Bab 6 kls xi

139

A. Fluida Statis

B. Viskositas Fluida

C. Fluida Dinamis

Fluida

Pesawat dapat terbang karena mengalami gaya angkat yang bebas pada sayapnya.

Sumber: www.chez.com

menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statis dandinamis serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:

menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalammenyelesaikan masalah.

Hasil yang harus Anda capai:

Bab

6

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI140

A. Fluida Statis

1. Tekanan

2. Tekanan Hidrostatik

Gambar 6.2Tekanan hidrostatikpada dasar tabung.

Gambar 6.1Tekanan yang

dilakukan seorang anakterhadap meja.

w

A

h

Tes Kompetensi Awal

Fluida 141

1

2

Gambar 6.4Pipa U diisi dua zat cair berbeda,tekanan di A sama dengantekanan di B.

A

C

B

h2

h1

air

D

Aktivitas Fisika 6.1

Tekanan HidrostatikTujuan PercobaanMemahami tekanan hidrostatika

Alat-Alat Percobaan1. Sebuah ember2. dua buah gelas plastik bening

Langkah-Langkah Percobaan1. Isilah ember dengan air.2. Jawablah pertanyaan berikut sebelum melakukan percobaan.

a. Apa yang akan terjadi jika sebuah gelas plastik dicelupkan perlahan kedalam air dalam keadaan terbalik? Jelaskan apa yang akan terjadi, berikutalasannya.

b. Lakukan hal yang sama, namun dengan gelas yang diberi lubang padadasar gelasnya. Jelaskan apa yang akan terjadi, berikut alasannya.

3. Buktikanlah jawaban Anda dengan melakukan percobaan.4. Buatlah hukum tentang tekanan menurut versi Anda, berdasarkan jawaban

dan hasil percobaan yang Anda peroleh.5. Bandingkanlah dengan hukum hidrostatika yang telah Anda pelajari.6. Buatlah kesimpulan dari percobaan tersebut.

Contoh 6.1

Gambar 6.3Tekanan hidrostatik pada titik A,B, dan C adalah sama.

A B C

h


3. Hukum Pascal

h3

h2

B{h

1

bensin

minyaktanah

air

A

Contoh 6.2

hB

hA

s = 60 cm

Gambar 6.6Prinsip kerja dongkrak hidrolik.

F2

A2

p2

p1F

1

A1

Gambar 6.5Tabung Pascal

P

piston

zat cair

Fluida 143

Tokoh

Douglas Dean Osheroff(1945 – sekarang)

Douglas Dean Osheroff dilahirkanpada tahun 1945. Setelahmenyelesaikan pendidikansarjananya di California Institute OfTechnology, ia pindah ke CornellUniversity untuk mengambil gelardoktor. Di sana, ia bertemu denganDavid M. Lee dan Robert C.Richardson. Bersama dua koleganyatersebut, ia melakukan penelitianselama bertahun-tahun sampaimenemukan satu fenomena yangmenghebohkan dunia ilmiah, yaitusuperfluiditas. Superfluiditastersebut terjadi ketika helium-3didinginkan mendekati suhu nolmutlak (–273,15°C). Pada suhutersebut, helium-3 tidak lagimemiliki viskositas dan friksisehingga dapat meluap dari sebuahcangkir datar melalui pori-pori yangteramat kecil. Fenomena lainnyaadalah helium-3 ini dapat melawangaya gravitasi Bumi. Atas penemuan-nya ini, Osherhof bersama keduarekannya mendapat hadiah Nobelpada tahun 1996.

Sumber: Republika, 19 November 2005

Contoh 6.3

Gambar 6.7Pengangkat hidrolikmenerapkan Konsep HukumPascal.

F2

F1


Gambar 6.8Berkurangnya berat benda

di dalam zat cair disebabkanoleh gaya ke atas yang

dikerjakan oleh zat cair.

Gambar 6.9Perahu dapat terapung di atas airkarena massa jenisnya lebih kecil

dari massa jenis air.

4. Hukum Archimedes

C

C

airw

35 N50 N

a. Benda Mengapung

C

Contoh 6.4

Fluida 145

Gambar 6.10Penyelam dan ikan-ikandapat melayang di air.Tahukah Anda, mengapaikan dan penyelam dapatmelayang dalam air?

b. Benda Melayang

c. Benda Tenggelam

Gambar 6.11Batu tenggelam dalam airkarena massa jenis batu lebihbesar daripada massa jenis air.

Contoh 6.5

benda fluida mengapung

benda fluida melayang

benda fluida tenggelam

Ingatlah


Gambar 6.12Balon udara merupakan

salah satu penerapanHukum Archimedes.

Gambar 6.13(a) Hidrometer di dalam raksa.

(b) Hidrometer di dalam air.

Gambar 6.15Dua molekul zat cair yang

berbeda posisi memiliki gayakohesi yang berbeda.

B

A

5. Penerapan Hukum Archimedes

6. Tegangan Permukaan

Gambar 6.14Serangga dapat berjalan di atas

air karena adanya teganganpermukaan.

Fluida 147

Gambar 6.16Tetesan air yang jatuhke atas rumput.

Pembahasan Soal

Sebuah benda terapung di atas per-mukaan air yang berlapiskan minyak.Sebanyak 50 % volume benda beradadi dalam air dan 30 % di dalam minyak.Jika massa jenis minyak = 0,8 g/cm3

maka massa jenis benda tersebutadalah ....a. 0,62 g/cm3

b. 0,68 g/cm3

c. 0,74 g/cm3

d. 0,78 g/cm3

e. 0,82 g/cm3

Soal UMPTN Tahun 1993

Pembahasan:

Benda dalam keadaan setimbang,maka gaya berat benda sama dengangaya angkat Archimedes oleh air danminyak.m

bg = F

A (air) + F

A (minyak)

b bV g = a aV g + m m

V g

b = a

b

aV

V + m

b

mV

V

= (1 g/cm3)(50 %) +(0,8 g/cm3)(30 %)

= 0,74 g/cm3

Jawaban: c

Aktivitas Fisika 6.2Tegangan Permukaan

Tujuan PercobaanMemahami fenomena tegangan permukaan

Alat-Alat Percobaan1. Panci berisi air2. Jarum3. Kertas tisu4. Minyak pelumas5. Detergen

Langkah-Langkah Percobaan1. Ambil jarum yang sudah diolesi minyak pelumas, kemudian simpan jarum

tersebut di atas kertas tisu.2. Letakkan jarum dan kertas tisu secara perlahan-lahan di atas permukaan air.3. Amati yang terjadi pada jarum dan kertas tisu tersebut.4. Taburkan detergen secara perlahan-lahan di sekitar jarum yang terapung,

kemudian amati yang terjadi pada jarum tersebut.5. Dari hasil Aktivitas Fisika 6.2, lakukanlah diskusi tentang hasil kegiatan tersebut

bersama teman dan guru Fisika Anda. Kemudian, presentasikan hasil diskusitersebut.

Gambar 6.17Tegangan permukaan air sabunpada kawat.

A BA B

w2

w1

F

s12

30 % minyak

air50 %


Gambar 6.18(a) Meniskus cekung

(b) Meniskus cembung

P Q

0,2 gram

Kata Kunci• gaya Archimedes• kapilaritas• melayang• mengapung• meniskus cekung• meniskus cembung• tegangan permukaan• tekanan hidrostatik• tenggelam

Contoh 6.6

Tugas Anda 6.1Tegangan permukaan dapat dikatakansebagai kecenderungan permukaanzat cair untuk berkontraksi (mengerut).Menurut Anda, bagaimanakah sifattegangan permukaan zat cair ketika zatcair tersebut dipanaskan?

FA

F Fk

air

Fk

raksaF

A

F

a. Meniskus Cembung dan Meniskus Cekung

Fluida 149

b. Kapilaritas

Tes Kompetensi Subbab A

bair

air raksa

2,5 cm

AB

Gambar 6.19Gejala kapilaritas pada pipakapiler.

pipa kapiler

air raksa

Gambar 6.20Pada keadaan setimbang, gayategangan permukaan di titik Asama dengan di titik B.

cos

y

A B


B. Viskositas Fluida

1. Hukum Stokes

Sumber: Physics, 1993

Gambar 6.21(a) Sebuah kelereng dijatuhkan

ke dalam fluida ideal.(b) Sebuah kelereng dijatuhkan

ke dalam fluida tak ideal.

F

Fluida 151

f

b

f

vt

b

f

Contoh 6.7

Gambar 6.22Gaya-gaya yang bekerja padakelereng di dalam fluida.

FA

Fs

w = mg

Kata Kunci• gaya stokes• kecepatan terminal• viskositas


Tes Kompetensi Subbab B

C. Fluida Dinamis

1. Persamaan Kontinuitas

Gambar 6.23Aliran laminer dan aliran

turbulen pada asap rokok.

turbulen

laminer

Gambar 6.24Garis aliran A–B–C, D–E–F,

P–Q–R, dan X–Y–Z merupakangaris aliran laminer.

A

D

P

X

B

E

Q

Y

CF

RZ

Sumber: Dokumentasi Penerbit

v1

A1

A2

v2

s1

s2

Gambar 6.25Fluida mengalir pada

penampang yang berbeda.

Fluida 153

Contoh 6.8

Aktivitas Fisika 6.3

Persamaan Kontinuitas

Tujuan PercobaanMengamati dan memahami persamaan kontinuitas

Alat-Alat Percobaan1. Dua buah selang yang berdiameter 1 cm atau lebih dengan panjang masing-

masing 2 meter2. Dua buah ember3. Plastik tebal.

Langkah-Langkah Percobaan1. Tutuplah salah satu ujung selang dengan plastik tebal yang telah dilubangi.

Diameter lubang plastik ±0,5 cm.2. Sambungkan kedua selang pada kran yang aliran airnya sama besar.3. Jawablah pertanyaan berikut.

a. Untuk posisi kedua selang sama, semburan air pada selang manakah yangpaling jauh?

b. Apa yang akan terjadi jika dalam selang waktu yang sama, setiap air selangdialirkan pada ember yang berukuran sama?

4. Tulislah kesimpulan dari percobaan tersebut.5. Buatlah Hukum Kontinuitas menurut versi Anda berdasarkan percobaan yang

telah Anda lakukan.6. Bandingkan dengan Hukum Kontinuitas yang sudah Anda pelajari.

Prinsip utama dari persamaankontinuitas adalah pada selangwaktu yang sama, debit fluida akansama.

Ingatlah

Seorang penyelam pemula sedangmenarik napas pada kedalaman Luntuk berenang ke atas. Diamengabaikan instruksi untukmengeluarkan napas secara perlahan-lahan selama menuju ke permukaan.Selama perjalanan ke atas, tekananudara luar pada tubuhnya berkuranghingga mencapai tekanan atmosfer.Tekanan darahnya juga berkurangsampai normal kembali. Oleh karena iatidak membuang napas, ketika sampaike permukaan terdapat perbedaanantara tekanan udara di dadanyadengan di dalam paru-parunya.Perbedaan tekanan ini dapatmengakibatkan paru-parunya pecah.Selain itu, tekanan darahnya turundrastis sehingga udara pun masuk kedalam jantungnya. Hal ini dapatmengakibatkan kematian bagipenyelam tersebut.

A novice scuba diver takes enough airfrom his tank to fully expand his lungat depth L and swimming to thesurface. He ignores instructions andfails to exhale during his ascent. As heascends, the external pressure on himdecreases, until it reaches theatmosphere pressure at the surface. Hisblood pressure also decreases, until itbecome normal again. However,because he does not exhale the airpressure in his lungs remain at thevalue it had at depth L. This pressuredifference can explode his lungs.Besides that, his blood pressuredecrease drastically which thencarries the air to the heart. This twothings can kill that novice diver.

Sumber: Fundamentals of Physics, 2001

Informasiuntuk Anda

Information for You


2. Hukum Bernoulli

gh

Tokoh

Daniel Bernoulli(1700–1782)

Daniel Bernoulli adalah putra dariJohan Bernoulli, lahir di kota Baseldan bekerja sebagai dosenMatematika di Universitas Basel.Pamannya seorang matematikawandi Universitas tersebut yang pernahmenciptakan materi baru dalamteori probabilitas, analisis geometri,dan kalkulus variasi. Bernoulliberhasil menciptakan prinsiphidrodinamika dan perhitunganaliran fluida. Selain itu, Bernoullisangat berperan dalammengembangkan teori probabilitas,kalkulus, dan persamaan diferensial.

Sumber: World Book Encyclopedia

Gambar 6.27Perbedaan ketinggian fluida

mengalir.

Gambar 6.26Fluida mengalir.

C

v

BA

p1

A1

h1

p2

h2

v1 t

v2 t

Fluida 155

3. Penerapan Hukum Bernoulli

a. Alat Penyemprot Nyamuk

b. Daya Angkat pada Sayap Pesawat Terbang

Contoh 6.9

Gambar 6.28Alat penyemprot nyamuk.

F

Gambar 6.29Garis arus fluida ideal pada sayappesawat terbang.

gaya angkat (F1)

gaya berat (F2)

pipa venturi


c. Karburator

d. Pipa Venturi

p1

v1

p2 v

2

h2

h1

h

Gambar 6.31Pipa venturi.

Gambar 6.30Karburator pada motor.

karburator

Sumber: www.firetrucks.uw.hu

Fluida 157

e. Venturimeter dengan Manometer

f. Pipa Pitot

Gambar 6.32Venturimeter yang dilengkapimanometer.

v2

DC

h

B2

A

aliran gas

v1

p1

Gambar 6.33Pipa pitot

v1 v

2

.1.2

Ah

B

tekanan tinggi

tekanan rendah

1


Tes Kompetensi Subbab C

Kata Kunci• aliran turbulen• aliran laminer• hukum Bernoulli• manometer• persamaan kontinuitas• venturimeter

Fluida 159

Rangkuman


Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu dapatmengetahui konsep tekanan pada zat cair, hukum-hukumyang berlaku baik pada zat cair yang diam maupun padazat cair yang bergerak. Dari materi-materi yang ada padabab ini, bagian manakah yang menurut Anda paling sulit

Refleksi

dipahami? Coba Anda diskusikan dengan teman atauguru Fisika Anda.

Dalam bab ini, dijelaskan pula beberapa manfaatdari konsep yang dibahas. Coba sebutkan manfaat yangAnda peroleh setelah mempelajari materi pada bab ini.

Peta Konsep

Fluida 161

A

B

1 m x

P

45 cm

v A1

A2

h

v1

P1

v2P

2

Tes Kompetensi Bab 6


h1

h2

A C

Education

Bab 6 kls xi