Fluida Statis

Photo by Jakob Andreasen on Unsplash

Fluida Statis:

1. Tekanan Fluida
2. Hukum-Hukum Fluida dan Aplikasinya

Besaran yang ada di bab ini:

Besaran	Lambang	Satuan
Panjang (Jarak)	h	m
Luas	A	m2
Volume	V	m3
Waktu	t	s
Kecepatan	v	m.s-1
Percepatan	g	m.s-2
Massa	m	kg
Gaya	F	N
Tekanan	P	Pa atau N.m-2
Massa Jenis	ρ	kg.m-3

Tetapan atau konstanta yang ada di bab ini:

Tetapan	Lambang	Nilai
Tekanan Mutlak	Po	1,01 × 105 Pa, 1 atm, atau 760 mmHg

Tekanan Fluida

Tekanan:

$\text{1. }P=\frac{F}{A}$

Tekanan hidrostatik:

$\text{2. }P=\rho gh$

Tekanan mutlak:

$\text{3. }P=P_{o}+\rho gh$

Massa jenis fluida:

$\text{4. }\rho=\frac{m}{V}$

Hukum-Hukum Fluida & Aplikasinya

	Hukum Pokok Hidrostatik Pada sistem di samping, besar tekanan fluida pada titik α maupun β adalah sama: $\begin{align*} P_{A}&=P_{B}\\ \rho_{A}h_{A}&=\rho_{B}h_{B}\\ \end{align*}$
	Hukum Pascal Pada sistem di samping, berlaku: $\begin{align*} P_{A}&=P_{B}\\ \frac{F_{A}}{A_{A}}&=\frac{F_{B}}{A_{B}} \end{align*}$ Beberapa aplikasi dari hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: rem hidrolik, dongkrak hidrolik, mesin hidrolik pengangkut mobil, mesin pengepres, dll.
	Hukum Archimedes Pada sistem di samping, benda akan memiliki gaya angkat sebesar selisih berat benda di udara (w) dengan berat benda di zat cair (wF): $\begin{align*} F&=w-w_{F} \end{align*}$ Maka, ada 3 kemungkinan: w > F benda tenggelam. w = F benda melayang. w < F benda mengapung. Untuk gaya angkat, berlaku juga: $\begin{align*} F&=\rho_{\text{Zat Cair}}V_{\text{Tercelup}}g \end{align*}$ Misalkan ada benda yang dimasukkan ke dalam dua zat cair yang berbeda, maka: $\begin{align*} F_{A}&=F_{B}\\ \rho_{A}V_{\text{Tercelup}}&=\rho_{B}V_{\text{Tercelup}} \end{align*}$ Beberapa aplikasi dari hukum archimedes dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: pembuatan kapal selam atau kapal laut, hidrometer, balon udara, dll.

Contoh Soal

Soal 1: UN 2016
Perhatikan gambar!

Dua kubus yang identik dimasukkan dalam dua zat cair (B dan C) yang massa jenisnya berbeda. Bagian kubus yang masuk ke dalam zat cair B 50% dan zat cair C 30%. Perbandingan massa jenis zat cair B dan C adalah ...

1. 3 : 5
2. 4 : 5
3. 5 : 4
4. 5 : 3
5. 5 : 2

$\begin{align*} \rho_{B}V_{\text{Benda tercelup}}&=\rho_{C}V_{\text{Benda tercelup}}\\ \rho_{B}(0.5)&=\rho_{C}(0.3)\\ \frac{\rho_{B}}{\rho_{C}}&=\frac{3}{5} \end{align*}$

Jadi, perbandingan massa jenis zat cair B dan C adalah 3 : 5.

Soal 2: UN 2017
Sebuah benda berbentuk balok dicelupkan dalam cairan A yang massa jenisnya 900 kg.m^-3 ternyata $\frac{1}{3}$ bagiannya muncul di atas permukaan. Berapa bagian dari balok tersebut yang muncul jika cairan diganti dengan cairan B yang massa jenisnya 1.200 kg.m^-3?


$\begin{align*} &\text{A. }\frac{1}{4}\text{ bagian}\\ &\text{B. }\frac{4}{9}\text{ bagian}\\ &\text{C. }\frac{1}{2}\text{ bagian}\\ &\text{D. }\frac{5}{9}\text{ bagian}\\ &\text{E. }\frac{3}{4}\text{ bagian}\\ \end{align*}$

$\begin{align*} \rho_{A}V_{\text{Benda tercelup}}&=\rho_{B}V_{\text{Benda tercelup}}\\ \rho_{A}(\frac{2}{3}V_{\text{Benda}})&=\rho_{B}(xV_{\text{Benda}})\\ 900(\frac{2}{3})&=1200x\\ 600&=1200x\\ x&=\frac{1}{2}\\ \end{align*}$

x adalah bagian benda yang tercelup. Jadi, bagian benda yang muncul (tidak tercelup) adalah 1 - x. Jadi, bagian balok yang muncul adalah ½

Soal 3: UN 2018
Sebuah kapal evakuasi sedang berusaha mengangkat kotak peti kemas bermassa total 4.500 kg yang jatuh ke laut. Kotak tersebut berukuran panjang 2 meter, lebar 1,5 meter dan tinggi 1 meter. Massa jenis air laut saat itu 1.025 kg.m^-3 dan percepatan gravitasi 10 m.s^-2, maka besar gaya minimal yang dibutuhkan untuk mengangkat benda dari dasar laut ke permukaan adalah ...

1. 14.250 N
2. 19.250 N
3. 30.750 N
4. 45.000
5. 50.000

$\begin{align*} F&=w-w_{F}\\ &=mg-\rho V g\\ &=(4500)(10)-(1025)(3)(10)\\ &=45000-30750\\ &=14250\text{ }N \end{align*}$

Jadi, gaya angkat benda adalah 14.250 N.

Soal 4: UN 2015
Sebuah benda di udara beratnya 800 N, saat di dalam air beratnya menjadi 500 N. Jika massa jenis air 1.000 kg.m^-3, maka volume benda yang tercelup adalah ...

1. 0,08 m³
2. 0,05 m³
3. 0,03 m³
4. 0,02 m³
5. 0,01 m³

$\begin{align*} F&=w-w_{F}\\ \rho V g&=800-500\\ (1000)(V)(10)&=300\\ V&=\frac{3.10^{2}}{10^{4}}\\ &=0,03\text{ }m^{3} \end{align*}$

Jadi, volume benda tercelup adalah 0,03 m³.