Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis Konsep hingga Aplikasi

Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis bukan sekadar kumpulan latihan, melainkan pintu masuk untuk memahami fenomena menakjubkan di sekitar kita. Dari tekanan yang dirasakan penyelam hingga prinsip kerja dongkrak mobil, fluida statis menawarkan logika yang elegan dan aplikasi yang sangat praktis. Menguasainya berarti memahami bahasa alam yang mengatur keseimbangan benda di dalam air, naiknya air pada akar tanaman, hingga pengukuran tekanan udara.

Pembahasan ini akan mengajak menjelajahi konsep inti seperti tekanan hidrostatis, hukum Pascal, gaya Archimedes, tegangan permukaan, serta prinsip alat ukur seperti manometer. Setiap konsep tidak hanya diuraikan secara teoritis, tetapi juga diperkuat dengan contoh soal beserta langkah penyelesaian yang detail, tabel perbandingan, dan analisis aplikasinya dalam teknologi serta kehidupan sehari-hari, memberikan pemahaman yang komprehensif dan mendalam.

Konsep Dasar Tekanan Hidrostatis

Ketika kita menyelam di kolam renang, telinga akan terasa sakit semakin dalam. Sensasi itu adalah bukti nyata dari tekanan hidrostatis, tekanan yang dihasilkan oleh berat fluida karena pengaruh gravitasi. Konsep ini fundamental dalam fluida statis karena menjelaskan bagaimana tekanan berubah seiring kedalaman, terlepas dari bentuk wadahnya.

Tekanan hidrostatis didefinisikan sebagai tekanan yang diberikan oleh fluida diam pada suatu titik di dalamnya, akibat berat kolom fluida di atas titik tersebut. Rumusnya diturunkan dari hubungan massa jenis (ρ), percepatan gravitasi (g), dan ketinggian kolom fluida (h). Gaya yang bekerja adalah berat fluida (m.g), di mana massa (m) = ρ.V, dan volume V = A.h (A adalah luas penampang).

Tekanan (P) adalah gaya per satuan luas (F/A), sehingga P = (ρ.A.h.g)/A, yang kemudian disederhanakan menjadi:

P = ρ . g . h

Rumus ini menunjukkan bahwa tekanan hidrostatis hanya bergantung pada massa jenis fluida, gravitasi, dan kedalaman, bukan pada bentuk bejana atau luas permukaannya.

Perbandingan Tekanan Hidrostatis pada Berbagai Fluida

Nilai tekanan hidrostatis sangat dipengaruhi oleh massa jenis fluida. Sebagai ilustrasi, berikut adalah perhitungan tekanan hidrostatis pada kedalaman tertentu untuk tiga fluida umum: air (ρ = 1000 kg/m³), minyak (ρ ≈ 800 kg/m³), dan raksa (ρ ≈ 13600 kg/m³), dengan asumsi g = 9.8 m/s².

Kedalaman (m) Tekanan pada Air (Pa) Tekanan pada Minyak (Pa) Tekanan pada Raksa (Pa)
0.5 4,900 3,920 66,640
1.0 9,800 7,840 133,280
2.0 19,600 15,680 266,560
5.0 49,000 39,200 666,400

Contoh Perhitungan Tekanan Total di Dasar Bejana

Tekanan mutlak di dasar bejana terbuka adalah jumlah dari tekanan atmosfer dan tekanan hidrostatis. Misalkan sebuah tangki silinder berisi air setinggi 3 meter. Hitunglah tekanan total yang dialami titik di dasar tangki jika tekanan atmosfer di tempat itu adalah 1.01 x 10⁵ Pa.

Diketahui:
ρ air = 1000 kg/m³
h = 3 m
g = 9.8 m/s²
P atm = 1.01 x 10⁵ Pa

Langkah Penyelesaian:

1. Hitung tekanan hidrostatis (Ph)

P h = ρ . g . h = 1000 . 9.8 . 3 = 29,400 Pa.

2. Hitung tekanan total (Ptotal)

P total = P atm + P h = 101,000 Pa + 29,400 Pa = 130,400 Pa.

Jadi, tekanan total di dasar tangki adalah 1.304 x 10⁵ Pa.

Pengaruh Bentuk Bejana terhadap Tekanan Hidrostatis

Meskipun rumus P = ρ.g.h independen terhadap bentuk, bentuk bejana mempengaruhi bagaimana berat fluida didistribusikan ke dasar. Pada bejana silinder vertikal, seluruh berat fluida langsung ditopang oleh dasar. Pada bejana berbentuk kerucut terbalik (dasar lebih kecil), berat total fluida lebih besar daripada gaya tekanan pada dasar yang kecil, karena dinding bejana menahan sebagian berat fluida secara vertikal. Sebaliknya, pada bejana berbentuk kerucut (dasar lebih lebar), berat total fluida justru lebih kecil daripada yang dihitung dari tekanan di dasar dikali luas dasar yang besar.

Namun, tekanan pada titik di kedalaman yang sama, di semua bejana tersebut, tetap identik. Konsep ini dikenal sebagai paradoks hidrostatik.

Hukum Pascal dan Aplikasinya

Prinsip yang ditemukan oleh Blaise Pascal ini menjadi tulang punggung teknologi hidrolik modern. Inti dari Hukum Pascal adalah bahwa tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah. Artinya, jika kita memberikan tekanan tambahan di satu titik, seluruh bagian fluida akan mengalami kenaikan tekanan yang sama.

Hubungan ini dimanfaatkan dengan menggunakan dua piston dengan luas penampang berbeda (A₁ dan A₂). Jika gaya F₁ diberikan pada piston kecil, tekanan yang dihasilkan P = F₁/A₁ akan diteruskan ke piston besar. Pada piston besar, tekanan yang sama ini akan menghasilkan gaya F₂ = P . A₂ = (F₁/A₁) . A₂.

BACA JUGA  Beban pada Piston Besar untuk Seimbangkan Gaya 80 N

Dengan demikian, diperoleh perbandingan gaya:

F₂ / F₁ = A₂ / A₁

Perbandingan luas penampang inilah yang menghasilkan penguatan gaya, prinsip dasar di balik dongkrak hidrolik.

Skenario Perhitungan Dongkrak Hidrolik

Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil. Luas penampang piston kecil adalah 5 cm² dan piston besar 500 cm². Jika gaya yang diberikan pada piston kecil adalah 100 N, berapakah berat mobil maksimum yang dapat diangkat? Berikut langkah penyelesaiannya.

  • Langkah 1: Identifikasi data yang diketahui.
    A₁ = 5 cm² = 5 x 10⁻⁴ m²
    A₂ = 500 cm² = 500 x 10⁻⁴ m² = 5 x 10⁻² m²
    F₁ = 100 N
  • Langkah 2: Gunakan Hukum Pascal dalam bentuk perbandingan gaya dan luas.
    F₂ / F₁ = A₂ / A₁
  • Langkah 3: Substitusi nilai untuk mencari F₂.
    F₂ = F₁ . (A₂ / A₁) = 100 N . (5 x 10⁻² m² / 5 x 10⁻⁴ m²)
    F₂ = 100 N . 100 = 10,000 N
  • Langkah 4: Konversi ke massa (jika diperlukan).
    m = F₂ / g = 10,000 N / 9.8 m/s² ≈ 1020 kg.

Dengan gaya hanya 100 N, dongkrak dapat mengangkat beban setara 1 ton, menunjukkan keefektifan sistem hidrolik.

Aplikasi Hukum Pascal dalam Kehidupan Sehari-hari

Aplikasi Alat/System Prinsip Kerja Keuntungan
Pengangkatan Beban Berat Dongkrak Hidrolik Gaya kecil pada piston kecil menghasilkan gaya besar pada piston besar. Penguatan gaya yang sangat besar, memungkinkan manusia mengangkat mobil atau mesin.
Sistem Pengereman Rem Hidrolik (Mobil) Tekanan pada pedal rem diteruskan oleh minyak rem ke piston di setiap roda. Gaya pengereman merata di keempat roda, responsif, dan lebih aman.
Alat Pres Mesin Press Hidrolik Tekanan hidrolik digunakan untuk mengepres bahan seperti kapas, logam, atau sampah. Menghasilkan gaya tekan yang sangat besar dan terkendali untuk proses industri.
Pengontrolan Pesawat Sistem Kemudi Pesawat (Beberapa jenis) Gerakan tuas kontrol diteruskan secara hidrolik ke permukaan kontrol seperti aileron dan elevator. Respons yang tepat dan kuat untuk mengatasi tekanan udara selama penerbangan.

Pemilihan Oli sebagai Fluida Hidrolik

Meskipun Hukum Pascal berlaku untuk semua fluida, sistem hidrolik praktis hampir selalu menggunakan oli mineral khusus, bukan air. Beberapa alasan utamanya adalah oli memiliki sifat pelumasan yang sangat baik untuk mencegah keausan komponen seperti piston dan silinder, titik didih yang tinggi sehingga tidak mudah menguap pada suhu operasi, sifat anti-karat yang melindungi logam, serta viskositas yang relatif stabil terhadap perubahan suhu.

Memahami tekanan hidrostatis dalam Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis memerlukan konsentrasi tinggi, mirip dengan fokus yang dibutuhkan saat mempelajari notasi musik. Untuk merefresh pikiran, Anda bisa mencoba memainkan melodi klasik seperti Tolong Beri Nomor Lagu Fur Elise untuk Pianika. Setelah sesi bermusik yang menenangkan, kembali ke konsep fluida dengan perspektif yang lebih jernih untuk menguasai penerapan hukum Pascal dengan lebih otoritatif.

Air, di sisi lain, menyebabkan karat, memiliki viskositas rendah sehingga lebih mudah bocor, dan dapat membeku atau mendidih pada rentang suhu operasi yang normal.

Gaya Archimedes dan Hukum Apung

Mengapa kapal baja yang sangat berat bisa mengapung, sedangkan paku baja yang kecil justru tenggelam? Fenomena ini dijelaskan oleh Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida akan mengalami gaya apung ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Gaya apung (F A) ini adalah hasil dari perbedaan tekanan hidrostatis antara bagian bawah dan atas benda. Secara matematis, F A = ρ fluida . g . V tercelup. Nasib sebuah benda dalam fluida ditentukan oleh perbandingan antara gaya apung dan berat benda (w = m.g = ρ benda .

g . V benda). Terdapat tiga kondisi:

  • Tenggelam: Jika ρ benda > ρ fluida, maka berat benda > gaya apung maksimum (saat V tercelup = V benda).
  • Melayang: Jika ρ benda = ρ fluida, benda akan diam di dalam fluida karena berat benda persis sama dengan gaya apung.
  • Terapung: Jika ρ benda < ρfluida, benda akan mengapung dengan sebagian volumenya tercelup, hingga ρ fluida . g . V tercelup = ρ benda . g . V benda.

Contoh Soal Gaya Archimedes dengan Tingkat Kesulitan Berbeda

Pemahaman konsep gaya apung dapat diuji melalui berbagai variasi soal. Berikut tiga contoh dengan tingkat kompleksitas yang berbeda.

Soal Mudah: Sebuah bola besi volumenya 0.02 m³ tercelup seluruhnya dalam air (ρ = 1000 kg/m³). Hitung gaya apung yang dialami bola.
Jawaban:
F A = ρ air . g . V tercelup = 1000 .

9.8 . 0.02 = 196 N.

Soal Sedang: Sebuah balok kayu bermassa 12 kg dan massa jenis 600 kg/m³ mengapung di air. Berapa persen volume balok yang tercelup?
Jawaban:
Saat mengapung, F A = w.
ρ air . g .

Memahami konsep fluida statis, seperti tekanan hidrostatis dan hukum Pascal, sering kali memerlukan pemahaman mendasar tentang besaran fisika lain. Salah satunya adalah Apa yang dimaksud suhu , karena perubahan suhu dapat memengaruhi massa jenis fluida dan tekanan di dalamnya. Dengan demikian, penguasaan kedua konsep ini menjadi kunci untuk menyelesaikan berbagai soal dan jawaban fisika fluida statis dengan lebih komprehensif dan akurat.

V tercelup = m . g
. V tercelup = 12
V tercelup = 0.012 m³.
Volume total balok, V = m/ρ kayu = 12/600 = 0.02 m³.
Persentase tercelup = (0.012 / 0.02) x 100% = 60%.

Soal Sulit: Sebuah benda ditimbang di udara beratnya 7.8 N. Saat dicelupkan seluruhnya ke dalam air, berat semu menjadi 6.8 N. Ketika dicelupkan seluruhnya ke dalam cairan X, berat semunya 7.0 N. Tentukan massa jenis benda dan massa jenis cairan X.
Jawaban:
Gaya apung di air, F A,air = 7.8 N – 6.8 N = 1.0 N.

F A,air = ρ air . g . V benda → 1.0 = 1000 . 9.8 . V → V ≈ 1.02 x 10⁻⁴ m³.

Massa benda, m = w/g = 7.8/9.8 ≈ 0.796 kg.
ρ benda = m/V = 0.796 / (1.02×10⁻⁴) ≈ 7800 kg/m³ (mendekati besi).

Gaya apung di cairan X, F A,X = 7.8 N – 7.0 N = 0.8 N.
F A,X = ρ X . g . V benda → 0.8 = ρ X . 9.8 .

(1.02×10⁻⁴)
ρ X ≈ 800 kg/m³.

Faktor yang Mempengaruhi Gaya Archimedes

Besar gaya apung tidak bergantung pada bahan benda, kedalaman (selama benda tercelup seluruhnya), atau bentuk benda. Faktor penentunya adalah:

  • Massa Jenis Fluida (ρfluida): Semakin besar massa jenis fluida, semakin besar gaya apung. Benda lebih mudah mengapung di air laut daripada di air tawar.
  • Volume Fluida yang Dipindahkan (Vtercelup): Ini setara dengan volume bagian benda yang tercelup. Semakin besar volume yang tercelup, semakin besar gaya apung.
  • Percepatan Gravitasi (g): Gaya apung berbanding lurus dengan percepatan gravitasi di tempat tersebut.
BACA JUGA  Konversi 1000 Won ke Rupiah Nilai Tukar dan Daya Beli

Menentukan Massa Jenis Benda Tidak Beraturan

Konsep Archimedes menyediakan metode praktis untuk mengukur massa jenis benda padat dengan bentuk tidak beraturan. Prosedurnya adalah dengan menimbang massa benda di udara (m), kemudian mencelupkannya seluruhnya ke dalam fluida (biasanya air) yang massanya jenisnya diketahui (ρ air) dan mencatat berat semunya (w semu). Selisih berat (w – w semu) adalah gaya apung (F A), yang sama dengan berat air yang dipindahkan.

Dari sini, volume benda (V) dapat dihitung: V = F A / (ρ air . g). Akhirnya, massa jenis benda (ρ benda) adalah hasil bagi massa benda terhadap volumenya: ρ benda = m / V. Metode ini akurat dan tidak memerlukan pengukuran dimensi geometris yang rumit.

Tegangan Permukaan dan Kapilaritas

Pernahkah Anda melihat serangga air berjalan di permukaan atau tetesan air yang bulat sempurna di daun talas? Ini adalah manifestasi dari tegangan permukaan, suatu sifat fluida yang membuat permukaannya seolah-olah memiliki lapisan elastis yang tipis. Fenomena ini muncul karena gaya kohesi antar molekul fluida (misalnya, air dengan air) lebih kuat daripada gaya adhesi dengan molekul di atasnya (udara). Molekul di dalam cairan ditarik ke segala arah secara seimbang, sedangkan molekul di permukaan hanya ditarik ke bawah dan ke samping, menghasilkan tarikan ke dalam yang meminimalkan luas permukaan.

Mempelajari Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis mengajarkan prinsip keseimbangan dan tekanan, yang secara analogis dapat diterapkan untuk memahami tekanan sosial dalam perilaku ekonomi. Tanpa disadari, tekanan tersebut sering memicu Sikap Konsumtif: Pengertian dan Contohnya , sebuah fenomena yang perlu dikaji mendalam. Kembali ke fisika, pemahaman tentang stabilitas dalam fluida statis ini justru menawarkan perspektif untuk menciptakan keseimbangan finansial yang lebih rasional, jauh dari impuls belanja berlebihan.

Kapilaritas adalah konsekuensi menarik dari adhesi, kohesi, dan tegangan permukaan. Ini adalah kemampuan fluida untuk mengalir dalam ruang sempit, seperti tabung rambut (pipa kapiler), tanpa bantuan gaya eksternal dan bahkan melawan gravitasi. Naik atau turunnya fluida dalam pipa kapiler ditentukan oleh relatif kuatnya gaya adhesi fluida-dinding terhadap gaya kohesi internal fluida.

Ilustrasi Molekuler Kapilaritas

Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis

Source: slidesharecdn.com

Pada air dan kaca, gaya adhesi antara molekul air dan molekul kaca sangat kuat. Molekul air “menempel” ke dinding kaca dan ditarik ke atas. Gaya kohesi antar air kemudian menarik molekul air di sebelahnya, sehingga seluruh kolom air ikut terangkat. Sebaliknya, untuk raksa dan kaca, gaya kohesi internal raksa jauh lebih kuat daripada adhesinya dengan kaca. Permukaan raksa justru melengkung ke bawah (meniskus cembung) dan tinggi kolomnya di pipa kapiler akan lebih rendah daripada permukaan bebasnya.

Contoh Kapilaritas dalam Kehidupan dan Teknik

  • Kehidupan Sehari-hari: Naiknya minyak tanah pada sumbu kompor, naiknya air dari akar ke daun melalui pembuluh xylem yang sangat halus pada tumbuhan, proses penyerapan air oleh kertas tisue atau handuk, dan pembasahan kain.
  • Ilmu Teknik: Proses pengeringan lumpur atau tanah dengan menggunakan pipa kapiler (wick drain), prinsip kerja spidol atau pena, serta dalam beberapa sistem pendingin mikro pada perangkat elektronik.

Gejala Kapilaritas pada Berbagai Diameter Pipa

Tinggi kenaikan atau penurunan kolom fluida dalam pipa kapiler berbanding terbalik dengan jari-jari pipa, sesuai rumus h = (2γ cos θ) / (ρ g r), di mana γ adalah tegangan permukaan, θ adalah sudut kontak, ρ massa jenis, g gravitasi, dan r jari-jari pipa. Berikut ilustrasi pengaruh diameter untuk air (θ ≈ 0°) pada suhu kamar.

Diameter Pipa Kapiler (mm) Jari-jari (r) dalam m Perkiraan Tinggi Kenaikan Air (cm) Keterangan
0.5 0.00025 ~ 5.9 Kenaikan sangat signifikan.
1.0 0.0005 ~ 3.0 Kenaikan jelas teramati.
2.0 0.001 ~ 1.5 Kenaikan masih nyata.
5.0 0.0025 ~ 0.6 Kenaikan menjadi kecil.
BACA JUGA  Jelaskan Makna As Samad Tempat Bergantung Segalanya

Soal Analitis Kenaikan Fluida dalam Pipa Kapiler

Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari 0.2 mm dimasukkan vertikal ke dalam bejana berisi air. Jika tegangan permukaan air adalah 7.2 x 10⁻² N/m, sudut kontak 0°, dan massa jenis air 1000 kg/m³, hitunglah ketinggian air yang naik dalam pipa kapiler tersebut.

Penyelesaian Rinci:
Diketahui:
r = 0.2 mm = 2 x 10⁻⁴ m
γ = 7.2 x 10⁻² N/m
θ = 0° → cos θ = 1
ρ = 1000 kg/m³
g = 9.8 m/s²

Rumus kenaikan kapiler: h = (2γ cos θ) / (ρ g r)
Substitusi nilai:
h = (2 . 7.2×10⁻² . 1) / (1000 . 9.8 . 2×10⁻⁴)
h = (0.144) / (1.96)
h ≈ 0.0735 m = 7.35 cm.

Jadi, air akan naik setinggi sekitar 7.35 cm dalam pipa kapiler tersebut.

Manometer dan Barometer

Untuk mengukur tekanan, terutama di lingkungan industri dan laboratorium, kita memerlukan alat yang lebih spesifik daripada perasaan. Dua alat klasik yang berdasar pada prinsip fluida statis adalah manometer dan barometer. Meski serupa, fungsi dan konstruksinya berbeda. Barometer dirancang khusus untuk mengukur tekanan atmosfer absolut, sedangkan manometer digunakan untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup, seringkali relatif terhadap tekanan atmosfer.

Manometer tabung terbuka pada dasarnya adalah tabung U yang diisi sebagian dengan fluida pengukur (biasanya air atau raksa). Salah satu ujungnya terhubung ke sistem yang akan diukur tekanannya, dan ujung lainnya terbuka ke atmosfer. Perbedaan ketinggian kolom fluida (Δh) di kedua lengan tabung secara langsung menunjukkan perbedaan tekanan antara sistem dan atmosfer.

Perbedaan Prinsip Kerja Manometer dan Barometer

Manometer tabung terbuka mengukur tekanan gauge (P gauge = P sistem
-P atm). Tekanan sistem dihitung dari P sistem = P atm ± ρ g Δh, tergantung apakah kolom fluida lebih tinggi di sisi terbuka (+) atau lebih rendah (-). Barometer raksa, ciptaan Torricelli, mengukur tekanan atmosfer secara langsung. Tabung kaca panjang diisi raksa, dibalik, dan dicelupkan ke dalam wadah raksa.

Ruang hampa di atas kolom raksa dalam tabung memastikan bahwa tekanan di titik dasar kolom hanya disebabkan oleh berat raksa, sehingga P atm = ρ raksa . g . h.

Prosedur Penggunaan Manometer Tabung Terbuka

  • Pasang manometer secara vertikal dan pastikan skala pengukur terlihat jelas.
  • Isi manometer dengan fluida kerja (misalnya, air berwarna atau raksa) hingga ketinggian tertentu di kedua lengan.
  • Hubungkan salah satu ujung (lengan tertutup) dengan selang ke ruang tertutup yang tekanannya akan diukur.
  • Biarkan ujung lengan lainnya terbuka ke atmosfer.
  • Baca selisih ketinggian fluida (Δh) antara kedua lengan dengan teliti.
  • Hitung tekanan gas menggunakan rumus P gas = P atm + ρ g Δh (jika kolom di lengan terbuka lebih rendah) atau P gas = P atm
    -ρ g Δh (jika lebih tinggi).

Pembacaan Manometer untuk Berbagai Tekanan Gas, Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis

Berikut simulasi pembacaan Δh pada manometer air (ρ = 1000 kg/m³) dan raksa (ρ = 13600 kg/m³) untuk beberapa nilai tekanan gauge (P gauge = P gas
-P atm), dengan g = 9.8 m/s². Rumus yang digunakan adalah Δh = P gauge / (ρ g).

Tekanan Gauge (Pa) Δh pada Manometer Air (cm) Δh pada Manometer Raksa (cm) Keterangan
1000 ~ 10.2 ~ 0.75 Untuk tekanan rendah, air lebih sensitif (perubahan tinggi besar).
5000 ~ 51.0 ~ 3.75 Manometer air menjadi tidak praktis karena terlalu tinggi.
10000 ~ 102.0 ~ 7.5 Manometer raksa lebih kompak untuk tekanan menengah.
101325 (1 atm) ~ 1034 ~ 76.0 Tinggi kolom raksa inilah yang menjadi patokan 1 atmosfer.

Konversi Pembacaan Manometer ke Satuan Pascal

Sebuah manometer raksa menunjukkan selisih ketinggian kolom sebesar 15 cm di lengan yang terhubung ke gas. Jika kolom di sisi tersebut lebih tinggi, dan tekanan atmosfer saat itu 76 cmHg, berapakah tekanan gas dalam ruang tertutup tersebut dalam satuan Pascal? (ρ raksa = 13600 kg/m³, g = 9.8 m/s²).

Penyelesaian:
Karena kolom di sisi gas lebih tinggi, berarti P gas < Patm.
P gas = P atm

ρ g Δh.

Konversi semua ke satuan meter dan hitung dalam Pa:
P atm = (0.76 m) . (13600 kg/m³) . (9.8 m/s²) = 101,292.8 Pa.
P gauge = (0.15 m) . (13600 kg/m³) .

(9.8 m/s²) = 19,992 Pa.

Maka, P gas = 101,292.8 Pa – 19,992 Pa = 81,300.8 Pa (atau ≈ 8.13 x 10⁴ Pa).

Penutupan Akhir: Soal Dan Jawaban Fisika Fluida Statis

Dari kedalaman laut hingga ketinggian pipa kapiler, prinsip-prinsip fluida statis membuktikan betapa fundamentalnya hukum-hukum fisika dalam realitas kita. Eksplorasi melalui Soal dan Jawaban Fisika Fluida Statis ini menunjukkan bahwa pemahaman konsep bukan akhir, melainkan awal untuk mengapresiasi desain teknik, fenomena alam, dan inovasi di sekitar kita. Dengan logika yang runtut dan penerapan yang nyata, topik ini mengajak untuk melihat dunia dengan kacamata yang lebih analitis dan penuh rasa ingin tahu.

Bagian Pertanyaan Umum (FAQ)

Apakah tekanan hidrostatis bergantung pada bentuk wadah?

Tidak. Tekanan hidrostatis pada suatu kedalaman hanya bergantung pada massa jenis fluida, percepatan gravitasi, dan kedalaman itu sendiri (P = ρ.g.h). Bentuk wadah tidak mempengaruhi besarnya tekanan pada titik yang kedalamannya sama.

Mengapa kapal laut yang terbuat dari baja bisa mengapung, sedangkan sekeping baja kecil justru tenggelam?

Ini berkaitan dengan prinsip Archimedes. Kapal laut didesain memiliki bentuk yang meluas sehingga volume air yang dipindahkan sangat besar. Gaya apung (sama dengan berat air yang dipindahkan) yang dihasilkan jauh lebih besar daripada berat total kapal. Sedangkan sekeping baja, volume air yang dipindahkannya kecil, sehingga gaya apungnya tidak mampu menahan beratnya.

Dalam sistem hidrolik, apakah bisa menggunakan udara sebagai pengganti oli?

Bisa, sistemnya disebut pneumatik. Namun, udara bersifat kompresibel (mudah dimampatkan), sehingga tidak sekuat dan sepresisi oli/cairan (yang hampir tidak termampatkan) dalam mentransmisikan gaya besar. Pneumatik lebih cocok untuk aplikasi yang membutuhkan gerakan cepat dan gaya lebih kecil.

Apa hubungan antara tegangan permukaan dengan gejala kapilaritas?

Tegangan permukaan adalah gaya yang menyebabkan permukaan fluida berkontraksi. Pada kapilaritas, gaya kohesi (antar molekul fluida) dan adhesi (antara molekul fluida dan dinding pipa) bersaing. Jika adhesi lebih kuat (seperti air dengan kaca), tegangan permukaan akan “menarik” fluida naik melawan gravitasi sepanjang dinding pipa kapiler.

Leave a Comment