 8500 pascal. C. Hukum Pascal

Seorang ilmuan Prancis, Blaise Pascal,  menyatakan bahwa tekanan yang diberikan di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Pernyataan ini akhirnya dikenal sebagai Hukum Pascal yang menyatakan bahwa

“Tekanan yang diberikan kepada fluida diam dalam ruang tertutup akan diteruskan dengan besar yang sama keseluruh fluida”.

Berdasarkan hukum ini diperoleh prinsip bahwa dengan gaya yang kecil dapat menghasilkan suatu gaya yang lebih besar. Sistem kerja rem hidrolik merupakan salah satu contoh pengaplikasian hukum Pascal. Selain itu, hukum Pascal juga dapat di  jumpai pada sistem alat pengangkat air, alat pengepres, dongkrak hidrolik, rem hidrolik,

Gambar 1. Sistem Pompa Hidrolik

Sesuai dengan gambar dongkrak hidrolik diatas, apabila pengisap 1 ditekan dengan gaya F1 , maka zat cair menekan ke atas dengan gaya PA1. Tekanan ini akan diteruskan

ke penghisap 2 yang besarnya PA2. Karena tekanannya sama kesegalah arah, maka

didapatkan persamaan sebagai berikut.





= 







⃗

 

⃗ =





⃗



 

⃗ ⟹ 



⃗ =  





⃗

 

⃗ 



⃗



Untuk pengisap berbentuk silinder, maka

 

_

=





 





 dan

 



=





 





, sehingga





⃗

1

4 





= 

₁

⃗



4  









⃗







= 



⃗







Contoh Soal

Sebuah pengangkat hidrolik bekerja berdasarkan tekanan air. Dari gambar, tentukan  besarnya gaya F yang dibutuhkan untuk mengangkat sebuah mobil yang massanya 1.200 kg jika g= 10 m/s2, A1= 20 cm2 dan A2 = 400cm2. Abaikan massa pengisap dan

massa alas tempat mobil.

Penyelesaian

g = 10 m/s2 A1= 20 cm2 A2 = 400 cm2



 

⃗ =





 

⃗





20 cm



=

(1.200)10 







400



 = (12.000)(20 

_{400 }

_



)

= 600

Besarnya gaya yang dibutuhkan adalah 600 N atau jika diganti dengan sebuah beban dibutuhkan beban dengan massa 60 kg. Jadi, mobil yang massanya 1.200 kg dapat didirong dengan sebuah beban bermassa 60 kg.

Ada dua buah tabung yang berbeda luas penampangnya saling berhubungan satu

sama lain. Tabung ini diisi dengan air dan masing-masing permukaan tabung

ditutup dengan pengisap. Luas pengisap A

1

 = 50 cm

2

 sedangakan luas

 pengisap A

2

 adalah 250 cm

2

. Apabila pada pngisap A

1

 diberi beban seberat 100

 N. Berpakah besar gaya minimal yang harus bekerja pada pada A

2

 agar beban

tersebut dapat diangkat?

Jawab

Diketahui

A

1

 = 50 cm

2

A

2

 = 250 cm

2

F

1

 = 100 N

Ditanya F

2

= … ?

Jawab

F

1

/A

1

 = F

2

/A

2

100/50 = F

2

/100

F2 = 100. 100 /50 = 200 N

D. Hukum Archimedes

H ukum Archimedes

Apabila benda dicelupkan ke dalam zat cair, sesungguhnya berat benda itu tidak  berkurang. Gaya tarik bumi terhadap benda itu besarnya tetap. Akan tetapi zat

cair mengadakan gaya yang arahnya keatas kepada setiap benda yang tercelup didalamnya. Ini menyebabkan berat benda seakan-akan berkurang. Menurut Archimedes,

“Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan

berat fluida yang dipindahkan oleh benda”

yang kemudian dikenal dengan hukum Archimedes . Secara matematis, hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.





− 



= 







= 







= 









= 









dimana Fa : gaya Archimedes

w u : berat balok di udara

w a : berat balok di dalam zat cair

wc : berat zat cair yang ditumpahkan (N)

mc : massa zat cair yang ditumpahkan (kg)





: massa jenis zat cair (kg/m3)

Vc : volume benda yang tercelup (m3)

Contoh Soal

Diketahui massa jenis air 1000 kg/m3 dan gravitasi bumi 9,8 m/s2. Jika ada benda yang tercelup ke dalam air terebut dengan volume benda yang tercelup 20 m3, maka  berapakah gaya tekan ke atas?

Penyelesaian





 = 1000 kg/m3 g = 9,8 m/s2 Vc= 20 m3





= 









= (1000 kg/m3)(20 m3)(9,8 m/s2) = 196000 N Keadaan Benda

Ada tiga keadaan benda yang tercelup kedalam fluida yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Seperti terlihat pada gambar, dari kiri ke kanan, benda dalam keadaan terapung, melayang, dan tenggelam.

_Terapung

Pada saat terapung besarnya gaya apung



_

 lebih besar dari berat benda

 =  

. Pada  peristiwa ini, hanya sebagian volum benda yang tercelup didalam fluida sehingga

volum fluida yang dipindahkan lebih kecil dari volum total benda yang mengapung. Σ



_

= 0





= 













= 













= 

_









Karena



_

(volum benda yang tercelup) sama dengan



_

  (volum benda total), maka syarat benda terapung adalah





< 

 

Artinya, massa jenis benda harus lebih besar daripada massa jenis fluida.

Tanah Bisa Terapung ?????? 

Lazimnya jika kita melempar tanah ke dalam air sungai pasti akan tenggelam. Akan tetapi tanah itu juga bisa terapung dengan bantuan udara. Ambil dua genggam tanah kemudian masing masing bentuk menyerupai mangkuk. Lekatkan kedua mangkuk dengan tanah sehingga bagian tengahnya ada rongga udara. Kemudian olesi dengan air dan pastikan tidak ada bagian yang bocor atau retak. Perlahan-lahan letakka n tanah di  permukaan air sungai. Jika volume udara di dalamnya cukup pasti tanah tersebu

terapung.

_Melayang

Pada saat melayang, besarnya gaya apung



_

 sama dengan berat benda

 =  

. Pada  peristiwa ini, volum fluida yang dipindahkan (volum benda yang tercelup) sama dengan

volum total benda yang melayang.

Σ



_

= 0





= 













= 









Karena



_

(volum benda yang tercelup) sama dengan



_

  (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah





= 

 

Artinya, massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida.

Pada tenggelam, besarnya gaya apung



_

  lebih kecil daripada berat benda

 =  

. Pada peristiwa ini, volum benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volum total  benda yang mengapung, namun benda tertumpu pada dasar bejana pada benda sebesar  N.

Σ



_

= 0





+  = 













= 









 = 







 − 







Karena



_

(volum benda yang tercelup) sama dengan



_

  (volum benda total), maka syarat benda tenggelam adalah





> 

 

Artinya, massa jenis benda harus lebih besar daripada massa jenis fluida.

Penerapan H ukum Archimedes

_Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk massa jenis cairan. Nilai massa jenis suatu cairan dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer. Hidrometer akan mengapung jika kita masukan dalam suatu cairan. Banyaknya bagian yang mengapung tergantung pada massa jenis cairan. Berikut ini adalah gambar hidrometer dan bagian-bagiannya.

Hidrometer memiliki massa tertentu yaitu h. Jika kita masukan dalam zat cair

hidrometer akan memindahkan cairan sebesar volume hidrometer yang masuk, misalnya Vh. Gaya-gaya yang bekerja pada hidrometer adalah gaya apung dan gaya

 beratyang saling berlawanan arah sehingga:

V



ρ

_

g

= berat hidrometer

(Ah



)

ρ

_

g = w

h



=

_A

w

_ρ



g =

m

A

ρ

_

Panjang hidrometer hh  jika c  cairan besar maka hh  akan rendah dan menunjukan

angka yang lebih besar. Skal pada hidrometer diberi angka kecil di ujung atas hidrometer dan di beri angka yang lebih besar di bagian bawah hal ini menunjukan makin besar kerapatan cairan maka skala yang ditunjukan hidrometer juga besar.

_{Kapal selam dan galangan kapal}

Pada dasarnya prinsip kerja kapal selam dan galangan kapal sama. Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal  bertambah. Pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan menyebabkan

kapal selam dapat menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Jika akan mengapung, maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan. Berdasarkan konsep tekanan hidrostastis, kapal selam mempunyai batasan tertentu dalam menyelam. Jika kapal menyelam terlalu dalam, maka kapal bisa hancur karena tekanan hidrostatisnya terlalu besar.

Gambar 4. Gambaran Gelangan Kapal dan Prinsip Mengapung

dan Tenggelam Pada Kapal Selam

_{Jembatan ponton}

Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupi jembatan dan dibuat  berdasarkan prinsip benda terapung. Drum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya  jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.

Gambar 5. Contoh Jembatan Ponton

E. Meniskus

Gaya tarik-menarik antarmolekul zat cair dapat mengakibatkan terjadinya tegangan

 permukaan pada zat cair. Tegangan permukaan menyebabkan serangga-serangga kecil seperti nyamuk, lalat dan anggang-anggang dapat berdiri di atas air.

Pada saat zat cair dituangkan ke dalam tabung, permukaannya akan berbentuk cekung atau cembung. Bentuk permukaan zat cair dalam tabung disebut meniskus. Dengan demikian, meniskus ada dua macam, yaitu meniskus cekung dan meniskung cembung.

Permukaan air dalam tabung reaksi berbentuk cekung. Hal ini disebabkan terjadinya adhesi (gaya tarik-menarik antar molekul) antara molekul-molekul air dalam tabung dengan molekul-molekul tabung reaksi.

al ini menunjukkan bahwa adhesi antara molekul-molekul air dengan molekul-molekul dinding tabung lebih besar daripada kohesi ( gaya tarik menarik antar partikel yang sejenis) molekul-molekul air sehingga sebagian molekul air tertarik oleh dinding tabung. Akibatnya, permukaan air yang menempel pada dinding tabung lebih tinggi daripada  permukaan air yang lain.

class="MsoNormal"> Air yang berada dalam tabung reaksi yang telah diolesi minyak goreng tidak akan membasahi dinding tabung. Permukaan air dalam tabung tersebut membentuk meniskus cembung.

Hal ini terjadi karena kohesi antara molekul-molekul air lebih besar daripada adhesi antara molekul-molekul air dengan molekul-molekul minyak goreng, sehingga sebagian molekul air terlepas dari dinding tabung.

Akibatnya, permukaan air membentuk meniskus cembung. Raksa ( merkuri) yang digunakan sebagai pengisi termometer juga tidak membasahi dinding/tabung kaca sehingga raksa yang ada di dalam kaca juga membentuk meniskus cembung.

F. Kapilaritas

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair ( y ) dalam pipa kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena pengaruh adhesi dan kohesi. Peristiwa kapilaritas terjadi jika jika rongga (diameter) pipa sangat kecil.

Kapilaritas disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam zat cair. Di dalam zat cair molekul-molekulnya dapat mengalami gaya adhesi dan kohesi. Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara molekul-molekul di dalam suatu zat cair, sedangkan gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan wadah di mana zat cair berada.

Apabila adhesi lebih besar dari kohesi seperti pada air dengan permukaan gelas, air akan  berinteraksi kuat dengan permukaan gelas, sehingga air membasahi kaca dan juga permukaan

atas cairan akan melengkung (cekung). Keadaan ini dapat menyebabkan cairan dapat naik ke atas oleh tegangan permukaan yang arahnya ke atas sampai batas keseimbangan gaya ke atas dengan gaya berat cairan tercapai. Jadi air dapat naik ke atas dalam suatu pipa kecil yang  biasa disebut pipa kapiler. Inilah yang terjadi pada saat air naik dari tanah ke atas melalui

Gejala alam kapilaritas ini memungkinkan kita menghitung tinggi kenaikan air dalam suatu  pipa kapiler berbentuk silinder/tabung dengan jari-jari r.

y = 2 g cos q / r g r

y = kenaikan/penurunan zat cair pada pipa (m)

g = tegangan permukaan (N/m)

q = sudut kontak (derajat)

 p = massa jenis zat cair (kg / m3)

g = percepatan gravitas (m / det2)

r = jari-jari tabung kapiler (m)

Contoh efek kapilaritas adalah naiknya minyak pada sumbu kompor, air menyebar dikertas  penghisap, air dapat merembes ke atas melalui retakan tembok sehingga membasahi tembok

G. Hukum Stokes dan Viskositas Hukum Stokes

Gaya gesek antara permukaan benda padat yang bergerak dengan fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif gerak benda ini terhadap fluida. Hambatan gerak benda di dalam fluida disebabkan oleh gaya gesek antara bagian fluida yang melekat ke permukaan benda dengan bagian fluida di sebelahnya. Gaya gesek itu sebanding dengan koefisien viskositas (η) fluida. Menurut Stokes, gaya gesek adalah:

Fs = 6 π r η v

Keterangan:

Fs : gaya gesek (N)

r : jari-jari benda (m)

v : kecepatan jatuh dalam fluida (m/s)

Persamaan di atas dikenal sebagai hukum Stokes. Penentuan η dengan mengunakan hukum Stokes dapat dilakukan dengan percobaan kelereng jatuh. Sewaktu kelereng dijatuhkan ke dalam bejana kaca yang berisi cairan yang hendak ditentukan koefisien viskositasnya,

gerakannya, makin besar gaya geseknya. Hal ini menyebabkan gaya berat kelereng tepat setimbang dengan gaya gesek dan kelereng jatuh dengan kecepatan tetap sebesar v sehingga  berlaku persamaan:

w = Fs

m . g = 6 π r η v

Viskositas fluida

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat c air dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika Anda berbicara viskositas Anda  berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak 0mempunyai koefisien viskositas. Apabila

suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebut akan mengalami

gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris  benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes

menunjukkan bahwa untuk

 benda yang bentuk geometrisnya beru pa bola nilai k = 6 π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut:

Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya  berat w, gaya apung Fa, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes Fs. Ketika

dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes  juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga  bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal. Pada kecepatan

terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan :

Berdasarkan eksperimen juga diperoleh bahwa koefisien viskositas ter gantung suhu. Pada kebanyakan fluida makin tinggi suhu makin rendah koefisien viskositasnya.

a. Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contoh : air  b. Fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contoh : minyak goreng