Materi Fluida Statis dan Dinamis LENGKAP

Fluida adalah ?☑️ Penjelasan lengkap Materi Fluida Statis dan Dinamis, Sifat Sifat, Penerapan☑️ dan Contoh Soal + Pembahasan☑️

Fluida merupakan suatu zat yang mungkin sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada saat ban kendaraan anda mengalami bocor, pada saat anda mandi, mencuci, menyiram tanaman dan lain sebagainya.

Secara umum, Fluida merupakan zat yang dapat mengalir, jadi zat cair dan gas adalah sebuah fluida. Fluida memang zat yang dapat mengalir, namun terkadang fluida juga bisa bersifat diam (tidak mengalir).

Mengingat pentingnya topik ini dan memiliki kaitan yang erat dengan aktivitas Anda, ada baiknya untuk mempelajarinya secara lebih mendalam.

Pengertian Fluida

Dalam ilmu Fisika, Fluida adalah zat yang terus mengalami perubahan bentuk secara terus menerus (continue) jika terkena tegangan geser. Fluida umumnya berupa zat cair dan gas karena memiliki kemampuan untuk mengalir pada suatu benda.

Kemudian menurut ensiklopedia Britannica.com, fluida adalah Zat cair atau gas yang tidak dapat menahan gaya tangensial atau gaya geser. Sifat fluida akan mengalami perubahan bentuk secara terus menerus ketika dikenai sebuah tegangan. Misalnya gas (oksigen, hidrogen), cairan (air, bensin, asam sulfat).

Sedangkan menurut Raswari (1986), Mekanika Fluida adalah suat bahan atau zat yang dapat mengalir ketika terdapat perbedaan tekanan. Fluida tidak dapat menahan gaya atau tegangan geser (shear force) saat berada pada keadaan setimbang.

Gaya geser sendiri merupakan komponen gaya yang menyinggung permukaan, dimana gaya ini terbagi oleh luas permukaan tersebut yang menghasilkan tegangan geser rata-rata dari permukaan tersebut.

Perubahan posisi yang terus menerus dan tidak dapat dipulihkan dari satu bagian material relatif terhadap bagian lain ketika di bawah tegangan geser merupakan aliran, sifat karakteristik fluida.

Sebaliknya, gaya geser dalam padatan elastis, yang ditahan dalam posisi terpuntir atau tertekuk, dipertahankan; benda padat tidak mengalir dan dapat kembali ke bentuk semula.

Berbagai penyederhanaan, atau model, fluida telah dirancang sejak kuartal terakhir abad ke-18 untuk menganalisis aliran fluida. Model paling sederhana, yang disebut fluida sempurna, atau ideal.

Fluida ideal atau fluida sempurna sendiri merupakan model yang tidak mampu menghantarkan panas atau memberikan gaya hambat pada dinding tabung atau hambatan dalam ke satu bagian yang mengalir di atas bagian lain.

Mekanika Fluida memiliki banyak contoh aplikasi dalam kehidupan, ini sangat dekat dengan keseharian manusia. Apakah Anda pernah menggunakan dongkrak hidrolik atau rem hidrolik? Itu semua termasuk bagian dari implementasi teorema fluida statis.

Selanjutnya mari kita ulas secara detail apa saja sifat sifat dan karakteristik mekanika fluida dilengkapi dengan pembahasan rumus perhitungannya.

Sifat Sifat Fluida

Saat belajar tentang fluida  Anda akan mengenal sejumlah sifat dan karakteristik fluida beserta besaran dalam prosesnya. Dari massa jenis, hingga viskositas, semuanya patut dipahami. Detail ulasannya bisa anda lihat dibawah ini:

1. Massa Jenis dan Berat Spesifik : Massa jenis (Densitas) merupakan massa per satuan volume, sedangkan berat spesifik adalah berat per satuan volume.

2. Tekanan: Dalam konsep dasar Fluida, terdapat 2 jenis tekanan yaitu tekanan absolut dan tekanan alat ukur (gauge pressure). Tekanan alat ukur diperoleh dari tekanan absolut dikurangi tekanan atmosfir (1 atm). Alat ukur yang digunakan biasanya adalah manometer (cairan) dan barometer (gas).

3. Temperatur (suhu): Temperatur pada fluida dibedakan menjadi 3 yakni panas spesifik (specific heat), konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal.

Panas spesifik adalah jumlah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan satu satuan massa sebesar satu derajat. Sedangkan untuk konduktivitas termal menunjukkan kemampuan fluida untuk menghantarkan (mengkonduksikan) panas.

Kemudian yang terahir adalah koefisien ekspansi termal yaitu komponen yang menghubungkan antara temperatur dan densitas pada tekanan konstan.

4. Compressibility: Compressibility pada fluida dibagi menjadi dua yakni compressible fluid dan incompressible fluid. Hal ini karena zat cair bersifat incompressible sedangkan zat dalam bentuk gas bersifat compressible. Kemampuan fluida untuk bisa dikompresi biasanya dinyatakan dalam bulk compressibility modulus.

Istilah compressible fluid dan incompressible fluid juga diklasifikasikan menjadi dua bagian yakni compressible flow dan incompressible flow. Compressible flow adalah aliran dimana densitas fluidanya tidak berubah didalam medan aliran (flow field), misalnya aliran air.

Sedangkan incompressible flow adalah aliran dimana densitas fluidanya berubah didalam medan aliran, misalnya aliran udara.

5. Viskositas merupakan tingkat pengukuran dari ketahanan zat alir (fluid) yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan.Viskositas memiliki sifat dasar yakni selalu dipengaruhi oleh suhu. Jadi, semakin tinggi suhu, semakin kecil viskositasnya

Dalam hal ini, fluida bisa dibedakan menjadi viscous fluid dan inviscid fluid (kadangkala disebut juga nonviscous fluid atau frictionless fluid). Sebetulnya, semua fluida pasti memiliki viskositas betapapun kecilnya. Namun ketika viskositasnya sangat kecil dan bisa diabaikan, maka biasanya diasumsikan sebagai inviscid fluid

Klasifikasi Fluida

Terdapat dua jenis fluida yang tertera dalam disiplin ilmu Fisika. Jenis jenis fluida tersebut antara lain adalah Fluida Statis dan juga Fluida Dinamis. Untuk lebih memahaminya, simak ulasan dibawah ini dengan baik.

a. Fluida Statis (Diam)

Secara definisi Fluida statis adalah fluida yang diam atau fluida yang bergerak tanpa ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida. Fluida yang diam (statis) tidak memiliki tegangan geser, sehingga setiap gaya yang dikembangkan hanya karena tegangan normal yaitu tekanan.

Contoh fluida statis dalam kehidupan sehari hari seperti pada pompa hidrolik, hidrometer, kapal laut, kapal selam dan juga kondisi air yang berada didalam bak kamar mandi yang tidak terkena gaya apapun.

Fluida statis mengacu pada bidang fisika yang mempelajari bagaimana kondisi fluida jika dijaga tetap konstan. Dalam hal ini, fluida tidak mengalami pergerakan, yang artinya telah mencapai kondisi setimbang dan stabil.

Dengan kata lain, saat belajar tentang fluida statis, maka sebagian besar Anda akan berusaha memahami kondisi kesetimbangan tersebut. Ketika berfokus pada fluida yang tidak dapat dimampatkan semisal cairan sebagai lawan dari fluida yang dapat dimampatkan sebagaimana kebanyakan gas, itu kadang-kadang disebut sebagai hidrostatis.

Sesungguhnya, fluida yang diam tidak mengalami tegangan permukaan, dan hanya menerima pengaruh gaya normal dari fluida di sekitarnya, termasuk pula dinding jika itu berada dalam wadah, yang merupakan tekanan.

Ketika fluida statis mencapai kondisi kesetimbangan fluida, ini dikatakan sebagai kondisi hidrostatis. Di sisi lain, jika tidak berada dalam kondisi hidrostatis, atau mengalami pergerakan, maka topik berorientasi pada bidang lain dari mekanika fluida, yakni fluida dinamis.

Selanjutnya, terdapat beberapa rumus dan contoh soal yang perlu Anda pahami saat mempelajari fluida statis. Ini karena semuanya akan menjadi familiar dan sangat membantu memperkuat konsep dasar anda.

Rumus Fluida Statis

• Massa Jenis (Density)

Ini mengacu pada ukuran kerapatan suatu objek. Massa jenis akan semakin bertambah besar seiring dengan meningkatnya kerapatan susunan partikel pada objek tersebut. Jika ingin disederhanakan, berikut ekspresi matematikanya.

Dimana:

ρ (dibaca rho) = massa jenis suatu benda (Kg/m3 atau gr/cm3)

m = massa benda (kg)

V = volume benda (m3 atau cm3) 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3

Massa jenis mengacu pada massa untuk setiap satuan volume. Sekarang pikirkan tentang berbagai cairan, semuanya terbagi menjadi kubus kecil sebagaimana telah dianalogikan sebelumnya.

Jika setiap kubus kecil berukuran sama, maka perbedaan kerapatan berarti bahwa kubus kecil dengan kerapatan berbeda akan memiliki jumlah massa yang berbeda pula di dalamnya.

Kubus kecil dengan massa jenis lebih tinggi akan memiliki lebih banyak partikel di dalamnya daripada yang massa jenisnya lebih rendah. Ini artinya, kubus berdensitas lebih tinggi juga akan lebih berat daripada kubus kecil berdensitas lebih rendah. Karenanya, cenderung lebih mudah tenggelam dibandingkan kubus kecil yang massa jenisnya lebih rendah.

• Viskositas (Kekentalan)

Viskositas merepresentasikan daya tahan suatu fluida ketika diberikan tegangan. Berikut ekspresi matematikanya.

Dimana:

F = gaya yang membuat keping atas bergerak (N)

A = Luas keping yang bersentuhan dengan fluida (m²)

v = kecepatan fluida (m/s)

L = jarak dua keping (m)

 = tetapan viskositas (Pa.s)

• Berat Jenis (Specific Gravity)

Berat jenis dipengaruhi oleh kecepatan gravitasi, di mana definisinya mengacu pada berat fluida untuk satuan volume. Secara matematis, dituliskan dalam bentuk rumus dibawah ini.

Dimana :

m = massa,

g = gravitasi

v = volume

w = weight (berat).

• Tegangan permukaan dan tegangan normal

F = Besarnya gaya (N)

d = Panjang benda (m)

= Tegangan permukaan (N/m)

Bayangkan ada sebuah irisan penampang fluida. Dikatakan terjadi tegangan permukaan jika mengalami tegangan bersifat coplanar, atau tegangan yang menunjuk pada suatu arah di dalam bidang. Tegangan permukaan seperti ini, dalam cairan, akan menghasilkan gerakan.

Tegangan normal, di sisi lain, adalah dorongan ke area penampang tersebut. Jika luasnya berlawanan dengan dinding, seperti sisi gelas kimia, maka luas penampang cairan akan memberikan gaya ke dinding, yang arahnya tegak lurus terhadap penampang.

• Tekanan Hidrostatis

P= ρ.g.h (ingat rho. ge. ha).

Dimana:

ρ = berat jenis air (untuk air tawar, ρ = 1.000 kg/m³)

g = besar percepatan gravitasi (percepatan gravitasi di permukaan bumi sebesar g=9,8 m/s²)

h = titik kedalaman yang diukur dari permukaan air

Semua penampang kecil cairan yang saling mendorong, melawan dinding wadah, juga mewakili sedikit gaya, semua ini akan menghasilkan sifat fisik penting lainnya dari fluida, yakni tekanan.

Sekarang, bayangkan cairan dimasukkan ke dalam kubus kecil. Cairan di sekitarnya akan mendorong sisi-sisi kubus, atau permukaan wadah apabila terjadi di sepanjang tepinya, dan semua ini mewakili tegangan normal pada setiap sisi tersebut.

Cairan yang tidak dapat dimampatkan di dalam kubus kecil tidak dapat dikompresi pula, jadi tidak ada perubahan tekanan di dalam kubus kecil tersebut. Artinya, gaya tekan di salah satu kubus kecil ini bisa berubah jadi gaya normal di mana secara pasti mampu melenyapkan gaya dari permukaan kubus yang saling berdekatan.

Contoh Soal Fluida Statis dan Pembahasannya

1.  sebongkah es dengan densitas 0.9 gram/cm³ diletakkan ke dalam minyak yang mempunyai densitas 0,80 gram/cm³. Identifikasi bagaimana gejala yang terjadi dari perlakuan ini.

Pembahasan

Diketahui :

Dengan kata lain, densitas es lebih besar daripada minyak. Itu berarti, es akan tenggelam.

2. Sebuah gelas ukur diberikan cairan sampai menyentuh ketinggian h. Kemudian, batu dengan volume V diletakkan di dalamnya sehingga sepenuhnya tenggelam. Apabila kecepatan gravitasi g serta luas penampang gelas ukur A, maka perubahan tekanan hidrostatis di dasar wadah dan ketinggian ½ h secara berurutan adalah …

Pembahasan

Rumus umum tekanan hidrostatis di kedalaman h yaitu:

Selanjutnya, substitusikan besaran yang telah diketahui sebelumnya, sehingga:

Artinya, perubahan tekanan hidrostatis di dasar wadah dan ketinggian ½ h secara berurutan adalah :

b. Fluida Dinamis (Bergerak)

Dalam ilmu Fisika, Fluida Dinamis adalah Fluida yang bergerak dengan kecepatan aliran yang konstan (tidak mengalami perubahan terhadap waktu). Contoh fluida dinamis dalam kehidupan sehari hari dapat kita lihat pada air yang mengalir pada pipa atau selang air.

Sifat dan Karakteristik

Fluida dinamis memiliki beberapa karakteristik khusus, diantara sifat sifat dan karakteristik tersebut bisa teman teman lihat dibawah ini :

• Fluida dinamis tidak mengalami gesekan. Sehingga saat ia mengalir, gesekan antara fluida dan dinding benda tidak dihitung.
• Bersifat Steady atau Tunak. Maksudnya adalah kecepatan fluida yang bergerak bersifat konstan/ tidak terpengaruh oleh waktu.
• Inkompresibel atau tidak bisa mampat. Artinya fluida ini memiliki massa jenis yang tetap atau konstan sepanjang alirannya dalam waktu selama apapun.
• Streamline atau mengikuti garis arus yang ada. Maksudnya adalah aliran arusnya mengikuti jalur lintasan yang ada sehingga tidak akan mengalami turbulensi atau pusaran arus menjadi acak.

Rumus Fluida Dinamis

Secara umum, terdapat dua ketetapan pada rumus fluida dinamis yakni menggunakan hukum kontinuitas dan hukum Bernoulli. Keduanya bisa anda gunakan sesuai dengan kebutuhan pengerjaan soal anda. Untuk lebih memahaminya, berikut kami paparkan ulasan lengkapnya.

• Persamaan Bernoulli

Rumus Persamaan Bernoulli ini memiliki hubungan dengan usaha dan energi, yaitu energi kinetik dan potensial. Rumus energi kinetik = ( Ek= ½ mv2) Sehingga, Ek1 < Ek2.

Sedangkan untuk rumus energi potensial adalah Ep = m.g.h. Tinggi Ep1 < Ep2, sehingga jika dikaitkan dengan energi mekanik didapatkan Em1 < Em2.

Dimana :

P adalah tekanan (Pascal, Pa, N/m²)

ρ rho adalah massa jenis fluida (kg/m³)

v adalah kecepatan (m/s)

g adalah kecepatan gravitasi (m/s²)

h adalah ketinggian (m)

• Persamaan Kontinuitas

Bentuk matematis dalam rumus persamaan kontinuitas adalah Q1 = Q2. Persamaan kontinuitas juga menyatakan bahwa:

Jika ada dua penampang dengan ukuran yang berbeda (besar dan kecil), maka pada penampang yang besar memiliki volume kecil. Sedangkan, pada penampang yang kecil, maka volumenya besar. Sehingga diperoleh persamaan (V1 < V2).

• Persamaan Debit Fluida

Secara definisi, Debit Fluida (Q) merupakan volume fluida tiap satuan waktu. Rumus debit fluida secara matematis adalah Q = V/t.

Dimana :

Q adalah debit (m3/s)

A adalah luas penampang (m2)

v adalah kecepatan aliran fluida (m/s)

Contoh Soal Fluida Dinamis dan Pembahasannya

1. Salah satu sifat fluida dinamis adalah Inkompresibel. Apakah arti dari Inkompresibel ?

A. Tidak ada benda yang mengganggu aliran fluida.

B. Volume total dari fluida bisa membesar dan mengecil.

C. Tidak boleh ada gaya dari luar yang menekan pipa atau selang berisi aliran.

D. Massa jenis fluida selalu konstan di semua titik.

E. Pipa yang mengalirkan fluida harus berukuran seragam.

Jawabannya adalah D yakni ‘Massa jenis fluida selalu konstan di semua titik’. Hal ini karena fluida dinamis memiliki massa jenis yang konstan disemua titik sepanjang aliran yang dilaluinya.

2. Seorang kuli bangunan sedang mengalirkan air melalui pipa dengan diameter 4 cm dengan debit air sebesar 5π liter per detik. Hitunglah berapa kelajuan air pada pipa tersebut!

A. 12,5 m/s

B. 1,25 m/s

C. 125 m/s

D. 12 m/s

E. 12,25 m/s

Pembahasan :

Diketahui Q = 5π liter/s = 5π x 10-3 m3/s. Ukuran penampang d = 4 cm —> r = 2 cm.

Rumus menghitung debit air adalah Q = A.v. Sehingga diperoleh :

Jadi jawaban pertanyaan mengenai berapa kelajuan air pada pipa adalah A yakni 12,5 m/s

Contoh Penerapan Fluida

[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=d4ysAYqgVZM[/embedyt]

Video Penunjang : Youtube.com Via Channel Nova Triani

Untuk membantu anda lebih memahami lagi dalam mempelajari materi fluida statis dan dinamis, berikut ini kami hadirkan beberapa contoh penerapan fluida dalam kehidupan sehari hari di berbagai sektor industri dan teknologi.

• Kapal Laut

Seperti yang bisa kita lihat pada sebuah kapal laut. Body kapal terbuat dari besi yang berongga. Hal ini akan membuat volume air laut yang dipindahkan oleh body kapal menjadi sangat besar.

Gaya yang menuju keatas sebanding dengan volume air yang dipindahkan, hal ini membuat gaya keatas menjadi sangat besar. Gaya keatas yang sangat besar inilah yang menjadikan kapal laut dapat mengapung di permukaan air laut.

• Hidrometer

Untuk teman teman yang masih asing dengan istilah Hidrometer, perlu teman teman ketahui terlebih dahulu bahwa alat ini merupakan salah satu alat ukur massa yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair melalui skala yang tertera.

Hidrometer terbuat dari tabung kaca yang dibagi menjadi tiga bagian. Bagian bawah tabung dibekali dengan butiran timbal dengan diamter yang lebih besar. Hal ini agar tabung kaca dapat terapung tegak didalam zat cair serta volume zat cair yang dipindahkan ke hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. .

• Kapal Selam

Penerapan Fluida dalam kehidupan sehari hari juga bisa anda lihat pada kapal selam yang dapat menyelam hingga ke dasar lautan. Peristiwa penerapan fluida dapat kita lihat pada tangki pemberat kapal selam yang dapat diisi dengan udara (zat gas) dan air (zat cair).

Sewaktu air laut masuk melalui katup-katup yang terletak di bagian bawah tangki pemberat, air laut tersebut akan mendorong udara dalam tangki kapal keluar melalui katup-katup yang terletak di bagian atas.

Seperti yang kita ketahui bersama bahwa massa jenis air laut jauh lebih berat daripada udara, sehingga berat total kapal selam menjadi lebih besar dan membuat kapal selam dapat tenggelam hingga ke dasar lautan.

Materi tentang fluida statis dan dinamis termasuk dalam kelompok mekanika fluida. Semakin tingginya jenjang pendidikan, penjelasan tentang keduanya juga semakin kompleks. Karena itu, penting untuk memahami dasar-dasarnya lebih awal.

Demikianlah serangkaian materi fluida statis dan dinamis yang bisa wikielektronika hadirkan. Semoga bisa menjadi refrensi yang baik dan efisien untuk proses belajar teman teman semua. Selamat Belajar!