Pelajari dan analisa Hidrostatika

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Hidrostatika adalah studi tentang perilaku fluida yang diam atau bergerak dengan kecepatan rendah dalam kondisi statis atau tanpa percepatan. Salah satu konsep utama dalam hidrostatika adalah tekanan fluida. Tekanan fluida merupakan gaya per satuan luas yang diberikan oleh fluida terhadap permukaan yang berhubungan dengannya. Tekanan ini sangat penting dalam memahami bagaimana fluida berinteraksi dengan benda di dalamnya dan lingkungan sekitarnya. Selain itu, kita juga akan mengamati bagaimana tekanan dalam fluida dapat berubah dengan kedalaman dalam fluida, yang juga merupakan aspek penting dalam hidrostatika.

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekanan pada kedalaman tertentu (Indana, 2020). Tekanan yang dikerjakan oleh cairan memiliki karakteristik seperti pada titik yang sama tekanan menekan ke segala arah, tekanan pada titik tertentu di dalam fluida tergantung pada kedalaman dari permukaan atas cairan, tekanan pada kedalaman yang sama memiliki tekanan yang sama, dan tekanan di dalam cairan bergantung pada ketinggian kolom cairan dan tidak bergantung pada bentuk kolom cairan.

Secara ilmiah tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Biasanya tekanan akan bergantung luas bidang tekan, kedalaman zat cair, massa jenis, dan percepatan gravitasi. Bila seluruh partikel fluida dalam keadaan diam relatif terhadap suatu sistem koordinat, maka fluida tersebut berada dalam keadaan statis. Dengan melakukan percobaan praktikum ini, kita akan lebih memahami fenomena hidrostatis dan penerapannya.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang dirumuskan yaitu:

1. Bagaimana cara mengukur tekanan hidrostatis zat cair?

2. Bagaimana cara menentukan massa jenis zat cair?

1.3 Tujuan dan Manfaat

1.3.1 Tujuan

Adapun tujuan dalam praktikum yang telah dilakukan sebagai berikut:

a. Untuk mengetahui cara mengukur tekanan hidrostatis pada zat cair.

b. Untuk mengetahui cara menentukan massa jenis zat cair.

1.3.2 Manfaat

Adapun manfaat dalam praktikum yang telah dilakukan sebagai berikut:

a. Mahasiswa dapat memahami cara mengukur tekanan hidrostatis pada zat cair.

b. Mahasiswa dapat memahami cara menentukan massa jenis zat cair

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

.1 Tekanan Hidrostatis

Tekanan adalah gaya tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang itu. Tekanan fluida bekerja tegak lurus terhadap setiap permukaan dalam fluida, tidak peduli ke arah mana permukaan itu menghadap (Young dan Freedman, 2002). Pada fluida statis terdapat tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis adalah tekanan pada zat cair yang diam. Besarnya tekanan hidrostatis tergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka).

Gambar 2.1 Tekanan Hidrostatis (Sumber : Abidin & Wagiani, 2013)

Jika elemen zat cair yang ditinjau dalam keadaan statis, maka resultan gaya yang bekerja pada elemen itu adalah nol ke segala arah. Resultan gaya pada arah %horizontal yang disebabkan oleh tekanan zat cair di sekeliling elemen adalah nol, berarti tekanan zat cair untuk setiap titik pada kedalaman yang sama adalah sama besar.

= 𝜌𝜌𝜌𝜌 ………...(2.1)ℎ

Bila persamaan di atas diintegrasikan maka diperoleh

𝜌2 − 𝜌1 = (ℎ2 − ℎ1)………...………(2.2)

yang berarti bahwa tekanan hidrostatis pada kedalaman h1 dan h2 berturut-turut adalah P1 = ρgh1 dan P2 = ρgh2, atau tekanan pada sebuah titik yang berada pada kedalaman h dari permukaan zat cair statis adalah

𝜌 = 𝜌𝜌 ………(2.3)ℎ

Bila permukaan zat cair berhubungan langsung dengan udara, permukaan seperti itu disebut sebagai permukaan bebas zat cair, dan tekanan udara adalah P0, maka tekanan total pada setiap titik yang berada pada kedalaman h dari permukaan bebas zat cair adalah

𝜌 = 𝜌0 + 𝜌𝜌 ……….(2.4)ℎ

Persamaan terakhir di atas tidak menuntut bentuk bejana tertentu, artinya ia berlaku untuk setiap bentuk bejana yang ditempati oleh zat cair (Handout-CIV).

.2 Pemanfaatan Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis dimanfaatkan pada tekanan saat berenang, yang menyebabkan gerakan menjadi lebih sulit di kedalaman, dasar bendungan, dibuan lebih tebal di bagian dalam untuk menahan tekanan air, pemasangan infus, diletakkan di tempat tinggi agar gaya gravitasi membantu infus masuk ke tubuh yang memiliki tekanan hidrostatis dalam darah, bentuk kapal selam, yang dibuat agar bisa menahan tekanan hidrostatis di dalam laut, dan juga pada persamaan 2.4 hal itu dimanfaatkan untuk pemakaian manometer yang berupa sebuah pipa berbentuk huruf U, oleh sebab itu biasa juga disebut sebagai pipa U, sebagai alat untuk mengukur tekanan

Gambar 2.2 Pipa U untuk manometer (Sumber : Handout-CIV)

Sebuah pipa U diisi dengan sejenis zat cair yang dipilih,misalnya raksa atau bisa juga air dan yang lainnya. Setelah mencapai kesetimbangan, maka tinggi permukaan zat cair dalam kedua kaki pipa U itu akan sama tinggi atau berada dalam satu bidang hortizontal. Sesuai dengan persamaan (2.4) di atas, maka setiap titik yang berada dalam satu bidang horizontal dalam zat cair, memiliki tekanan hidrostatis yang sama, misal titik A dan titik B, titik C dan titik D (Handout-CIV).

Disamping ini dilukiskan sebuah pipa U yang diisi oleh dua jenis zat cair yang tidak dapat berampur, yang massa jenisnya masing-masing p1 dan p2. Titik A dan titik B berada pada satu bidang horizontal yang sekaligus merupakan bidang batas kedua jenis zat cair pada saat kesetimbangannya.

Untuk setiap ketinggian yang sama di atas bidang batas itu tekanannya tidak sama karena massa jenis zat cair berbeda sehingga menghasilkan massa dan berat yang berbeda untuk setiap ketinggian volume yang sama. Tetapi untuk setiap penurunan yang sama dari bidang batas itu, tekanan zat cair akan selalu sama. Dengan kata lain, tekanan pada tiap titik pada satu bidang horizontal di atas bidang batas sesetimbangan adalah berbeda, tetapi tekanan pada setiap titik yang berada pada satu bidang horizontal dibawah bidang batas kesetimbangan adalah sama. Jika kita tinjau titik A dan titik B, karena keduanya berada pada

bidang batas kesetimbangan, maka tekanannya akan sama, atau

𝑃𝐴 = 𝑃�………(2.5)

Jika kita gunakan persamaan (2.4), maka persamaan di atas dapat diubah menjadi

𝑃0 + �1𝑔ℎ1 = 𝑃0 + �2𝑔ℎ2………..(2.6) dan jika disederhanakan menjadi

�1ℎ1 = �2ℎ2………..(2.7)

Melalui percobaan, persamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair (Handout-CIV).

.3 Prinsip Archimedes Tekanan Hidrostatis

Prinsip Archimedes, juga telah dikenal sebagai dengan hidrostatik. Hukum hidrostatik menyatakan bahwa “benda yang secara total atau sebagian terendam dalam fluida saat diam, mengalami dorongan vertikal dan ke atas yang sama dengan berat massa volume cairan yang dikeluarkannya.” Ini memiliki arti bahwa tiap-tipa benda yang direndam keseluruhan atau hanya sebagian dalam cairan statis, akan merasakan tekanan dengan gaya yang sama dengan berat volume dari cairan yang telah dipindahkan oleh wadah yang sama. Sejauh perihal tekanan hidrostatik, bisa dikatakan bahwa pada kedalaman tertentu, tekanan tersebut akan berjumlah sama dengan hasil kali massa jenis fluida dengan percepatan gravitasi 2.4 Fluida

Fluida adalah zat yang dapat bergerak ketika dikenai gaya. Fluida dapat berubah bentuk dan bersifat tidak permanen. Fluida membentuk berbagai jenis benda padat sesuai dengan bentuk benda yang dilewatinya (Al-Shemmeri, 2012).

Karakteristik aliran fluida meliputi tekanan statis, tekanan dinamis, total tekanan, kecepatan fluida dan tegangan geser.

Di daerah yang pengaruh gesekan dinding kecil, tegangan geser dapat diabaikan dan perilakunya mendekati fluida-ideal, yaitu incompresible dan mempunyai viskositas 0.Aliran fluida ideal yang demikian disebut aliran potensial. Pada aliran potensial berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri pokok:

1. Tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu disebut aliran irotasional.

2. Tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada pelepasan dari energi mekanik menjadi kalor

DAFTAR PUSTAKA

Hugh, D young dan Freedman, Roger A (2002), Fisika Universitas, Jakarta:

Penerbit Erlangga

Abidin, K., & Wagiani, S. 2013. Studi Analisis Perbandingan Kecepatan Aliran Air Melalui Pipa Venturi dengan Perbedaan Diameter Pipa.

Jurnal Dinamika, 62-78.

Al-Shemmeri,T.,Engineering Fluid Mechanics. http:// bookboon.

com/en/mechanics -ebooks 10 Juni 2012 .