Fluida Statis dan Dinamis: Pengertian, Rumus, Contoh Soal
Untuk memahami perbedaan antara fluida statis dan dinamis, hal pertama yang harus dipahami adalah konsep fluida. Konsep fluida sendiri sebenarnya sudah dipelajari sejak SMP. Siswa di sekolah menengah pertama telah dikenalkan dengan beberapa jenis zat, yaitu zat padat, cair, dan gas.
Definisi Cairan
Secara umum, zat dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu padat, cair, dan gas. Zat cair dan gas adalah zat yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lain dan memiliki bentuk yang dapat berubah sesuai dengan wadah tempat penyimpanannya.
Karena sifat zat cair dan gas yang dapat mengalir, maka keduanya disebut sebagai fluida atau zat yang mengalir. Sehingga fluida tidak hanya sebatas zat cair seperti yang selama ini dipahami, tetapi semua jenis zat yang dapat mengalir adalah zat cair.
Ciri lain dari fluida adalah bentuknya akan berubah menurut tempatnya. Misalnya cairan cair akan mengikuti bentuk wadahnya. Fluida dalam Fisika diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu fluida statis dan fluida dinamis.
Baca Juga:
Fluida Statis
Fluida statis adalah jenis fluida yang diam (statis) atau tidak bergerak sehingga tidak mengalami perpindahan pada bagian fluidanya. Fluida statis berupa cairan yang disimpan dalam wadah yang tidak bocor atau zat gas dalam wadah tertutup agar tidak bocor keluar.
Sifat fluida statis adalah memiliki tekanan dan tegangan permukaan.
Cairan Dinamis
Fluida dinamis adalah jenis fluida yang bergerak mengalir.
Fluida Statis dan Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari
Ada banyak aplikasi fluida statis dan dinamis dalam kehidupan sehari-hari. Aplikasi cairan digunakan dalam dongkrak hidrolik, rem motor, dan sayap terbang.
Baca Juga:
Dongkrak hidrolik merupakan aplikasi dari konsep fluida, khususnya hukum Pascal yang digunakan untuk mengangkat kendaraan di bengkel mobil dan sebagainya. Pada dongkrak hidrolik terdapat pompa yang mengalirkan cairan ke silinder besar.
Saat tuas ditekan, katup di atas pipa mendapat dorongan yang sangat besar.
Rem motor hidrolik bekerja dengan menjepit cakram ke dalam dan mendorongnya ke luar. Timbulnya gaya gesek dari piringan dan klem berguna untuk menghentikan gerak kendaraan. Rem hidrolik digunakan dalam aplikasi ban kendaraan.
Pada sayap pesawat, saat pesawat hendak terbang, sayapnya ditekuk ke bawah. Tujuan dari perancangan sayap pesawat seperti ini adalah agar tekanan pada bagian atas pesawat lebih kecil karena kecepatan udara pada bagian atas pesawat lebih besar daripada bagian bawahnya.
Baca Juga:
Sedangkan tekanan di bawah sayap lebih besar sehingga udara bisa mengangkat pesawat saat lepas landas. Desain sayap pesawat berhubungan dengan hukum Bernoulli.
Formula Cairan Statis dan Dinamis
hukum Pascal
Hukum Pascal berbunyi bahwa tekanan pada fluida dalam bejana tertutup akan disalurkan ke berbagai titik fluida dan dinding bejana. Cairan pada kedalaman yang sama akan mengalami jumlah tekanan yang sama.
Penerapan hukum Pascal pada dongkrak hidrolik, rem hidrolik dan mesin hidrolik untuk mengangkat kendaraan. Berikut adalah rumus Pascal:
Di mana:
Baca Juga:
A1 = Luas permukaan A1 (cm²)
A2 = Luas permukaan A2 (cm²)
F1 = Gaya pada bidang A1 (N)
F2 = Gaya pada bidang A2 (N)
Tekanan hidrostatis
Tekanan adalah gaya yang bekerja dalam satuan luas medan. Pada fluida statis, tekanan yang diterima fluida terbagi menjadi dua macam, yaitu tekanan pada ruang tertutup dan tekanan pada ruang terbuka.
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang dialami oleh fluida statis yang disebabkan oleh gaya gravitasi. Tekanan hidrostatik pada setiap titik pada kedalaman yang sama akan memiliki nilai yang sama. Pada fluida ruang terbuka, lapisan atas akan mendapat tekanan dari udara atmosfer.
Selanjutnya, tekanan akan menekan lapisan di bawahnya. Oleh karena itu tekanan hidrostatis pada lapisan paling bawah adalah yang terbesar. Berikut rumus tekanan hidrostatis :
Baca Juga:
Ph = ρxgxh
P = Po + Ph
Di mana:
P = Tekanan yang dialami fluida pada titik tertentu (Pa atau N/m²)
Ph = Tekanan hidrostatis (Pa atau N/m²)
Po = Tekanan atmosfer yang dialami permukaan fluida (Pa atau N/m²)
ρ = Massa jenis fluida (kg/m²)
g = percepatan gravitasi (10 m/s²)
h = Kedalaman fluida (m)
Gaya Archimedes
Gaya Archimedes atau gaya ke atas adalah gaya yang dialami oleh suatu benda di dalam zat cair baik benda tersebut dicelupkan sebagian, dicelupkan seluruhnya, atau dicelupkan di dalam zat cair yang besarnya gaya yang dialami benda sama dengan berat benda tersebut. fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Baca Juga:
Sehingga rumus gaya Archimedes sama dengan berat zat cair yang dipindahkan:
Di mana:
hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli berlaku untuk tekanan dalam fluida bergerak atau fluida dinamis. Dalam fluida dinamis, persamaan energi kinetik bekerja pada fluida. Bunyi prinsip Bernoulli yaitu hukum kekekalan tekanan pada semua titik fluida berlaku pada fluida dinamis.
Dalam hukum Bernoulli, hubungan antara tekanan, tinggi dan kecepatan fluida dapat dituliskan dalam garis lurus sebagai berikut:
Baca Juga:
P + (½ x ρ x v²) + (ρ xgxh) = konstanta
atau
P1 + (½ x ρ x va²) + (ρ xgx ha) = P2 + (½ x ρ x vb²) + (ρ xgx hb)
Di mana:
Baca Juga:
P = Tekanan fluida (Pa atau N/m²)
ρ = Massa jenis fluida (kg/m²)
h = Tinggi pipa dari titik referensi (m)
g = percepatan gravitasi (10 m/s²)
v = Kecepatan aliran fluida (m/s)
Contoh Soal Fluida Statis dan Dinamis
Sebuah benda padat berbentuk bola memiliki berat 120 N jika diukur di udara bebas. Bola padat tersebut kemudian ditimbang dalam air dengan berat 80 N (massa jenis 1000 kg/m³). Tentukan volume gaya bola padat.
Diskusi
Menjawab:
Baca Juga:
Berat bola padat di udara = 120 N
Berat bola padat dalam air = 80 N
Gaya Archimedes = 120 N – 80 N = 40 N
Volume bola padat:
Dari berbagai jenis zat yang ada di lingkungan, ada beberapa zat yang tergolong zat cair atau zat mengalir. Jenis-jenis fluida dibagi menjadi fluida statis dan dinamis. Materi tentang fluida sangat penting untuk dipelajari karena erat kaitannya dengan berbagai kejadian sehari-hari di lingkungan.
mejakelas.com
Baca Juga:
Artikel Terkait
