Upload
widyagraha
View
295
Download
37
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Hidrostatika
Citation preview
HIDROSTATIKA
Gaya Tekanan Air pada Bidang Datar
Kita sudah mempelajari:
Sifat-sifat fluida statik Distribusi tekanan vertikal hidrostatik Tekanan pada kedalaman yang sama dalam
suatu fluida kontinyu adalah sama Tekanan pada suatu titik bekerja sama besar
dalam semua arah (Hk. Pascal) Gaya-gaya dari suatu fluida pada sebuah batas
bekerja tegak lurus terhadap batas tersebut
Perhatikan ilustrasi berikut ini:
Klik untuk melanjutkan
dan yang ini:
Klik untuk melanjutkan
Suatu bidang sembarang terendam dalam air. Pada benda tsb akan bekerja gaya akibat tekanan air.
Berapa besar gaya total yang bekerja pada bidang?Mari kita lihat halaman berikutnya…
Jika diambil elemen-elemen kecil seperti terlihat padagambar, maka pada masing-masing elemen akanbekerja gaya-gaya F1, F2, …, Fn.
Gaya resultan, F
Luas elemen,A
Perhatikan gambar di bawah ini:
Pandang suatu elemen dengan luas A dan berjarak vertikal dari permukaan air sebesar z. Gaya tekanan air pada elemen tsb adalah:
dF = p.A atau dF = .g.z.Akarena z = s.sin , maka:dF = .g.s sin .A
Omelaluigaristerhadap
sinstatismomen
sinxAAz
Gaya tekanan total diperoleh dengan:
F= .g.z.A = .g z.A
zAAz
Jika ditinjau terhadap titik O menjadi:
A = luas bidangz = jarak thd titik pusat bidang
momen statis bidang PQ terhadap permukaan bebas
z
Jadi gaya resultan pada sebuah bidang datar:
sinxgA
zgAF
Gaya resultan ini bekerja tegak lurus melalui titik pusat tekanan C pada kedalaman D.
Bagaimana mendapatkan titik tersebut?
Dengan menggunakan momen gaya-gaya- Bidang datar dalam keseimbangan
Momen dari F akan sama dengan jumlah momen gaya-gaya pada semua elemen dA terhadap titik yang sama
Momenkan terhadap titik O
Gaya pada tiap elemen luas A = .g.z.A= .g.s sin .A
Momen dari gaya ini thd O = .g.s sin .A x sMomen total = .g. sin s2 A
cSsinxgA Momen F thd O = F x Sc =
AssingSsinxgA 2c
Posisi pusat tekanan sepanjang bidang diukur dari O adalah
xA
AsS
2
c
momen inersia bidang PQ thd sb melalui O
20 xAII
sehingga
xAxAI
S2
0c
x
xAI
S 0c ata
u
xAI
Sc
Dapat dituliskan kembali sebagai:
dengan
Kedalaman terhadap pusat tekanan adalah:
D = Sc sin
Diagram Tekanan
Pada suatu permukaan vertikal yang terendam dengan lebar konstan, gaya resultan dan pusat tekanan dapat ditentukan secara grafis menggunakan sebuah diagram tekanan.
Hubungan antara tekanan dan kedalaman:p = gz
Sehingga dapat digambarkan diagram berikut
gz
F
A
B C
H
z
gH
Diagram tekanan
Luas dari segitiga (diagram tekanan) menyatakan gaya resultan per satuan lebar pada dinding vertikalGaya resultan per satuan lebar
F= ½gH2 (N/m)
Contoh soal:Suatu plat berbentuk segiempat dengan lebar 2 meter dan panjang 3 meter terendam dalam air dengan sisi panjangnya vertikal. Sisi atas pelat berada pada muka air. Hitung gaya tekanan pada pelat dan letak pusat gaya tersebut!
Diketahui : b = 2 ml = 3 m
Ditanya : F, D?
Jawab:Cara rumus
m2325,1
325,1
zAI
zD
N882005,13281,91000zgAF3
121
o
Cara diagram tekanan
F = ½..g.h2.2 = ½.1000.9,8.32.2= 88200 N
m2332
D
2/3 h
P
.g.h
h
HIDROSTATIKA
Gaya Tekanan Air pada Bidang Lengkung
Tinjau bidang lengkung AB:
Tekanan bekerja tegak lurus terhadap bidang lengkung
Gaya yang terjadi pada bidang lengkung mempunyai arah yang berlainan
Besarnya gaya yang bekerja dihitung dengan menguraikan komponen gaya dalam arah x dan y.
Elemen seluas dA, bekerja gaya dF dengan jarak vertikal hTekanan pada elemen : p = .g.h
Komponen gaya pada arah sumbu x dan y adalah:
dFx = dF sin α = p.dA.sin α = h. .g.dA.sin α
dFy = dF cos α = p.dA.cos α = h. .g.dA.cos α
Proyeksi elemen bidang lengkung pada bidang vertikal adalahdAy = dA.sin α
komponen gaya pada arah x menjadi
Fx = dFx = h..g.dA.sin a = h..g.dAy
Fx = .g.ho.Ay
atau
Fx = .g.zo.Ay
Luas bidang proyeksi
Proyeksi elemen bidang lengkung pada bidang horizontal adalahdAx = dA.cos α
komponen gaya pada arah y menjadi
Fy = dFy = h..g.dA.cos = .g. h. dAx
=.gdV
Fx = .g.V
Volume zat cair di atas bidang lengkung
Gaya resultan akibat tekanan air pada bidang lengkung adalah:
2y
2x FFF
x
y
F
F
Gaya tersebut mempunyai arah dengan membentuk sudut θ terhadap horizontal sebesar
Contoh soal:
Referensi
Bambang Triatmodjo, Hidraulika I, Beta Offset, 1996
Streeter, Fluid Mechanics, McGraw-Hill Companies Inc., 1998
Sleigh, Andrew, An Introduction to Fluid Mechanics, School of Civil Engineering, University of Leeds, May 2001
Yati Muliati, Mekanika Fluida, Diktat Kuliah, Bandung
Yiniarti EK, Mekanika Fluida, Diktat Kuliah, Bandung