Fluida Statis

Fluida Statis

Materi memiliki tiga keadaan umum atau fase yaitu padat, cair, dan gas. Ketiga fase ini dapat dibedakan sebagai berikut:

1. Benda padat: pada fase ini benda dapat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap. Bahkan jika sebuah gaya yang besar diberikan pada sebuah benda padat, benda tersebut tidak langsung berubah bentuk atau volumenya. 
2. Benda cair: pada fase ini benda tidak mempertahankan bentuk yang tetap, melainkan mengambil bentuk tempat yang ditempatinya. Tetapi seperti benda padat, benda cair tidak langsung dapat ditekan, dan perubahan volume yang cukup signifikan terjadi jika diberikan gaya yang besar. 
3. Gas: pada fase ini materi tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap, gas akan menyebar untuk memenuhi tempatnya. Contohnya, ketika udara dipompa ke dalam ban mobil, udara tersebut tidak seluruhnya mengalir ke bagian bawah ban seperti zat cair, melainkan menyebar memenuhi seluruh volume ban. 

Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuknya yang tetap, keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir dan dengan demikian kedua-duanya sering disebut sebagai fluida.

Massa Jenis

Benda manakah yang lebih berat antara sebuah besi bermassa 2 kg dengan sebuah kayu bermassa 2 kg? Berdasarkan dari massanya, tentu kedua benda tersebut memiliki massa yang sama jadi kedua benda tersebut sama berat. Bagaimana jika besi dan kayu memiliki volume yang sama? Jika volumenya sama maka besi sudah pasti akan lebih berat karena besi lebih rapat dari kayu. Maka dari itu kita mempelajari tentang massa jenis atau kerapatan benda di sini.

Massa jenis atau ρ, sebuah benda didefinisi kan sebagai massa persatuan volume:

ρ = massa jenis benda (kg/m3)

m = massa benda (kg)

V = volume benda (m3)

Massa jenis merupakan sifat khas dari suatu zat murni. Benda-benda yang terbuat dari unsur murni, seperti emas murni, bisa memiliki berbagai ukuran dan massa, tetapi massa jenis akan akan sama untuk seluruhnya.

Tabel Massa Jenis beberapa Zat

Zat	Massa jenis (kg/m3)
Padat
Aluminium	2,70 × 103
Besi dan baja	7,8 × 103
Emas	19,3  × 103
Kayu	0,3 – 0,9 × 103
Es	0,917 × 103
Cair
Air (4° C)	1,00 × 103
Air laut	1,025 × 103
Air raksa	13,6 × 103
Bensin	0,68 × 103
Darah	1,05 × 103
Gas
Udara	1,29
Helium	0,179
Karbondioksida	1,98
Air (uap) (100° C)	0,598

Tekanan pada Fluida

Konsep tekanan terutama berguna dalam membahas fluida. Dari fakta eksperimental ternyata fluida memberikan tekanan ke segala arah. Hal ini telah dikenal oleh perenang dan penyelam yang merasakan tekanan air di seluruh bagian badan mereka. Di setiap titik pada fluida yang diam, besarnya tekanan dari seluruh arah tetap sama.

Sifat penting lainnya dari fluida yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan dengannya. Hal ini sesuai dengan hukum Newton ketiga.

Persamaan tekanan pada fluida adalah:

P = tekanan hidrostatis (N/m2)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = kedalam benda dalam zat cair (m)

Pada umumnya, tekanan pada kedalaman yang sama dalam zat cair yang serba sama adalah sama.

Prinsip Pascal

Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada fluida dalam suatu tempat akan menambah tekanan keseluruhan dengan besar yang sama. Contoh alat yang menggunakan prinsip Pascal rem hidrolik dan lift hidrolik.

Pada kasus lift hidrolik atau pengungkit hidrolik, sebuah gaya kecil dapat digunakan untuk memberikan gaya besar dengan membuat luas satu piston (keluaran) lebih besar dari luas piston yang lainnya (masukan). Untuk memahami cara kerja lift hidrolik, kita anggap piston masukan dan keluaran berada pada ketinggian yang sama. Kemudian gaya input luar (Gaya masuk), dengan prinsip Pascal, menambah tekanan dengan sama ke semua bagian pada ketinggian yang sama. Dengan demikian maka:

atau bisa menjadi:

Nilai F_keluar/F_masuk disebut keuntungan mekanik lift hidrolik, dan sama dengan rasio luas. Sebagai contoh, jika luas piston keluaran 20 kali lipat luas masukan, gaya dikalikan dengan 20. Berarti gaya 200 N dapat mengangkat beban 4000 N.

Sumber: Fisika Dasar I

Untuk memperlajari lebih lanjut silahkan lihat video berikut

Setelah membaca materi dan menonton video di atas, anda dapat menguji pemahaman anda pada soal berikut ini