Materi Fisika Kelas 11 - Fluida Statis dan Dinamis
sains fisika SMA 11
Muhammad Ridwan
25 Februari 2025
Apa itu Fluida?
Fluida adalah zat yang dapat mengalir, seperti cairan dan gas. Dalam Fisika, fluida dibagi menjadi fluida statis (diam) dan fluida dinamis (bergerak). Yuk, kita bahas lebih dalam! 🔍💦
A. Fluida Statis
Fluida statis adalah fluida yang tidak mengalami perpindahan atau dalam keadaan diam.
1. Tekanan dalam Fluida
Tekanan adalah gaya yang diberikan per satuan luas.
\[ P = \frac{F}{A} \]dengan:
- \( P \) = tekanan (Pascal, \( \text{Pa} \))
- \( F \) = gaya (Newton, \( \text{N} \))
- \( A \) = luas permukaan (m²)
📌 Semakin besar gaya atau semakin kecil luas permukaan, semakin besar tekanannya.
2. Tekanan Hidrostatis
Tekanan dalam fluida meningkat seiring dengan kedalaman.
\[ P = \rho g h \]dengan:
- \( P \) = tekanan hidrostatis (Pa)
- \( \rho \) = massa jenis fluida (kg/m³)
- \( g \) = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
- \( h \) = kedalaman fluida (m)
📌 Semakin dalam suatu titik dalam fluida, semakin besar tekanannya! 🌊
3. Hukum Pascal
"Tekanan yang diberikan pada fluida dalam wadah tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar."
\[ F_1 / A_1 = F_2 / A_2 \]Contohnya: sistem rem hidrolik pada mobil 🚗🚦.
4. Hukum Archimedes
"Benda yang dicelupkan ke dalam fluida mengalami gaya ke atas sebesar berat fluida yang dipindahkan."
\[ F_A = \rho g V \]dengan:
- \( F_A \) = gaya apung (Newton)
- \( V \) = volume fluida yang dipindahkan (m³)
📌 Jika gaya apung lebih besar dari berat benda, benda akan mengapung. Jika lebih kecil, benda tenggelam. 🚢
B. Fluida Dinamis
Fluida dinamis adalah fluida yang mengalir dan mengalami perubahan kecepatan.
1. Persamaan Kontinuitas
"Laju aliran fluida dalam pipa tertutup adalah tetap."
\[ A_1 v_1 = A_2 v_2 \]dengan:
- \( A \) = luas penampang (m²)
- \( v \) = kecepatan fluida (m/s)
📌 Jika pipa menyempit, fluida akan bergerak lebih cepat! 💨
2. Persamaan Bernoulli
"Tekanan, kecepatan, dan ketinggian dalam fluida saling berhubungan."
\[ P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 + \rho g h_2 \]📌 Semakin cepat fluida bergerak, semakin rendah tekanannya! (Contoh: pesawat bisa terbang karena efek Bernoulli ✈️)
Contoh Soal dan Pembahasan
Soal 1: Tekanan Hidrostatis
Seorang penyelam berada di kedalaman 5 meter dalam air (\( \rho = 1000 \) kg/m³). Hitung tekanan hidrostatisnya!
Jawaban:
\[ P = \rho g h \] \[ P = (1000)(9.8)(5) = 49,000 \text{ Pa} \]Jadi, tekanannya 49 kPa.
Soal 2: Hukum Pascal
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki luas piston kecil 0,01 m² dan luas piston besar 0,5 m². Jika gaya pada piston kecil 200 N, hitung gaya yang dihasilkan pada piston besar!
Jawaban:
\[ F_1 / A_1 = F_2 / A_2 \] \[ 200 / 0.01 = F_2 / 0.5 \] \[ F_2 = (200 \times 0.5) / 0.01 = 10,000 \text{ N} \]Jadi, gaya yang dihasilkan adalah 10 kN.
Soal 3: Persamaan Kontinuitas
Sebuah pipa memiliki luas penampang awal 0,02 m² dengan kecepatan fluida 3 m/s. Jika pipa menyempit hingga luasnya 0,01 m², berapa kecepatan fluida di bagian yang sempit?
Jawaban:
\[ A_1 v_1 = A_2 v_2 \] \[ (0.02)(3) = (0.01)(v_2) \] \[ v_2 = 6 \text{ m/s} \]Jadi, kecepatan fluida meningkat menjadi 6 m/s.
Latihan Soal
- Sebuah balok bermassa 5 kg dicelupkan ke dalam air. Jika volume balok 0,002 m³, hitung gaya apungnya!
- Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan udara di atas sayap 300 m/s dan di bawah sayap 250 m/s. Jika massa jenis udara 1,2 kg/m³, hitung perbedaan tekanannya!
- Pipa air memiliki luas 0,05 m² dengan kecepatan air 2 m/s. Jika pipa menyempit menjadi 0,01 m², berapa kecepatan air setelah penyempitan?
Kesimpulan
- Fluida statis berhubungan dengan tekanan, hukum Pascal, dan hukum Archimedes.
- Fluida dinamis mengikuti hukum kontinuitas dan Bernoulli.
- Prinsip fluida banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari seperti kapal, pesawat, pipa air, dan hidrolik.
Semoga materi ini bermanfaat! Selamat belajar! 🚀💦
