Kita telah mengetahui bahwa zat yang
terdapat di alam ini dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis, yaitu zat padat,
zat cair, dan gas. Zat cair dan gas memiliki kesamaan sifat yaitu mengalir.
Suatu zat yang mempunyai kemampuan untuk mengalir dinamakan fluida, sehingga
zat cair dan gas termasuk fluida.
Sebuah cabang ilmu pengetahuan dalam
fisika yang khusus mempelajari tentang fluida adalah mekanika fluida. Secara
lebih lanjut, hidrostatika merupakan cabang ilmu fisika yang mengkaji gaya-gaya
di dalam zat cair yang diam.
Sumber: flickr.com
Massa Jenis
Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Massa jenis dikenal sebagai
massa per satuan volume.
Dengan:
Tekanan Fluida
Pada dasarnya, fluida selalu memberikan
tekanan pada setiap bidang yang bersentuhan dengannya. Besarnya tekanan
bergantung pada besarnya gaya dan luas bidang tempat gaya bekerja. Secara
matematis, persamaan tekanan dapat dirumuskan
Satuan tekanan:
1 Pa (pascal) = 1 N/m2
1 bar = 105 Pa
1 atm (atmosfer) = 76 cmHg = 1,01 x
105 Pa
= 1,01 bar
Tekanan Hidrostatis
Tekanan hiddrostatis adalah tekanan zat cair yang diam pada suatu kedalaman
tertentu. Untuk mengetahui tekanan zat hidrostatis suatu kedalaman zat cair,
digunakan alat Harlt.
Hukum Pokok Hidrostatis
Seperti kita ketahui bahwa tekanan hidrostatis di dalam suatu zat cair pada
kedalaman yang sama memiliki nilai yang sama. Oleh karena itu, hukum pokok
hidrostatis menyatakan bahwa “setiap
titik pada bidang datar yang sama akan memiliki tekanan hidrostatis yang sama”.
Tekanan hidrostatis suatu zat hanya bergantung pada tinggi kolom zat cair
(h), massa jenis (p), dan percepatan gravitasi (g).
Hukum Pascal
Hukum pascal berbunyi “tekanan yang
diberikan kepada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala
arah dan semua bagian ruang tersebut dengan sama besar”. Hukum Pascal
dinyatakan oleh seorang matematika dan fisika berkebangsaan Perancis Blaise Pascal (1623-1662).
Dalam kehidupan sehari-hari alat yang
bekerja menggunakan prinsip hukum Pascal yaitu dongkrak hidrolik, pompa hidraulis,
pengungkit mobil hidraulis, mesin press hidraulis, dan rem piringan hidraulis.
Hukum Archimedes
Berbunyi ”setiap benda yang berada di
fluida, baik sebagian maupun seluruhnya, akan mendapatkan gaya apung ke atas
yang sama besarnya dengan berat fluida yang dipindahkan”.
Persamaan Hukum Archimedes dapat dituliskan.
Tegangan Permukaan
Zat Cair
Seekor serangga dapat berjalan diatas permukaan air karena adanya tegangan
pada permukaan zat cair cair. Partikel pada zat cair dapat berpindah ke segala
arah tetapi masih tetap dalam zat cair tersebut karena antara partikel-partikel
itu terdapat gaya-tarik menarik.
Kohesi adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel yang sejenis.
Sedangkan, adhesi adalah gaya tarik menarik antar pertikel yang tidak sejenis.
Kohesi dan adhesi memiliki peran penting pada permukaan zat cair.
Jadi tegangan permukaan zat cair dapat didefinisikan sebagai kecenderungan
permukaan zat cair untuk merengang, sehingga zat cair seperti tertutup oleh
lapisan elastis. Sehingga dapat dituliskan dalam persamaan berikut.
Kapilaritas
Gejala naik turun permukaan zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit)
disebut kapilaritas. Kapilaritas bergantung pada gaya adhesi dan kohesi.
Bila permukaan zat cair di dalam pipa kapiler lebih tinggi dari permukaan
zat cair di luar pipa kapiler, zat cair akan membasahi dinding. Hal itu dapat
terjadi karena gaya adhesi sehingga permukaan zat cair di dalam pipa melengkung
ke bawah (meniskus cekung).
Sebaliknya, jika permukaan zat cair di dalam pipa kapiler lebih rendah dari
permukaan zat cair di luar pipa kapiler, zat cair tidak akan membasahi dinding.
Hal itu karena gaya kohesi sehingga permukaan zat cair di dalam pipa melengkung
ke atas (meniskus cembung).
Kenaikkan permukaan zat cair dapat dapat ditentukan dengan persamaan
berikut.
Hukum Stokes dan Viskositas
Viskositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida. Selain itu, dapat
diartikan sebagai sebuah gesekan antara stu partikel zat dan zat lain di
fluida. Visikometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan zat
cair.
Besarnya gaya gesekan fluida dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
Kita dapat menghitung kecepatan
terminal sebuah benda berbentuk bola yang bergerak di dalam fluida kental
dengan persamaan berikut.
