Fluida Statis: Tekanan Hidrostatis

Fluida Statis: Tekanan Hidrostatis - Apakah kamu mengetahui bahwa zat dalam alam dapat dibagi menjadi tiga wujud utama, yaitu padat, cair, dan gas? Salah satu contoh yang cukup representatif adalah air. Dalam Fluida Statis, terdapat konsep Tekanan Hidrostatis yang terkait dengan zat cair.

Kenapa air? jadi Air seringkali dijadikan contoh dalam pembahasan mengenai perubahan wujud zat karena air dapat mengalami perubahan fase dari padat (es), cair (air), dan gas (uap air) tergantung pada suhu dan tekanan di sekitarnya. Meskipun berada dalam tiga wujud yang berbeda, namun zat tersebut tetaplah air, dengan komposisi dan sifat kimia yang sama. Perubahan fase tersebut hanya mengubah susunan partikel-partikel penyusunnya sehingga membentuk wujud yang berbeda.

Zat cair dan gas setidaknya memiliki satu kesamaan yaitu, tidak memiliki bentuk yang tetap, dan memiliki bentuk mengikuti bentuk wadahnya.

Kenapa bisa demikian?

Ini disebabkan oleh daya tarik antara molekul-molekul pada zat cair dan gas yang lebih lemah dibandingkan dengan daya tarik antara molekul-molekul pada zat padat.

Tapi tahukah kalian selain sifat diatas ternyata sifat yang dimiliki oleh zat cair dan gas yang serupa adalah kemampuan untuk MENGALIR.

Apa kalian pernah terfikir, kenapa ketika kalian minum menggunakan sedotan ketika airnya masih penuh tidak menimbulkan suara, tapi ketika airnya sudah tinggal sedikit dan kalian sedot sering terdengar bunyi. Kenapa bisa demikian?

Jadi Misalnya, ketika tinggal sedikit air di dalam gelas, kamu mungkin perlu mengaplikasikan usaha lebih keras untuk menyedot air tersebut. Namun, dalam proses sedotan tersebut, selain air, juga terdapat udara yang tersedot sehingga menimbulkan getaran yang memproduksi suara dan mengalir hingga sampai ke mulut kamu. Dengan demikian, baik air maupun udara, keduanya merupakan entitas yang dapat mengalir.

Dalam bidang fisika, istilah "FLUIDA" digunakan untuk merujuk pada semua jenis zat yang memiliki kemampuan untuk mengalir.

Anda harus menyadari bahwa fluida tidak hanya mencakup air, tetapi juga termasuk udara dan gas lainnya yang dapat mengalir. Sebagai contoh, ketika Anda memasak, mengapa kompor gas dapat mengeluarkan api? Alasan jawabannya adalah karena gas mengalir dari tabung gas ke kompor. Jadi, secara singkat, semua air yang digunakan sehari-hari merupakan fluida, termasuk udara yang dihirup yang juga merupakan fluida.

Pengertian Fluida

Zat alir atau Fluida adalah zat yang memiliki kemampuan untuk mengalir serta dapat mengubah bentuknya. Contoh dari zat alir ini antara lain zat cair dan gas.

Terdapat dua kategori utama dalam pembahasan mengenai fluida, yaitu:

1. Fluida statis (Fluida diam)

2. Fluida dinamis (Fluida bergerak)

Karakteristik fisik suatu fluida dapat dipelajari ketika fluida tersebut berada dalam Keadaan Diam atau Statis. Pada bagian awal, saya akan membahas mengenai fluida statis.

Fluida Statis

Arah gaya

Dalam konteks interaksi antara fluida statis dan objek, fluida selalu memberikan tekanan atau gaya dorong pada objek.

Gaya dorong yang dihasilkan oleh fluida selalu bersifat normal atau tegak lurus

Massa Jenis

Ilustrasi bola kayu dan bola besi

Apabila kita membandingkan dua objek yang berbeda jenis, seperti bola besi dan bola kayu, yang keduanya memiliki volume yang sama, kita dapat dengan mudah memprediksi bahwa bola besi akan lebih berat dibandingkan bola kayu. Mengapa hal ini bisa terjadi?

Singkatnya karena besi lebih PADAT!

Meskipun keduanya memiliki volume yang sama, tetapi Massa JENIS (Density) bola besi lebih tinggi daripada bola kayu, sehingga bola besi memiliki massa yang lebih besar

Massa jenis adalah salah satu besaran fisis yang penting dalam fluida.

Dalam bentuk matematis bisa kita rumuskan:

Dengan menggunakan persamaan yang telah disebutkan sebelumnya, massa jenis dari suatu fluida dapat dihitung tidak tergantung pada volumenya, baik itu satu gelas, satu galon, satu bak, ataupun satu kolam

Tekanan Hidrostatis

Apakah pernah terjadi pada kamu ketika sedang berenang atau menyelam ke dasar kolam, telinga tiba-tiba terasa sakit? kira kira kenapa ya bisa begitu?

Mengapa saat kita berenang dan mendekati dasar kolam, gerakan kita menjadi semakin lambat?

Hal ini disebabkan oleh peningkatan tekanan hidrostatis yang kita alami seiring dengan meningkatnya kedalaman di mana kita berenang.

Apa itu tekanan hidrostatis, kenapa bisa membuat telinga kita sakit ketika menyelam?

Tekanan hidrostatis terjadi ketika fluida diam dan menekan ke bawah dengan gaya yang sama ke segala arah

Dari gambar yang telah disajikan di atas, dapat dilihat bahwa tekanan hidrostatis yang diterima oleh penyelam yang berada di bawah lebih besar dibandingkan dengan tekanan hidrostatis yang diterima oleh penyelam yang berada di atasnya.

Dalam fluida yang diam, tekanan yang diberikan oleh zat cair akan berubah sesuai dengan kedalamannya

Tekanan hidrostatik dapat dirumuskan secara matematis dalam suatu bentuk persamaan.

Bagaimana jika kita ingin mengetahui perbedaan tekanan pada ketinggian yang berbeda :

Tekanan Total

Dalam kenyataannya, ketika sebuah fluida berada dalam suatu wadah, tekanan udara luar juga akan memberikan pengaruh sehingga tekanan totalnya diperoleh dengan menambahkan tekanan hidrostatik dengan tekanan udara. Besaran P0 (tekanan udara luar) umumnya memiliki nilai 1 atm (1,013 x 105 N/m2).

Ketinggian Permukaan Fluida

Ketinggian Permukaan Fluida Dalam Bejana Berhubungan

Ketinggian fluida diam dalam wadah selalu berkaitan dengan yang lainnya

2 Zat Cair dalam Pipa U

Keberadaan tekanan hidrostatik pada zat cair dapat dimanfaatkan untuk mengetahui massa jenis dari zat cair lain jika massa jenis dari zat cair referensi telah diketahui.

Dalam mengukur massa jenis zat cair, syaratnya adalah zat cair tersebut harus murni dan tidak tercampur dengan zat cair referensi.

Contohnya adalah air dengan minyak.

Prinsip yang harus dipahami adalah bahwa dalam zat cair yang sama, tekanan pada ketinggian yang sama juga sama. Pada contoh ini, titik A dan titik B memiliki ketinggian yang sama dan terletak dalam zat cair yang sama, sehingga tekanan di kedua titik tersebut sama.

Contoh soal:

1. Sebuah wadah diisi air raksa setinggi 40 cm, tentukanlah tekanan hidrostatisnya jika massa jenis air raksa adalah 13600 Kg/m³

Diketahui:

h = 40 cm = 0,4 m

g = 10 m/s²

⍴ = 13600 Kg/m³

Ditanyakan: P_h?

Jawab:

P = ⍴.g.h

P = 13600 x 10 x 0.4

= 54.400 N/m²

2. Kapal pesiar oasis of the seas memiliki panjang 361 m, dan lebar 47m. Bagian dasar kapal berada pada kedalaman 9,3 m dari permukaan laut. Perkiraan gaya yang dialami kapal akibat tekanan hidrostatis air laut dengan asumsi massa jenis air laut kira kira sama dengan massa jenis air (1000 kg/m³).

Jawab:

Tekanan hidrostatis pada lambung kapal berasal dari seluruh bagian permukaan yang terendam, dan tekanan tersebut menghasilkan gaya yang tegak lurus pada permukaan tersebut. Gaya dari permukaan kiri dan kanan akan saling meniadakan, serta gaya dari permukaan depan dan belakang juga saling meniadakan. Namun, yang tetap ada adalah gaya dari arah bawah yang berasal dari air laut.

Tekanan hidrstatis di permukaan bawah kapal

P = ⍴.g.h

P = 1000 x 10 x 9,3

= 93000 Pa

Luas permukaan bawah kapal kira kira:

A = P x L

A = 391 x 47 = 16.967 m²

Dengan demikian, gaya pada permukaan bawah kapal oleh air laut adalah

F = P.A

F = 93000 x 16.967

= 1,58 x 10⁹N

Jadi dengan bagian dasar berada pada kedalaman 9,3 meter, kapal tersebut bisa menahan beban total 158.000 ton.

3. Jika seorang penyelam, menyelam sampai ke dasar laut sampai dengan kedalaman 42 meter, jika massa jenis air laut diasumsikan (1000 kg/m³). Berapakah tekanan total yang dialami penyelam ketika ia ada di dasar laut?

Jawab:

P = ⍴.g.h

P = 1000 x 10 x 42

= 420.000 Pa

Kita tau tekanan atmosfer dipermukaan adalah 100.000 Pa

Jadi tekanan totalnya adalah

P = P₀+ ⍴.g.h

= 100.000 + 420.000

= 520.000 Pa

= 5,2 atm