Transcript . HIDROSTATIKA P09 ( OFC)

HIDROSTATIKA
.
P09 (OFC)
Sebagaimana yang telah disebutkan dalam pertemuan
……ke 8 ,zat cair termasuk dalam fisika zat alir (= mekani
…..-ka fluida).Pada pertemuan ini akan dibahas mengenai
…. zat alir yang diam atau disebut hidrostatika .
. Pembahasan akan meliputi : kerapatan zat ,satuan… satuan tekanan dan kerapatan ,hukum Pascal ,hukum
…. Archimides , alat pengukur tekanan dan tegangan
…. muka . Prinsip Pascal umumnya dipergunakan pada
….. pompa vakum dan pompa hidrolik sedangkan prinsip
….. Archimedes industri perkapalan .Setelah mengikuti
…. dengan baik mata pelajaran ini , mahasiswa diharap…. kan dapat menyelesaikan masalah-masalah yang ber…. hubungan dengan hirostatika dan ilmu yang terkait
6/28/2016
1
1. Pendahuluan .
Hidrostatika merupakan ilmu yang mempelajari ten tang zat alir yang berada dalam keadaan diam.
● Kerapatan
- Rapat massa (kerapatan ), ρ [N/m2 ] :
ρ = (massa [kg]) / (volum[m3])
….(01)
ρair = 1000 kg/m3 {SI}
ρwater = 1.94 slug/ft3 {British}
.
- Rapat berat (= weight density , D [lb]
D = (berat benda) / (volum benda) = ρg
Dwater = 62.4 lb/ft3 {British}
- Berat jenis , BJ :
BJ = {(berat benda) / (berat benda baku)}
BJ = {( ρbenda ) / ( ρair )}
6/28/2016
2
2. Tekanan hidrostatik.
(p + dp)A
dy
dW.
y
pA
ρ
Ditinjau elemen volum
yang berbentuk silinder
tebalnya dy dan luas A
Total gaya yang bekerja
pada volum ini adalah :
pA = (p + dp)A + dW
dW = ρ g A dy →
dp/dy = - ρg
…(02)
y=0
p
2
y
2
 dp    gdy
p
6/28/2016
1
y1
3
p2 – p1 = - ρg (y2 – y1 )
…….(02a)
Kalau dipakai titik permukaan cairan sebagai
referensi perhitungan jarak ,maka pada y = 0
tekanannya p0 = 1 atm dan pada y1
tekanannya = p →
p = p0 + ρgh
.
……..(03)
Contoh :
Carilah tekanan udara pada ketinggian y km dari
permukaan laut. (Hukum tinggi barometer)
Persamaan (02) : dp/dy = - ρg
Menurut hukum Boyle : pV = konstan →
ρ/ρ0 = p/p0 →
6/28/2016
4
dp/p = - {(g ρ0) / p0 }dy →
ln(p/p0 ) = - g ρ0 y / p0 →
p = p0 exp (- g ρ0 y / p0)
(Hukum tinggi barometer)
…….(04)
bila p = 1 atm , g = 9.81 m / s2
ρ0 = 1.293 kg / m3 maka
p = p0 exp -(1/8 )h
6/28/2016
…….(05)
5
simulasi tekanan hidrostatik
http://www.walter-fendt.de/ph11e/hydrostpr.htm
6/28/2016
6
3. Prinsip Pascal
Apabila tekanan pada suatu zat alir yang berada
dalam ruang tertutup berubah maka tekanan pada
segenap bagian zat alir akan berubah dengan besar
yang sama.
Contoh pnggunaan prinsip Pascal adalah pompa
hidrolik.
4. Prinsip Archimedes
Prinsip Archimedes juga merupakan konsekuensi
dari adanya tekanan hidrostatik zat alir yang diam.
Suatu benda baik sebagian atau seluruhnya berada
dalam suatu zat alir akan mengalami gaya ke atas
(apung) sebesar berat zat alir yang dipindahkan
6/28/2016
7
Gaya apung (Fbouyancy ) = Berat fluida
yang dipindahkan
Macam-macam kesetimbangan :
Benda terapung : ρbenda < ρfluida
Benda melayang : ρbenda = ρfluida
Benda tenggelam : ρbenda > ρfluida
Contoh penggunaan prinsip Archimedes : kapal,
kapal selam.
5. Alat pengukur tekanan : Barometer ,manometer
Satuan tekanan :
1 Pascal (Pa) = [N/m2 ]
1 Atm
= 105 Pa
6/28/2016
8
1 Torr
= 1 mm Hg = 1332.32 Pa
simulasi gaya apung
http://www.walter-fendt.de/ph11e/buoyforce.htm
6/28/2016
9
Contoh soal 1 : Sebuah benda dari aluminium
massanya 25 gr.. Berapakah volum benda tersebut
dan berapakah tegangan dalam tali bila benda
tersebut dicelupkan dalam air. (ρAl = 2700 kg / m3 )
Jawaban : . ρ = m / V → V = m / ρ
T
V = (0.025 kg) / (2700 kg / m 3)
= 9.26 x 10-4 m3
FB
Gaya apung (bouyancy) =
Berat volum cairan yang
W
dipindahkan
FB = V x ρair x g
= 9.26 x 10-4 m3 x 1000 kg / m3 x 9.8 m/s2
6/28/2016
10
FB = 0.091 N
W = FB + T → T = 0.154 N
Contoh soal 2 :
Pada system yang tergambar di bawah ini ,silinder
kiri luas penampangnya 1000 cm2 dan berbeban
1000 kg. Penghisap kanan S luas penampangnya 50
cm2 sedangkan beratnya diabaikan.. Bejana ini diisi
dengan minyak , kerapatan minyak adalah 800
kg/m3
Berapakah gaya F agar system berada dalam
keadaan seimbang .
Jawaman :
Tekanan di AKR = tekanan di AKN
6/28/2016
11
(1000 kg x 9.8 /s2 )/(1/10)m2 =
(F/(5 x 10-3 m2 ) + 10 m x 800 kg/m3 x 9.8 m/s2
→ F = 98 N F
S
R
1000 kg
6/28/2016
10 m
12
6. Tegangan permukaan
.
.
.
.
.
.
.
.
Kalau berada di tempat terbuka yang ada
.
airnya , kita dapat melihat capung hinggap di
atas permukaan air dan tidak tenggelam ,
demikian pula halnya dengan nyamuk .
Sebuah jarum pun bila diletakkan secara hatihati di atas permukaan air tidak akan tengge
-lam . Penyebab terapungnya benda-benda
tersebut adalah karena adanya tegangan
muka pada permukaan cairan .
● Gaya adhesi
.
Gaya adhesi adalah adalah gaya tarik
menarik antara dua jenis molekul .
6/28/2016
13
.
Contohnya : setetes air bila ditumpahkan
pada permukaan kaca akan melebar
● Gaya kohesi
.
.
Gaya kohesi adalah gaya tarik menarik anta
-ra mulekul sejenis .
Contohnya : air raksa mengumpul bila
ditumpahkan pada permukaan kertas
● Tegangan muka , H [N/m] :
Satuan tegangan muka H adalah [N/m] .
6/28/2016
14
.
.
● Kapilaritas
Pipa kapiler adalah pipa yang diameter
dalamnya kecil
Kenaikan cairan (air) dalam suatu pipa
kapiler adalah sebagai berikut :
Θ
Θ
h
.
Komponen vertikal
vertikal dari gaya
tegangan muka
akan menahan berat cairan untuk turun ke bawah
Gaya berat = gaya tegangan muka
6/28/2016
15
γ 2 π r cos Θ = ρ (π r2 h) g
2  cos 
h
rg
.
………(06)
Contoh :
Caralah kenaikan cairan air raksa dalam .
pipa kapiler yang berjejari 3 mm ( γ = koefi
-sien tegangan muka air raksa = 0.465 N/m
sudut kontaknya Θ = 1400
Jawaban :
Θ
6/28/2016
Θ
2  cos 
h
rg
16
h
.....
.
....
.....
.....
2(0.465 N / m) cos 
(13.6 x 10 3 kg / m 3 )(3 x 10 3 m)(9.8 N / kg)
Jadi h = -1.78 mm (Cairan dalam pipa kapiler .
lebih rendah 1.78 mm dari permukaan cairan
dalam bejana
Aplikasi dari pada kenaikan cairan dalam kapiler
adalah naiknya air tanah ke daun-daun dari pohon
kelapa.
Penerapannya dalam bidang teknik adalah
pemurnian air melalui sistem serabut
6/28/2016
17
Rangkuman :
1.Kerapatan , ρ [kg/m3 ] :
….
ρ = (massa[kg] / vol[m3])
2.Tekanan hidrostatik , p [N/m2]
p
2
 dp
…
p
1
y
 
2
 gdy
y1
→ p = p0 + ρgh
p0 = tekanan atmosfir
3.Prinsip Pascal :
… Tekanan yang diberikan pada pada suatu
…. cairan dalam ruangan tertutup akan diterus…. kan ke segala arah.
4.Prinsip Archimedes :
6/28/2016
18
Suatu benda yang dimasukkan dalam suatu
…. cairan tertentu akan mengalami gaya ke atas
…. sebesar berat cairan yang dipindahkan
5. Alat pengukur tekanan
Barometer : alat pengukur tekanan udara
Manometer : alat pengukur tekanan duatu bejana
…. tertutup .
Satuan tekanan :
1 Pascal (Pa) = N/m2
1 Bar
= 105 Pa
1 Torr
= mm H
…6. Tegangan permukaan :
Benda-benda ringan dapat terapung diatas cairan
…. karena adanya tegangan pemukaan pada batas
6/28/2016
19
antara dua media yang berbeda fasa . Tegangan
….. permukaan ini disebabkan oleh gaya-gaya
….. molekuler . Gaya-gaya ini pula yang menyebab…. kan cairan naik dalam pipa kapiler ,
Satuan tegangan permukaan , H[N/m]
6/28/2016
20