Embedded Files
PENGERTIAN FLUIDA
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat cair 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. Zat gas juga dapat mengalir dari 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 dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:
Fluida Statis
Fluida Dinamis
FLUIDA STATIS
Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam keadaan tidak bergerak (diam) Contoh fluida yang diam adalah air di bak yang tidak terpengaruh oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak.
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 M.g. 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 tersebut.
Besaran-besaran fluida statis ini di antaranya adalah :
Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).
Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik (kg·m⁻³) Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.
mρ = ---- V
dengan:
m = massa (kg atau g),
V = volume (m³ atau cm³), dan
ρ = massa jenis (kg/m³ atau g/cm³).
Massa Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel berikut.
Bahan................Massa Jenis (g/cm3)
Air..................................1,00
Air laut........................1,03
Gliserin........................1,26
Aluminium.................2,7
Kuningan....................8,6
Baja...............................7,8
Perak............................10,5
Benzena.......................0,9
Platina.........................21,4
Besi...............................7,8
Raksa...........................13,6
Emas............................19,3
Tembaga......................8,9
Es..................................0,92
Timah Hitam.............11,3
Etil Alkohol...............0,81
Udara..........................0,0012
Uap air........................0,0006
Hidrogen....................0,00009
Contoh soal :
Sebuah benda memiliki massa 50 gram dengan volume 6 cm³. Berapakah massa jenis benda tersebut? ( dalam satuan gram / cm³ )
Pembahasan.
Diketahui : m = 50 gram
V = 6 cm³
Ditanyakan : ρ
Jawab :
ρ = m / V
= 50 / 6
= 8,33 gram / cm³
Jadi massa jenis benda tersebut ialah 8,33 gram / cm³.
Volume sebuah kubus kayu ialah 6 cm³. Apabila kayu ini memiliki massa jenis 80 g/cm³, berapakah gram massa kayu itu?
Pembahasan.
Diketahui : V = 6 cm³
ρ = 80 g / cm³
Ditanyakan : m
Jawab :
m = ρ x V
= 80 x 6
= 480 gram
Jadi massa benda tersebut ialah 480 gram.
Berat Jenis
Berat jenis adalah berat benda tiap satuan volume. Berat jenis juga disebut kerapatan jenis. Berat jenis dilambangkan dengan huruf "s" dan di rumuskan sebagai berikut :
ws = ---- V
m . gs = -------
V
s = ρ . g
Dimana :
s = berat jenis (N/m³)
w = berat benda (N)
V = volume benda (m³)
ρ = massa jenis (kg/m³)
Contoh soal :
Sebuah kubus terbuat dari besi dengan sisi 5 cm mempunyai massa 975 gram. Apabila percepatan gravitasi bumi g = 1.000 cm / s2 , hitunglah berat jenisnya!
Pembahasan :
Diketahui:
r = 5 cm
m = 975 gram
g = 1.000 cm / s2
Ditanyakan : s
Penyelesaian:
Pertama, kita cari dulu volume benda ( V ):
V = r . r . r
= 5 . 5 . 5
= 125 cm3
Kedua, kita gunakan rumus berat jenis (s):
m . gs = -------V
975 . 1000s = ----------
125
= 7,8 . 1000
= 7.800 dyne / cm3
Jadi, berat jenis kubus tersebut adalah 7.800 dyne / cm3.
Sebuah kubus yang terbuat dari tembaga dengan massa 1 kg diketahui berat jenisnya sebesar 8.000 dyne/cm3. Apabila percepatan gravitasi bumi g = 1.000 cm/s2 , hitunglah panjang rusuk kubus tersebut!
Jawaban:
Diketahui:
m = 1 kg = 1.000 gram
s = 8.000 dyne / cm3
g = 1.000 cm / s2
Ditanyakan: : r
Penyelesaian:
Pertama, kita cari dulu nilai volume ( V ) dari rumus berat jenis:
m . gs = -------V
1000 . 10008000 = -----------
V
1000 . 1000
V = ------------8000
= 125 cm3
Kedua, kita cari panjang rusuk dari nilai volume:
r = 3√ V
= 3√ 125
= 5 cm
Jadi, panjang rusuk kubus tersebut adalah 5 cm.
Tekanan
Tekanan dalam fisika didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan, sedangkan gaya yang diberikan pada bidang tekanan disebut gaya tekan. Secara matematis tekanan dirumuskan dengan persamaan berikut.
FP = ---- A
P = Tekanan, satuan (pascal/Pa)
F = Gaya, satuan (newton/N)
A = Luas Penampang, satuan (m2)
Tekanan adalah suatu besaran skalar. Satuan internasional (SI) dari tekanan adalah pascal (Pa). Satuan ini dinamai sesuai dengan nama ilmuwan Prancis, Blaise Pascal. Satuan-satuan lain adalah bar ( 1 bar = 1,0 x 105 Pa), atmosfer (1 atm = 101,325 Pa) dan mmHg (760 mmHg = 1 atm). Tekanan pada fluida statis zat cair dikelompokkan menjadi dua, yaitu tekanan pada ruang tertutup dan ruang terbuka.
Contoh soal :
Suatu hari Sanji sedang menguji kemampuan tendangannya. Sanji melakukan tendangan ke sebuah box kosong dengan gaya sebesar 200 Newton. Jika luas bagian kaki yang menyentuh box besarnya adalah 100 cm², hitung tekanan yang diberikan Sanji terhadap box tersebut.
Diketahui : F = 200 N
A = 100 cm² = 0,01 m²
Ditanya: P
Jawab : P = F/A = 200/0,01
= 20.000 N/m²
Tekanan Hidrostatika
Tekanan hidrostatika yaitu tekanan pada zat cair yang disebabkan oleh berat zat cair itu sendiri. Gaya grafitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair dalam wadah, maka makin berat zat cair itu, sehingga semakin besar tekanan yang di kerjakan zat cair pada dasar wadah. Dengan kata lain pada posisi yang semakin dalam dari permukaan, maka tekanan hidrostatika yang dirasakan semakin besar. Secara matematis, tekanan hidrostatika dirumuskan sebagai berikut:
Ph = ρ . g . h
Dimana :
Ph = tekanan hidrostatika (N/m²)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m²)
h = kedalaman air diukur dari permukaan (m)
g = percepatan grafitasi (m/s²)
Contoh soal :
Tentukan tekanan hidrostatik air pada kedalaman 5 meter (ρ = 1.000 kg/m3) dan percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2 .
Pembahasan :
Diketahui:
h = 5 meter
ρ = 1.000 kg/m3
g = 10 m/s2
Ditanyakan : ph
Penyelesaian:
ph = ρ . g . h
= 1.000 . 10 . 5
= 50.000 N/m2 atau Pa, atau
= 50 kPa (kPa = kilopascal)
Pada lapisan atas(permukaan) zat cair bekerja tekanan atmosfir. Jika tekanan pada permukaan zat cair adalah P₀ , maka besarnya tekanan hidrostatika adalah :
Ph = P₀ + ρ . g . h
Contoh soal :
Jika seorang penyelam berada pada kedalaman 15 m di bawah permukaan laut, tentukanlah tekanan total yang dialami penyelam tersebut. Diketahui tekanan udara luar sebesar 105 N/m2.
Pembahasan :
Diketahui :
h = 15 m
Po = 105 N/m2.
ρ = 1.000 kg/m3
g = 10 m/s2.
Di tanya : Ph
Jawab :
Ph = P₀ + ρ . g . h
= 105 + 1000 x 10 x 15
= 2,5 x 105 N/m2.
Hukum Pokok Hidrostatis
Untuk semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama, maka tekanan hidrostatikanya sama. Oleh karena permukaan zat cair terletak pada bidang datar, maka titik-titik yang memiliki tekanan yang sama terletak pada suatu bidang datar. Jadi semua titik yang terletak pada bidang datar di dalam satu jenis zat cair, memiliki tekanan yang sama, ini di kenal dengan hukum pokok hidrostatika. Hukum Hidrostatika menyatakan :
"tekanan hidrostatika di semua titik yang terletak pada satu bidang mendatar di dalam satu jenis zat cair besarnya sama"
Apabila suatu pipa U diisi zat cair dengan massa jenis pertama ρ₁ untuk lubang pertama dan massa jenis ρ₂ pada lubang ke dua, maka besarnya tekanan di titik A sama dengan tekanan di titik B, sehingga besarnya tekanan hidrostatika di titik A dan di titik B dirumuskan sebagai berikut:
Pᴀ = Pᴃ
ρᴀ . g. hᴀ = ρᴃ . g. hᴃ
ρᴀ . hᴀ = ρᴃ . hᴃ
Dimana :
ρᴀ = massa jenis zat cair A
ρᴃ = massa jenis zat cair B
g = percepatan grafitasi
hᴀ = tinggi zat cair A
hᴃ = tinggi zat cair B
Contoh soal :
Sebuah pipa U di isi dengan minyak dan air raksa. Jika ketinggian air raksa hA adalah 1,6 cm, maka tentukanlah ketinggian minyak hB jika massa jenis air raksa 13,6 g/cm3 dan massa jenis minyak 0,8 g/cm3
Pembahasan :
Diketahui :
hA = 1,6 cm
ρA = 13,6 g/cm3
ρB = 0,8 g/cm3
Ditanya : hB
Jawab : ρA . g. hA = ρB . g. hB
ρA . hA = ρB . hB
13,6 x 1,6 = 0,8 x hB
hB = (13,6 x 1,6) / 0,8
hB = 27,2 cm
Tegangan permukaan
Mari kita amati sebuah silet yang dapat terapung di permukaan air atau seekor nyamuk yang dapat hinggap di permukaan air. Silet dan nyamuk tidak tenggelam karena adanya tegangan permukaan pada permukaan air.. Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan cairan.
Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi silet atau di hinggapi nyamuk, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang kaki nyamuk atau silet tetap di permukaan air tanpa tenggelam. Gaya ke atas untuk menopang kaki nyamuk atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang permukaan yang menopang beban.
Jadi dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.
Jadi tegangan permukaan merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan dan panjang permukaan, sehingga dapat dirumuskan :
Fγ = ---- l
Dimana :
γ = tegangan permukaan ( N/ m)
F = gaya tegangan permukaan ( N)
l = panjang permukaan (m)
Tegangan permukaan pada kawat yang di bengkokkan
Seutas kawat dibengkokkan membentuk huruf U. Pada kaki-kai kawat tersebut di pasang seutas kawat sedemikian rupa sehingga dapat bergeser. Ketika kedua kawat ini dicelupkan ke dalam larutan sabun dan di angkat kembali, maka kawat kedua akan tertari ke atas (kawat harus ringan). Agar kawat kedua tidak bergerak ke atas, kita harus menahannya dengan gaya ke arah bawah. ang di bengkokkan
Jika panjang kawat kedua l dan larutan sabun yang menyentuhnya memiliki dua permukaan, maka tegangan permukaan sabun bekerja sepanjang 2l. Secara matematis besarnya tegangan permukaan dapat ditulis sebagai berikut.
Fγ = ---- 2 l
Dimana :
l = panjang kedua kawat
γ = Tegangan permukaan
F = gaya tegangan permukaaan
Pada umumnya nilai tegangan permukaan zat cair berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Perhatikan nilai tegangan permukaan berbagai zat cair pada tabel berikut:
Berikut ini merupakan contoh peristiwa tegangan permukaan zat cair
Jarum bisa terapung di atas permukaan air,
Sabun mandi, detergen, dapat menurunkan tegangan permukaan zat cair sehingga air dapat membasah tubuh lebih sempurna dan hasilnya akan lebih bersih.
Beberapa jenis serangga kecil bisa berjalan bahkan hinggap di atas permukaan air
Contoh soal :
Panjang kawat l = 10 cm dan gaya tarik minimum yang diperlukan agar kawat berada dalam keseimbangan adalah 4 . 10-3 N. Tegangan permukaan fluida yang berada dalam kawat adalah…
Pembahasan:
Diketahui:
l = 10 cm = 0,1 m
F = 4 . 10-3 N
Ditanya : γ
Jawab: γ = F / l
γ = 4 . 10-3 / 0,1 = 4,0 . 10-2 N/mKapilaritas
Tegangan permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada fenomena menarik, yaitu kapilaritas. Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah, yang dapat naik melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim hujan dapat basah juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.
Untuk membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil (pipa kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Kita dapat menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain hasilnya jika kita mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa. Permukaan air raksa dalam tabung akan turun atau lebih rendah daripada permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah yang disebut dengan gejala kapilaritas.
Pada kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca yang berbentuk cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa yang berbentuk cembung disebut meniskus cembung.
Meniskus cekung terjadi karena gaya tarik menarik antar partikel air dan kaca (adhesi) lebih besar dari pada gaya tarik-menarik antar partikel air (kohesi). Hal ini menyebabkan air membasahi dinding kaca.
Meniskus cembung terjadi karena gaya tarik-menarik antar partikel raksa dan kaca (adhesi) lebih kecil dari pada gaya tarik-menarik antar partikel raksa (kohesi). Hal ini menyebabkan raksa tidak membasahi dinding kaca.
Penyebab dari gejala kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi.
Kohesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak menolak.
Adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena molekulnya saling tarik menarik atau merekat.
Pada gejala kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya, pada gejala kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil daripada kohesi antar partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan dinding kaca akan lebih besar daripada sudut kontak air dengan dinding kaca. Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
(a) Jika sudut kontak kurang dari 90°(meniskus cekung), maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik
(b) jika sudut kontak lebih besar dari 90°(meniskus cembung), maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler turun.
Gejala Kapilaritas
Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan (γ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Mengapa permukaan zat cair bisa naik atau turun dalam permukaan pipa kapiler? Gambar diatas menunjukkan zat cair yang mengalami meniskus cekung. Tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaski, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat zat cair dalam kolam yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair.
w = F
Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak
θ, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah r, maka berat zat cair yang naik dapat ditentukan melalui persamaan berikut.
w = m g
w = ρ V g
w = ρ π r2 h g
Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah:
F =(γ cos θ)(2 π r)
F = 2 π r γ cos θ
Jika nilai F kita ganti dengan ρ π r2 h g, maka persamaannya menjadi seperti berikut.
ρ π r2 h g = 2 π r γ cos θ
2 γ cos θh = ---------- ρ g r
Keterangan:
h : kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)
γ : tegangan permukaan N/m
θ : sudut kontak (derajat)
ρ : massa jenis zat cair (hg/m3)
r : jari-jari pipa (m)
Gejala kapilaritas banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut ini beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari:
Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan.
Kain dan kertas isap dapat menghisap cairan.
Air dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh kayu. (naiknya air dari akar menuju daun-daunan melalui pembuluh kayu pada batang)
peristiwa pengisapan air oleh kertas isap atau kain
Selain keuntungan, kapilaritas dapat menimbulkan beberapa masalah berikut ini : Air hujan merembes dari dinding luar, sehingga dinding dalam juga basah. Air dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata menuju ke atas sehingga dinding rumah lembab.
Contoh soal :
Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan ke dalam air secara vertikal sudut kontaknya 60o. Jika tegangan permukaan air adalah 0,5 N/m, maka tentukanlah kenaikan air dalam tabung.
Pembahasan :
Diketahui :
D = 0,4 cm ----> r = 1/2 D
r = 0,2 cm
ρ = 1.000 kg/m3
θ = 60oγ = 0,5 N/m,Ditanya : hJawab :2 x 0,5 x 0,5h = ------------- 20
h = 0,025 m
h = 2,5 cm.
Viskositas atau Kekentalan
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas.
Viskositas atau Kekentalan Zat Cair
Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika kita berbicara viskositas kita berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas.
Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar Fs = k η v, dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6 π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut.
Fs = 6 π η r v
Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.
Keterangan:
Fs : gaya gesekan stokes (N)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)
Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar dibawah. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung Fa, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes Fs. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal.
Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida
Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku persamaan berikut.
∑F = 0
Fa + Fs = w
ρf Vb g + 6π η r vT = ρb Vb g
6π η r vT = ρb Vb g - ρf Vb g
6π η r vT = gVb (ρb - ρf )
gVb (ρb - ρf )vT = --------------
6π η r
Untuk benda berbentuk bola seperti pada gambar diatas, maka persamaannya menjadi seperti berikut.
g(4/3πR³)(ρb - ρf )vT = --------------------- 6π η r
vT : kecepatan terminal (m/s)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
R : jari-jari bola (m)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
ρb : massa jenis bola (kg/m3)
ρf : massa jenis fluida (kg/m3)
Contoh soal :
Sebuah kelereng dengan jari – jari 0,5 cm jatuh ke dalam bak berisi oli yang memiliki koefisien viskositas 110 x 10-3 N.s/m2. Tentukan besar gaya gesek yang dialami kelereng jika bergerak dengan kelajuan 5 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
r = 0,5 cm = 5 x 10-3 m
ɳ = 110 x 10-3 N.s/m2
v = 5 m/s
Ditanyakan = Fs
Jawaban:
Fs = 6 . π . r . ɳ . v
Fs = 6 . 3,14 . (5 x 10-3) . (110 x 10-3) . 5
Fs = 51.810 x 10-6 N
Fs = 51,81 x 10-3 N
Tentukanlah koefisien viskositas udara apabila kecepatan terminal satu tetes air hujan berdiameter 0,5 mm yang jatuh adalah 7,5 m/s. (Diketahui massa jenis udara = 1,3 kg/m3 dan percepatan gravitasi Bumi = 10 m/s2).
Pembahasan :
Diketahui:
d = 0,5 mm
r = d / 2 = 0,5/2
= 0,25 mm = 0,25 x 10-3 m
VT = 7,5 m/s
ρf = 1,3 kg/m3
g = 10 m/s2
ρb = 1000 kg/m3
Ditanyakan : ɳ
Jawaban:
2R² g vT = ------- (ρb - ρf ) 9η2R² g η = ------ (ρb - ρf ) 9 vT
2(0,25 x 10-3 )² x 10 η = ------------------- (1000 - 1,3 ) 9 x 7,5
η = 73,98 x 10-3 Pas
Viskositas Fluida
Untuk viskositas beberapa fluida dapat kita lihat pada tabel berikut:
CONTOH SOAL
Sebuah kursi bermassa 8 kg memiliki empat kaki. Luas penampang tiap kaki 3 x 10-3 m² . Berapakah tekanan kursi terhadap lantai?
Penyelesaian:
Dik: m = 8 kg
A 1 kaki = 3 x 10-3 m² , maka A 4 kaki = 12 x 10-3 m²
Dit: p
Jawab:
F = m . g = 8 . 10 = 80 N
P = F / A = 80 N / 12 x 10-3 m²
.....= 6,67 x 103 N/m² = 6,67 x 103 Pa
Google Sites
Report abuse