FLUIDA STATIS ( FISIKA ) - AGUS PRIANTONO NC

        Mata pelajaran           : Fisika .

        Kelas                          : XI tkj 1.

        Nama                          :Aguspriantono. Nc.

        Guru                           :Pak Lumban Batu.

        Jurusan                       :TKJ (teknik komputer dan jaringan)

        Sekolah                       :SMK N 1 PARINDU.

Perihal                        :tugas sekolah.

Tema                          :Fluida tak mengalir (STATIS)

Jmlah point tema        :8 tema yaitu:tekanan, tekanan hidro statis, hukumpascal,                 

Bejana hubungan,hukum archinedes,tegangan                                                                       permukaan,kapitalitas,dan viskosita

Halaman                     :23 halaman.

Salam sukses.,.,.

FLUIDA STATIS

FLUIDA 

            Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.

Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:

     1.  Fluida statis

2.  Fluida Dinamis

FLUID ASTATIS/TAK MENGALIR
 Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser. 

Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.
tersebut.

Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom

Sifat- Sifat Fluida:

1.Tekanan

Berhati-hatilah jika kamu memegang benda tajam, seperti pisau atau jarum. Mengapa ataupun jarum tanpa ujung runcing sukar untuk dapat digunakan melakukan kerja. Mengapa demikian? Apabila kamu perhatikan kaki-kaki unggas, seperti ayam, itik, ataupun burung yang lainnya, ternyata memiliki bentuk yang berbeda-beda. Mengapa demikian? Tuhan telah menciptakan kaki binatang tersebut sedemikian rupa sesuai dengan fungsinya. Ada yang berfungsi untuk berjalan, mencengkeram, dan berenang. Jika ayam dan itik berjalan di jalan yang berlumpur, ternyata kedua bekas kaki unggas tersebut memiliki kedalaman yang berbeda. Bekas kaki apakah yang lebih dalam?demikian? Benda-benda tersebut selain sangat dibutuhkan untuk memudahkan melakukan usaha, juga dapat menyebabkan tubuh kamu terluka. Adapun pisau tumpul

 

Percobaan Sederhana untuk Memahami Konsep Tekanan

Tujuan
Memahami konsep tekanan
Alat dan bahan
Dua buah plastisin (lilin mainan) dan dua buah koin uang logam Rp500 (koin)
Cara kerja

• Siapkan alat dan bahan.
• Letakan kedua koin tersebut pada masing-masing plastisin dengan posisi seperti pada Gambar berikut

Gb.1.1 praktek konsep tekanan

(a) kedua koin diletakkan dengan posisi berbeda dan
(b) kedua koin diletakkan dengan posisi sama.

• Tekanlah kedua uang logam tersebut dengan gaya yang sama.
• Pindahkan kedua uang logam tersebut dari plastisin, lalu amati kedalaman bekas uang logam itu.
• Ulangi kegiatan di atas, tetapi posisi kedua uang logam sama dalam keadaan berdiri, seperti pada Gambar (b).
•  Tekanlah kedua uang logam tersebut dengan gaya yang berbeda.
• Amati kembali kedalamam bekas kedua uang logam tersebut.

Pertanyaan

1. Ketika kamu menekan kedua uang logam pada posisi yang berbeda dengan gaya yang sama, uang logam pada posisi manakah yang bekasnya lebih dalam? Mengapa demikian?
2. Ketika kamu menekan kedua uang logam yang posisinya sama, tetapi dengan gaya yang berbeda, yang manakah bekas uang logam yang lebih dalam? Mengapa demikian?
3. Uang logam manakah yang mendapatkan tekanan yang lebih besar?
4. Faktor-faktor apakah yang memengaruhi besarnya tekanan?

Jika kita menganalisa dengan baik, maka kita akan dapati ternyata dengan posisi yang berbeda dan gaya yang diberikan sama ternyata uang logam mengalami keadaan yang berbeda pada posisi yang berbeda. Pada posisi uang logam memiliki luas pemukaan luas tidak mengalami bekas yang dalam, tetapi untuk uang logam yang memiliki luas permukaan kecil mengalami bekas yang lebih dalam. Hal ini menandakan luas permukaan mempengaruhi bekas pada plastisin.

Ketika kita memberikan gaya pada uang logam sama halnya kita sedang menekan uang logam ke plastisin, luas permukaan ternyata mempengaruhi bekas yang ditinggalkan pada plastisin. Luas permukaan dapat kita simpulkan memiliki kaitan berbanding terbalik dengan bekas pada lastisin dan dalam matematika luas permukaan dapat ditulis sebagai hubungan pembagian sementara gaya yang diberikan terjadi hal sebaliknya. Hal ini berarti gaya dapat kita tulis sebagai perkalian, sehingga terbentuklah sebuah besaran yang kita kenal dengan istilah tekanan, hasil bagi antara gaya dan luas permukaan disebut tekanan (P).

Gaya tegak lurus (F), yang bekerja pada suatu luasan (A) disebut tekanan (p).Gaya tegak lurus itu dapat dinyatakan sebagai gaya tekan, yaitu gaya yang disebabkan adanya tekanan. Untuk dapat mengetahui adanya tekanan selalu dilihat adanya gaya dan luasan di bidang tempat bekerjanya gaya itu. Semua kenyataan ini dapat dirangkum dalam sebuah persamaan matematis:

p = F / A

dengan p = tekanan (N/m²), F = gaya (N), dan A = luas bidang tekan (m²). Satuan tekanan dalam SI adalah (Pa).

2. tekanan hidrostatis

   Tekanan Hidrostatik adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini bergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Tekanan Hidrostatika hanya berlaku pada zat cair yang tidak bergerak. Sedangkan tekanan zat cair yang bergerak akan dipelajari lebih lanjut dalam Mekanika Fluida

Tekanan pada zat cair  secara umum dibedakan menjadi dua jenis tekanan, yakni tekanan zat cair yang tidak bergerak (tekanan hidrostatis) dan tekanan  zat cair yang bergerak (mengalir). Secara konseptual tekanan hidrostatis adalah tekanan yang  berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal.

Gb.1.2 Contoh tekanan hidro statis

Tekanan Hidrostatik dirumuskan sebagai berikut

p = ρ x g x h

Keterangan:

P= Tekanan Hidrostatik (N/m2)
ρ= Massa Jenis (kg/m3)
g= Percepatan gravitasi ( m/det2)
h= Kedalaman/ketinggian  (m)

Contoh Soal:

Contoh 1

Sebuah gelas berisi air setinggi 20 cm, massa jenis air adalah 1 g/cm3. dan percepatan gravitasi yang berlaku di daerah tersebut adalah 10 m/det2. Berapakah tekanan air pada dasar gelas tersebut?

Jawaban Soal:

Diketahui : Tinggi gelas (h)= 20 cm = 0,2 m, massa jenis air (ρ) = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3, percepatan gravitasi (g)= 10  m/det2

Ditanya : Tekanan Hidrostatik air (P)

Dijawab :   p = ρ x g x h

maka: 

P =  1000 m3 x 10 m/ det2 x 0,2 m P =  2000 N/m2

Contoh 2

Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:

a. air,

b. raksa, dan

c. gliserin.                                                                       

Gunakan data massa jenis pada Tabel

Jawab

Diketahui:  h = 30 cm dan g = 10 m/s².

Ditanya   : a. P_{h air}

    b. P_{h raksa}

    c. P_{h gliserin}

               Jawab :

a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:

  P_h = ρ gh = (1.000 kg/m³) (10 m/s²) (0,3 m) = 3.000 N/m²

     b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa: 
  P_h = ρ gh = (13.600 kg/m³) (10 m/s²) (0,3 m) = 40.800 N/m²
c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin: 
  P_h = ρ gh = (1.260 kg/m³) (10 m/s²) (0,3 m) = 3.780 N/m²

    3 .hukum pascal

    Pengertian hukum pascal

Bila ditinjau dari zat cair yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Besarnya tekanan sebanding dengan pgh (p = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman) (Lohat, 2008).

Setiap titik pada kedalaman yang sama memiliki besar tekanan yang sama. Hal ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak bergantung pada bentuk wadah tersebut. Apabila ditambahkan tekanan luar misalnya dengan menekan permukaan zat cair tersebut, pertambahan tekanan dalam zat cair adalah sama di segala arah. Jadi, jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang sama (Lohat, 2008).

Jika seseorang memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang maka air akan memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Blaise Pascal (1623-1662) menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi, “tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah” (Kanginan, 2007).

Blaise Pascal (1623-1662) adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli 1623. Pada usia 18 tahun, ia menciptakan kalkulator digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan melakukan eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang dideritanya. Ia menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya bermain-main dengan air (Kanginan, 2007).

Persamaan hukum pascal

Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar) (Kanginan, 2007).

Gambar 1.3: Fluida yang Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda

Sesuai dengan hukum Pascal bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan pada penghisap kedua (Kanginan, 2007).

Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.

P = F : A

sehingga persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.

P₁ = P₂

F₁ : A₁ = F₂ : A₂

dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m²).

    Contoh Penggunaan Rumus Hukum Pascal diatas adalah sebagai berikut :

Luas penampang kecil (A1) adalah = 10 cm2

Luas penampang besar (A2) adalah = 1 m2

Perbandingan antara A2/A1 adalah 1000 kali

Hal ini berarti, dengan mengerjakan gaya F1 = 10 N pada tabung kecil, maka gaya yang dihasilkan dan peroleh pada tabung besar adalah :

F2 = F1

= 10 N x 1.000

= 10.000 N 

Dengan demikian, gaya 10 N yang kalau kita perkirakan mampu untuk digunakan menekan sebuah paku payu payung pada papan, tetapi mampu menghasilkan gaya sebesar 10.000 N yang kira-kira sama dengan berat mobil sedan.

Contoh soal Hukum Pascal :

Pompa hidrolik mempunya luas penampang kecil 10 cm2. Jika gaya 10 N dapat digunakan untuk mengangkat  mobil dengan berat 10.000 N, berapa luas penampang besar?

Jawabannya adalah :

A2 = F1  A1 = 10.000 N  X 10 cm2

        F2                   10 N

= 10.000 cm2

= 1 m2

Ada berbagai macam satuan tekanan. Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m²) yang dinamakan pascal (Pa). Satu pascal sama dengan satu newton per meter persegi. Dalam sistem satuan Amerika sehari-hari, tekanan biasanya diberikan dalam satuan pound per inci persegi (lb/in²). Satuan tekanan lain yang biasa digunakan adalah atmosfer (atm) yang mendekati tekanan udara pada ketinggian laut. Satu atmosfer didefisinikan sebagai 101,325 kilopascal yang hampir sama dengan 14,70 lb/in². Selain itu, masih ada beberapa satuan lain diantaranya cmHg, mmHg, dan milibar (mb).

1 mb = 0.01 bar

1 bar = 10⁵ Pa

1 atm = 76 cm Hg = 1,01 x 10⁵ Pa= 0,01 bar

1 atm = 101,325 kPa = 14,70 lb/in²

Untuk menghormati Torricelli, fisikawan Italia penemu barometer (alat pengukur tekanan), ditetapkan satuan dalam torr, dimana 1 torr = 1 mmHg (Tipler, 1998).

Penerapan hukum pascal

Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair (Krist, 1980).

Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah

1. Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,

2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A) (Krist, 1980).

Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar (Kanginan, 2007). Prinsi inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik.

4.bejana hubungan

    Bejana berhubungan adalah sebuah bejana yang mempunyai beberapa pipa yang saling berhubungan. Hukum       bejana berhubungan menyatakan jika bejana berhubungan diisi zat cair yang sejenis dalam keadaan seimbang,   maka permukaan zat cair akan berada pada satu bidang sejajar ( datar ). Contoh peralatan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum bejana berhubungan antara lain kendi, teko, pembuatan dam, dan menara penampung air.

   

gb1.4:gambar bejana berhubungan                                      gb.1.5

cair yang tidak sejenis, bejana digoyang-goyangkan, salah satu kaki bejana ada yang berupa pipa kapiler, bejana ada yang mendapat tekanan yang tidak sama.Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika bejana diisi dengan zat

Pada gambar terlihat bahwa tinggi permukaan air dan minyak goreng tidak sama. Titik P adalah titik khayal yang terletak di perbatasan antara minyak goreng dan air. Titik Q adalah titik khayal pada air di ujung bejana lain. Tinggi titik P dan Q sama jika diukur dari dasar bejana. Di titik P dan Q, tekanannya adalah sama. Dengan demikian, dapat dituliskan sebagai berikut.

p1 = p2

ρ1 × g × h1 = ρ2 × g × h2

           Karena harga g sama, maka:

ρ1 × h1 = ρ2 × h2

Keterangan:

ρ 1 = massa jenis zat cair 1

ρ 2 = massa jenis zat cair 2

h1 = tinggi permukaan zat cair 1

h2 = tinggi permukaan zat cair 2

Persamaan di atas merupakan formulasi untuk menyelesaikan masalah dalam bejana berhubungan yang berisi dua jenis zat cair.

Contoh:
         Pada sebuah pipa U, terdapat air (massa jenis = 1.000 kg/m³). Kemudian dimasukkan zat cair lain hingga mengisi 10 cm bagian kiri pipa. Jika diketahui beda ketinggian permukaan zat cair adalah 1 cm, hitunglah massa jenis zat cair tersebut:

Penyelesaian

Diketahui:

h2= h1 – Δh

h2= 10 cm – 1 cm

h2= 9 cm = 9 × 10–2 m

ρ 2 = 1.000 kg/m³

Ditanyakan: ρ 1 = .... ?

Jawaban:

ρ1 · h1 = ρ2 · h2

ρ1 × 0,1 m = 1.000 kg/m3 × 9 × 10^-2 m

ρ1 = 900 kg/m³

Jadi, massa jenis zat cair tersebut adalah 900 kg/m3

     5.hukum archinedes

       Penjelasan Hukum Archimedes Fisika. Apabila Anda berdiri di dalam kolam renang yg sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut Anda akan merasa seolah-olah badanmu semakin ringan. Bahkan apabila air kolam sudah sampai kepala, Anda dapat terapung. Prinsip ini biasa juga digunakan agar kapal laut terapung di permukaan air. Supaya Anda dapat merancang sebuah kapal laut, tentu Anda harus tahu hukum alam yg terjadi pada peristiwa tersebut.

      Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Hal ini terlihat dari penunjukkan neraca pegas yg lebih kecil. Peristiwa ini tentu bukan berarti ada massa benda yg hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yg mendorong benda yg arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Gaya apakah itu? Seorang ahli Fisika yg bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yg sama dengan hasil percobaan Anda, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (FA).

     Apabila Anda lihat hasil percobaan yg telah dilakukan, ternyata gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air.

FA = wu–wa

dengan: FA = gaya apung atau gaya ke atas (N), wu = gaya berat benda di udara (N), wa = gaya berat benda di dalam air (N)

      Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yg didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yg didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yg menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yg besarnya sama dengan berat zat cair yg didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

FA = ρ.V.g

dengan: FA = gaya apung (N), ρ = massa jenis zat cair (kg/m3), V = volume zat cair yg didesak atau volume benda yg tercelup (m3), g = konstanta gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s2).

Contoh soal hukum Archimedes

1. Berapa volume batu yang dimasukkan ke dalam air laut jika berat air laut yang dipindahkan batu adalah 2 Newton ? Massa jenis air laut = 1025 kg/m³.

Pembahasan:

Jawab :
Hukum Archimedes menyatakan bahwa berat air yang tumpah (air yang dipindahkan oleh besi) sama dengan besar gaya apung yang dikerjakan air pada besi.

Volume air yang dipindahkan = volume batu yang dimasukkan ke dalam air laut = 199,1 cm³.

2.Sebuah wadah penuh terisi air. Sepotong besi 2 cm³ ditenggelamkan ke dalam wadah sehingga sebagian air tumpah. Berapa massa air yang tumpah ?

Pembahasan

3. Massa benda di udara 15 kg dan massa benda di dalam air 13,7 kg. Apakah benda terbuat dari emas murni ?
Pembahasan
Diketahui:
m=15kg
m’=13,7kg
Ditanya :apakah benda terbuat dari emas murni ?
Jawab :
Gravitasi khusus emas murni = 19,3 atau massa jenis emas murni = 19300 kg/m³. Apabila massa jenis benda sama dengan massa jenis emas murni maka benda terbuat dari emas murni.
Berapa massa jenis benda ?
Gaya apung (F_A) sama dengan berat benda di udara (w) dikurangi berat benda di dalam air (w’).

Masukan nilai massa benda di udara dan massa benda di dalam air :
Perbandingan antara massa jenis benda terhadap massa jenis air (/) = gravitasi khusus benda. Jadi gravitasi khusus benda = 11,3.
Masssa jenis benda = gravitasi khusus dikalikan dengan massa jenis air = (11,3)(1000 kg/m3) = 11.300 kg/m³.
Gravitasi khusus emas murni 19,3 dan massa jenis emas 19.300 kg/m³ karenanya benda tidak terbuat dari emas murni.

    6. Tegangan permukaan air

       Tegangan Permukaan air– Salah satu sifat yang dimiliki fluida statis adalah permukaannya punya tegangan. Tegangan tersebut dinamakan tegangan permukaan. Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk meregang sehingga permukaannya nampak seolah dilapisi oleh suatu lapisan. Pasti diantara sobat hitung pernah mengamati ada nyamuk atau serangga kecil lainnya yang bisa berdiri atau berjalan di atas air tanpa tengggelam. Itu terjadi karena ada tegangan permukaan zat cair. Yang menjadi penyebab utama adanya tegangan permukaan adalah gaya kohesi (gaya terik menarik molekul sejenis) dari fluida atau zat cair. Setiap molekul zat cair saling menarik moelkul di sekitar mereka. Gaya tari menarik ini memicu adanya ikatan yang cukup kuat antar molekul.

      Tegangan Permukaan pada Air

      Salah satu fluida yang kita jumpai setiap air adalahh air (H₂O). Air memiliki tegangan permukaan sebesar 72 dyne/cm2 ketika suhunya 25o. Artinya sobat akan memerlukan 72 dyne untuk memcahkan tegangan permukaan air sepanjang 1 cm. Tegangan permukaan air berbanding terbalik dengan suhunya. Jika suhu air naik maka tegangan permukaannya semakin kecil. Pendapat bahwa mencuci pakaian dengan air panas akan lebih bersih adalah benar. Suhu yang tinggi akan menurunkan tegangan permukaan sehingga air lebih bisa membasahi pori-pori kain dengan lebih baik. Detergen sekarang banyak terkandung zat surfactan. Zat ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan zat cair sehingga akan hasil cucian bisa lebih bersih.

Ternyata banyak peristiwa melibatkan “tegangan permukaan zat cair” yang kita jumpai setiap hari, diantaranya

1. Beberapa jenis serangga kecil bisa berjalan di atas air. Laba-laba air dapat begitu mudah bergerak cepat di atas air bukan hanya semata karena tubuhnya yang ringan dan morfologi tubuh yang mendukung, tetapi juga dikarenakan adanya tegangan permukaan zat cair.
2. Jarum kecil bisa terapung di atas air. Jika dilihat dari massa jenisnya jarum akan lebih besar dari massa jenis air. AKan tetapi jika sobat mencoba meletakkan jarum pelan-pelan di atas air tenang jarum tersebut bisa terapung sementara. Tegangan permukaan zat cair menahan gaya berat dari jarum. Air perlu dijaga agar tidak goyang. Jika air goyang jarum dengan cepat akan  memecah tegangan permukaan dan tenggelam ke dasar.
3. Sabun Mandi dan Detergen
4. Produk sabun mandi dan detergen selain untuk membunuh kuman di badan juga berguna menurunkan tegangan permukaan air akan air dapat membasahi tubuh lebih sempurna dan hasilnya akan lebih bersih.

GB 1.6. Tegangan Permukaan Zat Cair pada jarum

Rumus Tegangan Permukaan Zat Cair

Tegangan permukaan (gama) merupakan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan dengan panjang permukan tempat gaya tersebut bekerja.  Rumus fisikanya

γ = F/d

dengan γ = tegangan permukaan (N/m atay Dyne/cm)
d = panjag permukaan (m atau cm) dimana dilai d adalah = 2l

Contoh Soal:

Sebtang kawat dibengkokkan seperti huru U. Kemudian kawat kecil PQ yang bermassa 0,2 gram dipasang dalam kawat tersebut(perhatikan gambar). Kemudian kawat tersebut dicelupkan ke dalam cairan sabun dan diangkat vertikal sehingga ada lapisan tipis sabun di antara kawat tersebut. Ketika ditarik ke atas kawa kecil mengalami gaya tarik ke atas oleh lapisan sabung. Agar terjadi keseimbangan, maka pada kawat kecil PQ digantungkan benda dengan massa 0,1 gram. Jika panjang kawat PQ = 10 cm dan nilai gravitasi 9,8 m/s², berapa tegangan sabun tersebut?

Gb 1.7

Pembahasan:

Diketahui : Massa kawat = 0,2 gram = 2 x 10^-4 kg; Panjang kawat (l) = 10 cm = 10^-1 m; Massa benda = 0,1 gram = 1 x 10^-4 kg; g = 9,8 m/s²

Ditanyakan : tegangan permukaan lapisan sabun (g)

Rumus
γ= F/d ( d = 2l)
F = berat kawat ditambah berat benda = 3 x 10^-4 kg x 9,8 = 2,94 x 10^-3 N
γ = 2,94 x 10^-3/ 2x 10^-1 = 1,47 x 10^-2 N/m. Jadi besarnya tegangan permukaan adalah 1,47 x 10^-2 N/m.

Jadi dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.

7. kapitalitas

Kapilaitas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.22. Pada gambar tersebut, diameter dalam pipa kapiler dari kiri ke kanan semakin kecil. Semakin kecil diameter dalam pipa kapiler, kenaikan permukaan air di dalam pipa kapiler akan semakin tinggi.

Gb 1.8Tabung pipa kapiler

Permukaan zat cair yang membasahi dinding, misalnya air, akan naik. Adapun yang tidak membasahi dinding, seperti raksa, akan turun. Dalam kehidupan sehari-hari, contoh-contoh gejala kapiler adalah sebagai berikut. Minyak tanah naik melalui sumbu lampu minyak tanah atau sumbu kompor, dinding rumah basah pada musim hujan, air tanah naik melalui pembuluh kayu.
Contoh kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari :
1. Naiknya minyak pada sumbu kompor dan obor minyak tanah
2. Naiknya air tanah menuju daun pada tumuhan.
3. Meresapnya air pada kain yang direndam
4. Basahnya tisu yang salah satu ujungnya terendam air.
5. Naiknya air pada musim hujan sehingga dinding rumah basah,
6. Air menggenang dapat diserap dengan kain pel, spons, atau kertas isap, dan
7. Cairan tinta yang tumpah dapat diserap oleh kapur tulis atau kertas isap

       Peristiwa air membasahi dinding, atau raksa tidak membasahi dinding dapat dijelaskan dengan memperhatikan gaya tarik-menarik antarpartikel. Gaya tarik-menarik antarpartikel sejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik menarik antarpartikel tidak sejenis disebut adhesi. Air membasahi dinding kaca karena adanya gaya kohesi antarpartikel air yang lebih kecil daripada gaya adhesi antara partikel air dan partikel dinding kaca. Sedangkan, raksa memiliki gaya kohesi lebih besar daripada gaya adhesinya dengan dinding kaca sehingga tidak membasahi dinding kaca. Gaya adhesi air yang lebih besar dari kohesinya menyebabkan permukaan air berbentuk meniskus cekung, sedangkan gaya kohesi raksa lebih besar dari gaya adhesinya sehingga menyebabkan permukaan raksa berbentuk meniskus cembung. Jika zat cair dimasukkan ke dalam suatu pipa kapiler, permukaan zat cair tersebut akan melengkung. Permukaan melengkung zat cair di dalam pipa disebut meniskus.

Gambar 1.9 yGaya tegangan permukaan pada fluida dalam tabung kapiler. Fluida naik jika θ < 90° dan turun jika θ > 90°.

     Gambar 1.9 memperlihatkan gaya tegangan permukaan cairan di dalam pipa kapiler. Bentuk permukaan cairan di dalam pipa kapiler bergantung pada sudut kontak (θ ) cairan tersebut. Permukaan cairan akan naik jika θ < 90° dan turun jika θ > 90°. Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

mg = F cosθ

ρ Vg = γ l cosθ

ρ π r2hg = γ 2π r cosθ

dengan: h = kenaikan atau penurunan zat cair (m),
γ = tegangan permukaan (N/m),
g = percepatan gravitasi (m/s²), dan
r = jari-jari alas tabung/pipa (m).

Jika suatu zat cair membasahi dinding pipa, sudut kontaknya kurang dari 90° dan zat cair itu naik hingga mencapai tinggi kesetimbangan. Zat pencemar yang ditambahkan pada zat cair akan mengubah sudut kontak itu, misalnya detergent mengubah sudut kontak yang besarnya lebih dari 90° menjadi lebih kecil dari 90°. Sebaliknya, zat-zat yang membuat kain tahan air (waterproof) menyebabkan sudut kontak air dengan kain menjadi lebih besar dari 90°.

Gambar 1.10Efek bertambah kecilnya sudut kontak yang ditimbulkan suatu zat pencemar.

Contoh soal kapilaritas

1. Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan secara vertikal ke dalam air, sudut kontaknya 60°. Jika tegangan permukaan air 0,5 N/m dan g = 10 m/s², tentukanlah kenaikan air pada tabung.
Jawab
Diketahui:
 dtabung = 0,4 cm, θ = 60°, γ = 0,5 N/m, dan g = 10 m/s²

h = 0,025m
2. Berapa tinggi air yang naik dalam pipa yang jari-jarinya 0,15 mm jika sudut kontaknya nol? γ untuk air adalah 0,073.
Penyesuaian :
Diketahui :
r = 0,15 mm = 1,5 x 10^-4m, ρ =1.000 kg/m³
Jawab :
Ketinggian air h adalah:

= 9,93 x 10^-2m = 9,93 cm
Jadi, tinggi air dalam pipa =9,93 cm
3. Tegangan permukaan air raksa adalah 0,465 N/m. Sudut kontak air raksa dengan pipa kapiler berjari-jari 2,5 mm pada mangkuk sebesar 150°. Berapa ketinggian air raksa relatif terhadap permukaan air raksa dalam mangkuk?
Penyelesaian :
Diketahui :
r = 2,5 mm, γ = 0,465 N/m, θ = 150,
Jawab :

Jadi, ketinggian air raksa negatif, atau ketinggian air raksa dalam pipa kapiler di bawah permukaan air raksa di mangkuk.

8.Viskositas

        Viskositas adalah ukuran hambatan aliran yang ditimbulkan fluida bila fuida tersebut mengalami tegangan geser. Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluida.  Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas tinggi.

       Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.

  

   Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas A dan letaknya pada jarak y dari suatu permukaan yang tidak bergerak dinyatakan oleh penurunan rumus :

Gb. 1.11

 F = η A

Keterangan :

η   = koefisien viskositas

Av = besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida

y   = letak sesuatu dari permukaan yang tidak bergerak

Satuannya kg m-1 s-1.

Catatan pada viskositas :

1.  Aliran viskositas (viscous flow). Dalam berbagai masalah keteknikan pengaruh dari viskositas pada aliran adalah kecil, dan dengan demikian diabaikan. Cairan kemudian dinyatakan sebagai tidak kental (invicid) atau, seringkali, ideal, dan µ diambil sebesar nol. Tetapi kalau istilah aliran viskos dipakai, ini berarti bahwa viskositas tidak diabaikan.

2.  Kecepatan (velocity). Dalam aliran viskos hokum dasarnya adalah bahwa kecepatan fluida pada tepi batas harus sama dengan kecepatan dari tepi batas itu. Sebaliknya, ada gradient kecepatan sangat kecil di sebelah tepi batas dan, karena

R =  µA , suatu tegangan geseran tak hingga.

3.  Tegangan geser (shear strength). Telah diketahui benar bahwa cairan yang tidak bergerak tidak memiliki tegangan geser, karena dalam keseluruhan mereka berubah bentuk untuk mengisi tempatnya, bagaimanapun juga bentuknya. Akan tetapi, ketika sedang bergerak, mereka mempunyai tegangan geser, karena kalau R adalah hambatan viskosnya yang terjadi meliputi luas A tegangan geser adalah

  = µ  .

4.  Dimensi-dimensi dariµ. Karena hambatan viskos, R =  µA , µ mempunyai dimensi-dimensi dari tegangan dibagi dengan gradient kecepatan yaitu:

(MT^-2L^-1) ÷ (LT^-1/L) = ML^-1T^-1

Cara lain untuk melukiskan satuan-satuan ini didapatkan dengan menyatakan µ dalam bentuk µ =  , darimana mereka dapat didefinisikan sebagai NS/m² , yaitu :

1kg/ms = 1 Ns/m²

Dalam system c.g.s. satuan-satuan dari µ adalah poise, yang sama dengan 1 g/(cm detik). Jadi:

1 kg/ms = 10 poise = 1000 centipoise.

5.  Koefisien viskositas kinematis (Coeficient of kinematic viscosity), v(nu), didefinisikan sebagai v =  . V diukur dengan m²/s atau dalam Stokes, 1 Stoke adalah 1 cm2/s, dan hubungan antara keduasatuanini:

1 centistoke (cSt) = 10^-6 m²/s

Dimana1 Stoke = 100 centistokes.

6. Hambatanviskos (viscos drag). RumusR =  µAdapat dipakai pada gerak relative dua silinder konsentris (dengan cairan diantaranya) dari diameter yang hamper sama . Ini mirip dengan rencana keteknikan biasa , yang terdapat misalnya, pada poros, dilumasi dengan minyak, berputar di dalam bantalannya.

- Satuan SI(standar internasional)

         Satuan system internasional (SI) untuk koifisien viskositas adalah Ns/m² = Pa.S (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien viskositas adalah dyn.s/cm² = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipolse (cp). 1 cp = 1/1000 p. satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Prancis, almarhum Jean Louis Marie Poiseuille.

            1 poise = 1 dyn. s/cm² = 10^-1 N.s/m²

Fluida adalah gugusan molukel yang jarak pisahnya besar, dan kecil untuk zat cair. Jarak antar molukelnya itu besar jika dibandingkan dengan garis tengah molukel itu. Molekul-molekul itu tidak  terikat pada suatu kisi, melainkan saling bergerak bebas terhadap satu sama lain. Jadi kecepatan fluida atau massanya kecapatan volume tidak mempunyai makna yang tepat sebab jumlah molekul yang menempati volume tertentu terus menerus berubah (while, 1988).

Fluida dapat digolongkan kedalam cairan atau gas. Perbedaan-perbedaan utama antara cair dan gas adalah :

a.    Cairan praktis tidak kompersible, sedangkan gas kompersible dan seringkali harus diperlakukan demikian.

b.    Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas, sedangkan agar dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya (While, 1988).

Dimana :

p =          tekanan hidrostatis

r  =          jari-jari kapiler

t  =          waktu aliran zat cair sebanyak volume V dengan beda tinggi h

L =          panjang kapiler

Untuk air :

Ŋair = πρr⁴ . ta . pa.g.h / ( 8VL)

Secara umum berlaku :

Ŋx = πρr⁴ . tx . px.g.h / ( 8VL)

Jika air digunakan sebagai pembanding, maka :

Ŋx / ŋair = tx.ρx / taρa

Berdasarkan hokum stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga : gaya gesek = gaya berat, gaya Archimedes :

6πrV_max = 4/3 r³ (ρ_bola – ρ_cair) g

Ŋ = { 2/g r³ (ρ_bola – ρ_cair) g } / V_max

V_max = h / t

Dimana :

t = waktu jatuh bola pada ketinggian h

Dalam percobaan ini dipakai cara relative terhadap air, harganya :

Ŋa = [ 2/g r² (ρ_a – ρ₁) g ta ] / h

Ŋx = [ 2/g r² (ρ_x– ρ₁) g tx ] / h

Ŋx/ Ŋa = [ (ρ_x – ρ₁) g tx ] / [ (ρ_a – ρ₁) g ta ]

Sumber: google serta pembaharuan  aguspriantono.nc

Semoga dapat bermanfaat

Sukses selalu