Fluida Statis

Suatu bahan dapat dikelompokan menjadi:

·      Zat padat

Cenderung mempertahankan bentuk dan ukuran.

·      Zat cair

Tidak mempertahankan bentuk yang tetap, tetapi mengikuti bentuk wadah yang ditempatinya.

·      Gas

Tidak memiliki bentuk dan Volume yang tetap, tetapi menyebar memenuhi tempatnya.

Zat cair dan gas memiliki kemampuan untuk mengalir sehingga keduaanya disebut sebagai fluida. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair tidak dapat dimampatkan.

Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak) dan fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang bergerak. Hidrodinamika yang khusus membahas mengenai aliran gas dan udara disebut aerodinamika.

·      Massa Jenis/Densitas  dan viskositas

Salah satu sifat penting dari suatu zat adalah massa jenis (ρ) atau kerapatan. Massa jenis didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m) suatu benda terhadap volumenya (V).

Dimana benda yang satu dengan benda yang lainnya memiliki massa jenis yang berbeda.

Nama Zat	Massa jenis (kg/m3)	Nama Zat	Massa jenis (kg/m3)
Udara (27oC)	1,2	Kuningan	8400
Alkohol	800	Perak	10500
Kayu	300-900	Raksa	13600
Es	920	Emas	19300
Air (4oC)	1000	Platina	21450
Aluminum	2700	Besi	7900
Seng	7140

 

Secara alamiah, fluida pada saat mengalir akan memiliki gesekan internal akibat adanya gaya-gaya antara lapisan yang berdekatan. Kekuatan gaya gesek ini disebut viskositas. Besarnya gesekan ini biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair (Viskositas).

 

Suatu jenis cairan dinyatakan memiliki viskositas yang rendah jika cairan tersebut mudah mengalir, sementara jika sulit mengalir, maka jenis cairan tersebut memiliki viskositas yang tinggi.

 

Pada zat cair, viskositas disebabkan akibat adanya gaya-gaya kohesi (gaya tarik-menarik antar molekul yang sejenis. Salah satu aspek yang memengaruhi kohesi adalah kerapatan dan jarak antar molekul dalam suatu benda. Kohesi berbanding lurus dengan kerapatan suatu benda, sehingga bila kerapatan semakin besar maka kohesi yg akan didapatkan semakin besar. Akibat dari gaya kohesi ini ialah menyebabkan dua zat cair yang berbeda jenis tidak akan dapat bercampur walaupun berada dalam satu wadah yang sama, sedangkan pada gas viksositas disebabkan pada tumbukan antar molekul penyusun gas.

 

·      Hukum Utama Hidrostatik

Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu luasan. Tekanan akibat fluida disebut tekanan hisrostatik (Ph).

·      Hukum Archimedes

“Apabila suatu benda dimasukan ke dalam suatu fluida maka benda itu akan mendapat gaya ke atas sebesar berat fluida yang akan dipindahkan atau selisih dari gaya hidrostatik”. F_A disebut juga dengan gaya ke atas atau gaya apung.

·      Hukum Pascal

Pada kedalaman yang sama, tekanan fluida akan sama besar dan diteruskan ke segala arah.

“Semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam suatu zat cair, memiliki tekanan hidrostatik yang sama”.

·      Gejala Kapilaritas

Gejala kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikel-partikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya.

 

Gaya adhesi adalah gaya tarik menarik antar partikel yang berbeda jenisnya. Akibat adanya gaya adhesi akan dapat mengakibatkan dua zat akan dapat menempel atau bercapur bila dicampurkan karena molekulnya saling tarik menarik atau merekat.

Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.

Tegangan permukaan merupakan kecenderungan zat cair untuk menegang sehingga pada permukaan zat cair seolah olah terdapat selaput atau lapisan yang tegang, sehingga dapat menahan benda. Hal ini terjadi karena adanya gaya tarik menarik antara partikel zat cair (kohesi).

Beberapa contoh peristiwa tegangan permukaan diantaranya yaitu serangga air dapat berjalan di atas permukaan air, tetesan air pada permukaan daun talas berbentuk seperti bola, tetesan embun yang menempel di atas rumput berbentuk seperti bola, silet dapat mengambang dipermukaan air.

Gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari seperti:

1. Reaksi pada minyak tanah yang naik hingga ke sumbu kompor sehingga kompor dapat dinyalakan.
2. Kain yang dapat menyerap cairan.
3. Air yang terserap oleh akar akan naik menuju batang pohon melalui pembuluh kayu.
4. Air hujan yang dapat merembes masuk dari dinding luar ke dinding dalam.

Kondisi Pencampuran Dua Zat yang Berbeda

Ada beberapa kondisi yg mungkin terjadi jika kita mencampurkan 2 macam zat, yaitu:

1. Jika gaya kohesi antar partikel zat yang berbeda lebih besar daripada gaya adhesinya, kedua zat tidak akan bercampur.
Contohnya, minyak kelapa dicampur dengan air.

 

2. Jika gaya adhesi antar partikel zat yang berbeda sama besar dengan gaya kohesinya, kedua zat akan bercampur merata.
Contohnya, air dicampur dengan alkohol.

3. Jika gaya adhesi antar partikel zat yang berbeda lebih besar daripada gaya kohesinya, kedua zat akan saling menempel.
Contohnya, air yang menempel pada kaca.

Faktor yang mempengaruhi level viskositas di antaranya:

1. Tekanan

Tingkat viskositas suatu zat cair akan naik jika terdapat tekanan. Sedangkan pada gas, tekanan tidak akan memengaruhi tingkat viskositas. Hal ini disebabkan oleh tekanan yang memengaruhi ikatan molekul zat cair. Semakin tinggi tekanan maka semakin tinggi pula dihasilkan oleh gaya kohesi yang terjadi pada molekul penyusun zat cair.

2. Temperatur

Pada zat cair, temperatur yang naik akan menyebabkan tingkat viskositas turun. Sedangkan pada gas, temperatur yang naik justru akan meningkatkan viskositas. Ini karena pemanasan dapat membuat kohesi antar molekul melemah.

3. Ukuran serta berat molekul

Ukuran serta berat molekul ternyata juga dapat memengaruhi viskositas. Semakin berat massa molekul benda maka semakin tinggi pula viskositasnya. Sebagai contoh, cgs centimeter gram sekon minyak memiliki massa molekul yang lebih berat dibandingkan air, maka nilai viskositasnya pun lebih besar dan luas penampang dibandingkan air.

4. Kekuatan kohesi

Seperti yang telah disebutkan pada bagian pembuka, viskositas dipengaruhi oleh gaya kohesi antar molekul sejenis dalam benda. Makin besar kekuatan gaya kohesi, semakin tinggi pula tingkat viskositasnya.

Koefisien viskositas adalah suatu besaran yang menyatakan besarnya gaya gesek yang dialalmi sebuah pertikel berjari-jari (r) yang bergerak mengendap dalam fluida dengan kecepatan (v).

Gaya gesek antara permukaan benda padat yang bergerak dalam fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif gerak benda tersebut terhadap fluidanya.

Hukum stokes menjelaskan bahwa apabila sebuah benda atau partikel mengendap atau melaju dalam suatu fluida, maka benda akan mendapat perlawanan berupa gaya hambat yang dialami partikel benda berbentuk bola ini merupakan gaya gesek.

Gaya yang bekerja pada bola yaitu gaya berat (w), gaya apung (F_A), dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes (F_s). Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Tapi, saat kecepatannya bertambah, maka gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, saat bola mencapai keadaan seimbang maka bola bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut dengan kecepatan terminal. 

Download materi lengkap.