Apa itu fluida?

Fluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik. Fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). (Sumber: Wikipedia.org)

Di bab ini lebih banyak penghafalan rumus sih, jadi yuk langsung kita lihat aja!

1. Massa Jenis

Diartikan sebagai perbandingan antara massa dan volume zat tersebut.

Rumus:

p = m/V

Dimana:

p = massa jenis zat (kg/m³)

m = massa zat (kg)

V = volume zat (m³)

2. Tekanan Fluida

Diartikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan dibagi luas permukaan.

Rumus:

P = F/A

Dimana:

P = tekanan (N/m² atau Pa)

F = gaya (N)

A = luas bidang tekan (m²)

3. Tekanan Hidrostatis

• Tekanan pada fluida tak bergerak
• Tekanan fluida pada bidang batas terendah adalah sama

Rumus:

P = p * g * h

Dimana:

P = Tekanan (N/m² atau Pa)

p = massa jenis (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = kedalaman dari permukaan fluida cair (m)

4. Tekanan Atmosfer

Tekanan pada kedalaman tertentu dipengaruhi oleh tekanan atmosfer yang menekan permukaan atas lapisan zat cair

Rumus:

P_t = P₀ + P_h

Dimana:

P_t = tekanan total (N/m² atau Pa)

P₀ = tekanan atmosfer (N/m² atau Pa)

P_h = tekanan hidrostatis (N/m² atau Pa)

5. Hukum-hukum Fluida Statis

a. Hukum Pascal: tekanan yang diberikan pada fluida di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Tekanan pada luas penampang 1 sama besar dengan tekanan pada penampang 2.

P₁ = P₂

F₁/A₁ = F₂/A₂

F₁/r₁² = F₂/r₂²

F₁/d₁² = F₂/d₂²

Dimana:

P = tekanan pada penampang (N/m² atau Pa)

F = gaya yang bekerja (N)

A = luas penampang (m²)

r = jari-jari penampang (m)

d = diameter penampang (m)

b. Hukum Archimedes: 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 dipindakan oleh benda itu

F_A = W_u - W_f atau F_A = p_f * g * V_bt

Dimana:

F_A = gaya Archimedes (N)

W_u = berat benda ketika di udara (N)

W_f = berat semu (N)

p_f = massa jenis fluida (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

V_bt = volume benda tercelup (m³)

Benda Mengapung

• Memiliki gaya berat W sama dengan gaya ke atas F_A
• Hanya tercelup sebagian
• Volume zat cair yang dipindahkan = volume benda tercelup dalam zat cair
• Dapat mengapung karena p_b < p_f dan V_bt < V_b

Persamaan:

W = F_A

m*g = p_f * g * V_bt

p_b * g * V_b = p_f * g * V_bt

p_b * V_b = p_f * V_bt

Dimana: 

p_b = massa jenis benda (kg/m³)

V_b = volume benda (m³)

p_f = massa jenis fluida (kg/m³)

V_bt = volume benda tercelup (m³)

Benda Melayang

• Mirip dengan benda mengapung
• Perbedaan adalah ketika benda melayang, benda keseluruhan tercelup di dalam zat cair
• Sehingga volume yang dipindahkan = volume benda keseluruhan (p_b = p_f)
• Dikatakan melayang jika massa jenis benda = massa jenis zat cair

Persamaan: Sama seperti benda mengapung

Benda Tenggelam

• Gaya berat W lebih besar dari gaya F_A keatas.
• Seluruh benda tercelup dalam zat cair
• Sehingga volume zat cair yang dipindahkan = volume benda (p_b > p_f)
• Dikatakan tenggelam jika massa jenis benda > massa jenis zat cair

Persamaan:

W > F_A

m * g > p_f * g * V_bt

p_b * g * V_b > p_f * g * V_bt

p_b * V_b > p_f * V_bt

Sumber: Buku Pedia

6. Tekanan Permukaan Zat Cair

• Kecenderungan zat cair untuk meregang, sehingga permukaan cairan terlihat seperti terdapat lapisan

Rumus:

ϒ = F/l (zat cair satu permukaan)

ϒ = F/2l (zat cair dua permukaan)

Dimana:

ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)

F = gaya tegang permukaan (N)

l = panjang permukaan (m)

7. Sudut Kontak dan Kapilaritas

a. Sudut Kontak

• Kelengkungan air maupun kelengkungan raksa ditarik garis lurus akan membentuk sudut θ terhadap dinding vertikal.
• θ dinamakan sudut kontak
• Sudut kontak air adalah sudut lancip (θ < 90°)
• Sudut kontak raksa adalah sudut tumpul (90° < θ < 180°)

b. Sudut Kapilaritas

• Peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler

Persamaan:

h = (2 * ϒ * cos θ) / p * g * r

Dimana:

h = kenaikan zat cair (m)

ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)

p = massa jenis zat cair (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

r = jari-jari pipa kapiler (m)

8. Viskositas

• Gesekan dalam fluida
• Semakin besar viskositas, semakin sulit benda bergerak dalam fluida
• Diperlukan gaya untuk menggeser satu lapisan fluida terhadap yang lain

Rumus:

F = (n * A * v) / l

Dimana:

F = gaya untuk pergerakan benda (N)

A = luas permukaan papan (m²)

v = kecepatan (m/s)

l = jarak antar dua keping (m)

n = koefisien viskositas (kg/m*s)

1. Debit

• Volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang tiap detik

Rumus:

Q = A * v atau Q = V/t

Dimana:

Q = debit (m³/s)

V = volume fluida (m³)

t = waktu (s)

A = luas (m²)

v = kecepatan (m/s)

2. Persamaan Kontinuitas

• Debit fluida yang memasuki pipa sama dengan debit fluida yang keluar dari pipa

Persamaan:

Q₁ = Q₂

A₁ * v₁ = A₂ * v₂

3. Asas Bernoulli

• Dalam pipa horizontal, tekanan fluida paling besar terdapat dalam fluida dengan kelajuan aliran terkecil, begitupun sebaliknya.

Persamaan:

P + 1/2 * p * v² + p * g * h = konstan

P₁ + 1/2 * p * v₁² + p * g * h₁ = P₂ + 1/2 * p * v₂² + p * g * h₂

Dimana:

P = tekanan (N/m²)

h = ketinggian (m)

4. Aplikasi Asas Bernoulli

a. Tangki Berlubang

- Kecepatan aliran air yang keluar:

v = akar(2 * g * h)

Dimana:

v = kecepatan aliran air yang keluar (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = tinggi lubang dari permukaan air (m)

- Waktu yang dibutuhkan aliran air mencapai tanah

t = akar(2 * h₂/g)

Dimana:

h₂ = ketinggian lubang diukur dari permukaan tanah (m)

- Jarak horizontal air tiba di tanah

x = akar(2 * h * h₂)

Sumber: http://fathul-ilmi.blogspot.co.id/2014/02/menghitung-laju-kecepatan-air-pada.html

b. Venturimeter

- Venturimeter Tanpa Manometer

v₁ = akar{2 * g *h/(A₁/A₂)² - 1}

Dimana:

h = perbedaan ketinggian pada fluida (m)

- Venturimeter Dengan Manometer

v₁ = akar{2 * p_r * g * h/p_u * (A₁/A₂)² - 1}

Dimana:

p_r = massa jenis raksa (kg/m³)

p_u = massa jenis udara (kg/m³)

c. Tabung Pitot

• alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan gas

Rumus: 

v = akar(2 * p_r * g * h/p_u)

Sumber: Fisika Zone

d. Gaya Angkat Pesawat

Pesawat akan terbang jika:

1. v₂ > v₁ (kecepatan aliran di atas sayap lebih besar daripada kecepatan aliran di bawah sayap)

2. P₁ > P₂ (tekanan di bawah sayap lebih besar daripada tekanan di atas sayap)

Rumus:

F₁ - F₂ = (P₁ - P₂) * A

F₁ - F₂ = 1/2 * p * (v₂² - v₁²) * A

Dimana:

F₁ - F₂ = gaya angkat pesawat terbang (N)

P₁ = tekanan pada sayap bagian bawah (N/m²)

P₂ = tekanan pada sayap bagian atas (N/m²)

v₁ = kecepatan udara bagian atas (m/s)

v₂ = kecepatan udara bagian bawah (m/s)

Sumber: https://belajar.kemdikbud.go.id/SumberBelajar/tampilajar.php?ver=11&idmateri=136&mnu=Materi5&kl=10