Kumpulan Rumus Fluida Statis

A. Massa Jenis dan Tekanan Fluida

1. Massa Jenis

Maassa jenis zat diartikan sebagai perbandingan massa zat dengan volume zat tersebut. Secara matematis, massa jenis zat dinyatakan dengan persamaan berikut:



Keterangan :

ρ = massa jenis zat (kg/m³)
m = massa zat (kg)
V = volume (m³)

2. Tekanan Fluida

Fluida akan memberikan tekanan pada setiap bidang permukaan yang bersinggungan dengannya. Tekanan dapat didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas. Apabila penjelasan tersebut dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut :



Keterangan :

P = tekanan (N/m²)
F = Gaya (N)
A = luas bidang tekan (m)

Dalam SI, tekanan memiliki satuan N/m². Selain itu satuan N/m² dikatakan juga sebagai Pascal (Pa). Apabila satuan tekanan dituliskan dalam suatu hubungan dengan satuan tekanan lainnya dapat dilihat sebagai berikut:

1 N/m² = 1 Pa
1 bar = 1,0 x 10⁵ Pa
1 atm = 101.325 Pa
1 atm = 760 mmHg

3. Tekanan Hidrostatis

Hukum hidrostatis menyatakan bahwa semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama. Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman, percepatan gravitasi, dean massa jenis. Tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai berikut :



Keterangan :

P = tekanan (N/m²)
ρ = massa jenis (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
h = kedalaman dari permukaan fluida cair (m)

4. Tekanan Atmosfer

Atmosfer merupakan lapisan udara yang menyelimuti bumi. Makin ke bawah maka makin berat lapisan udara yang ada diatasnya. Oleh karena itu, makin rendah suatu tempat maka makin tinggi tekanan atmosfernya. Tekanan pada kedalaman tertentu juga dipengaruhi tekanan atmosfer yang menekan permukaan atas lapisan zat cair sehingga dapat digunakan untuk mengetahui tekanan total pada kedalaman tertentu dalam zat cair yang dirumuskan sebagai berikut :



Keterangan :

P = tekanan total (N/m²)
Po = tekanan atmosfer (N/m²)
ρ = massa jenis (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
h = kedalaman dari permukaan fluida cair (m)

B. Hukum-hukum Fluida Statis

1. Hukum Pascal

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada fluida di dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah. Hukum Pascal diterapkan dalam dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin pengepres hidrolik, kursi pasien dokter gigi, dan rem piringan hidrolik pada mobil. Hukum Pascal berdasarkan gambar dapat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :

F₁, F₂ = gaya yang bekerja pada penampang 1 dan 2 (N)
A₁, A₂ = luas penampang 1 dan 2 (m²)
r₁, r₂ = jari-jari penampang 1 dan 2 (m)
d₁, d₂ = diameter penampang 1 dan 2 (m)

2. Hukum Archimedes

Hukum Archimedes berbunyi "setiap benda yang terendam seluruhnya atau sebagian di dalam fluida akan mendapatkan gaya apung dengan arah ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu". Jika berat benda di udara disimbolkan w_u, berat benda di dalam fluida di simbolkan w_f maka gaya ke atas dituliskan dalam persamaan :





Keterangan :

F_A= gaya Archimedes (N)
w_u = berat benda ketika di udara (N)
w_f = berat benda ketika di fluida (N)
ρ_f = massa jenis fluida (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
V_bt = Volume benda tercelup (m³)

3. Tegangan Permukaan Zat Cair

Tegangan permukaan merupakan kecendrungan zat cair untuk meregang sehingga permukaan cairan terlihat, seperti terdapat lapisan. Contoh penerapan tegangan permukaan adalah pisau silet atau jarum dapat mengapung di atas permukaan air, serangga yang dapat hinggap di permukaan air, dan tetesan air yang jatuh di permukaan kaca berbentuk bola (bulatan).

secara perhitungan tergangan permukaan dinyatakan sebagai perbandingan antara gaya dan panjang permukaan dan dirumuskan sebagai berikut :



Persamaan tersebut digunakan untuk zat cair yang memiliki satu permukaan. Jika zat cair memiliki dua permukaan seperti air sabun maka dapat dirumuskan sebagai berikut :



Keterangan :

γ = Tegangan permukaan zat cair (N/m)
F = gaya tegangan permukaan (N)
l = panjang permukaan (m)

4. Kapilaritas

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair di dalam pipa kapiler. Kapilaritas dapat dilihat ketika naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor dan naiknya air dari akar menuju bagian atas seperti daun melalui pembuluh kayu dalam batang pohon. Naik turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler dinyatakan dalam persamaan berikut :



Keterangan :

y = kenaikan zat cair (m)
γ = Tegangan permukaan zat cair (N/m)
ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)

r = jari-jari pipa kapiler (m)

5. Viskositas

Viskositas fluida menyatakan gesekan dalam fluida. Makin besar viskositas, makin sulit benda bergerak dalam fluida. Dalam kehidupan sehari-hari viskositas lebih dikenal dengan ukuran kekentalan fluida.

6. Hukum Stokes

Hukum Stokes menjelaskan bahwa apabila suatu benda melaju dalam suatu fluida maka benda tersebut akan memperoleh gaya hambat. Besar gaya hambat yang dialami benda berbentuk bola yang bergerak dalam fluida kental dirumuskan sebagai berikut

Keterangan :

F = Gaya hambat (N)
η =  Koefisien viskositas (kg/ms)
r = jari-jari bola (m)
v = kelajuan bola (m/s)

7. Kecepatan Terminal

Kecepatan terminal adalah kecepatan bola yang bergerak dalam fluida kental dengan kecepatan konstan. Kecepatan terminal dirumuskan sebagai berikut :



Keterangan :

v = kecepatan terminal (m/s)
r = jari-jari bola (m)
η = Koefisien viskositas (kg/ms)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
ρ_b= massa jenis benda (kg/m³)
ρ_f= massa jenis fluida (kg/m³)

Berlangganan update artikel terbaru via email: