Fisika: Rumus Fluida Statis (Hidrostatika)

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.