LAPORAN PENELITIAN FISIKA FLUIDA

LAPORAN PENELITIAN FISIKA

 

OLEH

INEKE HARDIYANTI U

SMA MARYAM SURABAYA

TAPEL 2011/2012

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.

Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal dan hukum Archimedes. Hukum Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Perancis. Sedangkan hukum Archimedes diambil dari nama penemunya yaitu Archimedes (287-212 SM) yang berasal dari Italia.

Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal dan prinsip hokum Archimedes. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan.

B.     RUMUSAN MASALAH

1.      Berapakah  r zat zair selain air?(minyak,spiritus,kecap)

2.      Kelompokkan benda  yang ada di sekitar mu menjadi 3 kelompok!(tenggelam, melayamg,terapung)

C.     TUJUAN

Penelitian ini  bertujuan untuk :

1.      Memperjelas materi  kelas XI tentang Fluida,Tekanan Hidrostatis, hukum Pascal dan hukum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

2.      Mengetahui r zat zair selain air(minyak,spiritus,kecap).

BAB II

DASAR TEORI

Suatu fluida dapat dianggap tersusun atas lapisan-lapisan air dan setiap lapisan memberi tekanan pada lapisan bawahnya.

 

Besar tekanan itu bergantung pada kedalaman, makin dalam letak suatu bagian fluida semakin besar tekanan pada bagian itu( lihat analogi tumpukan manusia, tentunya orang yang di posisi terbawah akan merasakan tekanan paling besar).. Setiap bagian di dalam fluida statis akan mendapat tekanan zar cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis  disebut Tekanan Hidrostatis “P_h”. Contoh nyatanya ketika sebuah bola yang di masukkan ke dalam air, ketika kita lepaskan akan mendapat gaya ke atas.

Besarnya tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada massa jenis zat cair, percepatan gravitasi bumi dan kedalamannya. Secara matematis tekanan hidrostatis disuatu titik (misal didasar balok) diturunkan dari konsep tekanan.

                 ingat!  w = m.g = ρ V g = ρA h g  maka

Ket : P_h = Tekanan Hidrostatis (N/m²) ; h =kedalaman/tinggi diukur dari permukaan fluida (m) ; g = percepatan gravitasi (m/s²)

Jika  tekanan udara luar (P_atm) mempengaruhi tekanan hidrostatis maka tekanan total pada suatu titik adalah

   

berdasarkan rumus diatas tekanan hidrostatis di suatu titik dalam fluida diam tergantung pada kedalaman titik tersebut, bukan pada bentuk wadahnya oleh karena itu semua titik akan memiliki  tekanan hidrostatis yang sama. Fenomena ini disebut sebagai Hukum Utama Hidrostatis.

PARADOKS HIDROSTATIS

Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair ( r )
dalam bejana.

Ph = r g h Pt = Po + Ph F = P h A = r g V

r = massa jenis zat cair h = tinggi zat cair dari permukaan g = percepatan gravitasi Pt = tekanan total Po = tekanan udara luar

3.       

Hukum Pascal

menyatakan bahwa “Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.

Perbdedaan tekanan karena perbedaan kenaikan zat cair diformulakan sebagai berikut:

dimana, dalam SI unit,

ΔP adalah tekanan hidrostatik (dalam pascals), atau perbedaan tekanan pada 2 titik dalam sekat yang berisi zat cair, karena perbedaan berat antara keduanya;

ρ adalah kepekatan zat cair (dalam kilogram per meter kubik);

g adalah kenaikan permukaan laut terhadap gravitasi bumi (dalam meter per detik pangkat 2);

Δh adalah ketinggian zat cair diatasnya (dalam meter), atau perbedaan kenaikan antara 2 titik pada sekat yang berisi zat cair.

HUKUM ARCHIMEDES

Hukum Archimedes mengatakan bahwa apabila sebuah benda sebagian atau seluruhnya terbenam kedalam air, maka benda tersebut akan mendapat gaya tekan yang mengarah keatas yang besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang terbenam tersebut. Telah sama-sama kita ketahui bahwa berat jenis air tawar adalah 1.000 kg/m³, apabila ada sebuah benda yang terbenam kedalam air tawar; maka berat benda tersebut seolah-olah akan berkurang sebesar 1.000 kg untuk setiap 1 m³ air yang dipindahkan. Konsep ini akan lebih jelas bila diterangkan dengan gambar dibawah ini.

a. Berat benda pada saat diudara dan setelah terbenam dalam air tawar

Pada saat ditimbang diudara benda mempunyai berat 4.000 kg pada skala pengukur berat, sedang setelah dimasukan kedalam air berat benda menjadi 3.000 kg. Padahal masa benda tidak berubah, berkurangnya berat benda tersebut diakibatkan adanya gaya tekan keatas dari air yang dipindahkan oleh bagian benda yang ada didalam air (force of buoyancy), dengan arah kerja gayanya mengarah keatas; sedang garis kerja gayanya segaris dengan garis kerja dari gaya berat benda. Titik tangkap garis kerja gaya buoyancy biasa disebut dengan titik buoyancy atau titik B. Didalam sistem bangunan terapung titik B ini disebut juga dengan titik berat dari volume benda yang ada dibawah garis air (gambar dibawah ini)

b. Ilustrasi letak titik G dan titik B dari bangunan apung

Selanjutnya perhatikan gambar c dibawah ini; dimana pada gambar tersebut mengilustrasikan sebuah benda dengan masa sebesar 4.000 kg namun volume bendanya 8 m³. Pada awalnya benda tersebut dibenamkan kedalam air, kemudian dilepaskan. Apabila keseimbangan telah terjadi, maka benda tersebut akan mengapung seperti ditunjukan pada gambar a. Keseimbangan akan tercapai apabila besarnya gaya buoyancy sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang ada didalam air atau apabila benda tersebut mengapung dengan separuh dari volumenya.

Berat benda     = berat dari volume air yang dipindahkan

4000          = S x V

4000          = 1000 kg/m³ x V atau

V    =   4m³

c. Benda terapung pada posisi seimbang

Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan.

Tiga keadaan benda di dalam zat cair:

a. tenggelam: W>Fa Þ rb > rz b. melayang: W = Fa Þ rb = rz c. terapung: W=Fa Þ rb.V=rz.V' ; rb<rz

W = berat benda
Fa = gaya ke atas = rz . V' . g
rb = massa jenis benda
rz = massa jenis fluida
V = volume benda
V' = volume benda yang berada dalam fluida

Akibat adanya gaya ke atas ( Fa ), berat benda di dalam zat cair (Wz) akan berkurang menjadi:

Wz = W - Fa

Wz = berat benda di dalam zat cair

Tegangan Permukaan

Mari kita amati sebatang jarum yang kita buat terapung di permukaan air sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan. 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 jarum, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum tetap di permukaan air tanpa tenggelam.

tegangan permukaan dilihat dari interaksi molekul benda dan zat cair

Gaya ke atas untuk menopang jarum agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.

Gaya yang diperlukan untuk mengangkat jarum adalah gaya ke atas dijumlah gaya berat jarum (mg).

Kapilaritas

meniskus air menyebabkan peristiwa kapilaritas

Kapilaritas disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam zat cair. Di dalam zat cair molekul-molekulnya dapat mengalami gaya adhesi dan kohesi. Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara molekul-molekul di dalam suatu zat cair sedangkan gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan wadah di mana zat cair berada. Apabila adhesi lebih besar dari kohesi seperti pada air dengan permukaan gelas, air akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas sehingga air membasahi kaca dan juga permukaan atas cairan akan melengkung (cekung). Keadaan ini dapat menyebabkan cairan dapat naik ke atas oleh tegangan permukaan yang arahnya keatas sampai batas keseimbangan gaya ke atas dengan gaya berat cairan tercapai. Jadi air dapat naik keatas dalam suatu pipa kecil yang biasa disebut pipa kapiler. Inilah yang terjadi pada saat air naik dari tanah ke atas melalui tembok.

air dapat merembes ke atas melalui retakan tembok sehingga membasahi tembok. Satu contoh kapilaritas

Gejala alam kapilaritas ini memungkinkan kita menghitung tinggi kenaikan air dalam suatu pipa kapiler berbentuk silinder/tabung dengan jari-jari r.

BAB III

METODELOGI PERCOBAAN

Percobaan I

A.    ALAT DAN BAHAN

1.      Pipa  U

2.      Air

3.      Kecap

4.      Spirtus

5.      Minyak goreng

B.     LANGKAH KERJA

1.      Siapkan pipa U yang telah terisi air, lalu ukur tinggi air di kedua sisi.

2.      Masukkan Minyak goreng pada pipa yang telah terisi air, lalu ukur tinggi air setelah pipa U di tambahkan minyak, dan ukur tinggi minyak.

3.      Cuci pipa U sampai bersih, dan ulangi langkah kerja di atas dengan zat cair lainnya (kecap dan spiritus)

BAB IV

PEMBAHASAN

Percobaan I

1.      Minyak goreng

Diketahui        :           h air = 6 cm

                                    h minyak = 8 cm

                                    r air = 1

Di tanya          :           r minyak ?

Jawab              :           r air . h air = r minyak . h minyak

                                    1 . 6 cm = r minyak . 8 cm

                                    6 = 8 r minyak

                                    r minyak = 6/8 = 0,75

2.      Spirtus

Diketahui        :           h air = 3 cm

                                    h spiritus = 3,5 cm

r air = 1

Di tanya          :           r spiritus ?

Jawab              :           r air . h air = r spiritus . h spiritus

                                          1 . 3 cm = r spiritus . 3,5 cm

                                    3 = 3,5 r spiritus

                                    r spiritus = 3/3,5= 0,86

3.      Kecap

Diketahui        :           h air = 4,5 cm

                                    h Kecap = 4 cm

r air = 1

Di tanya          :           r Kecap ?

Jawab              :           r air . h air = r Kecap  . h Kecap

                                          1 . 4,5 cm = r Kecap . 4 cm

                                    4,5= 4 r Kecap

                                    r  Kecap = 4,5/4= 1,125

BAB V

KESIMPULAN

A.     KESIMPULAN

Yang kita maksud dengan fluida disini adalah suatu bentuk materi yang mudah mengalir misalnya zat cair dan gas. Sifat kemudahan mengalir dan kemampuan untuk menyesuaikan dengan tempatnya berada merupakan aspek yang membedakan fluida dengan zat benda tegar. Meskipun demikian hukum-hukum yang berlaku pada dua sistem ini tidak berbeda. Pada bagian ini kita akan meninjau fluida dalam keadaan tidak mengalir, contohnya air di dalam suatu wadah atau air di danau/waduk. Aspek pertama yang kita dapati ketika kita berada dalam suatu fluida (zat cair) yaitu tekanan. Kita merasakan ada tekanan pada tubuh kita yang berada di dalam zat cair.