Greaters, pernahkah kamu mendengar istilah Fluida? Di dalam ilmu fisika terdapat materi yang dinamakan Mekanika Fluida. Saat membahas istilah Fluida, yang umumnya terbayang di benak kebanyakan orang adalah Fluida = zat cair. Padahal yang disebut sebagai Fluida adalah gas dan cairan. Mekanika Fluida akan membahas tentang cairan dan gas pada saat diam maupun saat bergerak sehingga dikenal istilah Fluida Statis dan Fluida Dinamis. Pengertian Fluida Statis sendiri merupakan ilmu yang mempelajari tentang gas dan cairan saat diam, sedangkan Fluida Dinamis mempelajari gas dan cairan saat bergerak. Untuk lebih jelasnya, kali kita akan membahas tentang Fluida Statis.

Sebelumnya perhatikan perbedaan antara Fluida dan zat padat atau solid berikut ini :


Sumber : grc.nasa.gov

Zat padat memiliki bentuk dan volume sendiri yang tidak akan berubah di manapun zat padat tersebut diletakkan. Zat cair memiliki bentuk yang sama dengan wadah tempatnya berada dengan volume yang tetap atau tidak berubah-ubah sedangkan zat gas baik bentuk maupun volumenya selalu berubah mengikuti wadah tempat gas berada.

Di samping itu, salah satu yang membedakan antara Fluida dan zat padat adalah responnya terhadap perubahan tekanan. Misalkan terdapat es dalam wadah A, air dalam wadah B dan gas di dalam balon. Es yang mewakili zat padat ketika diberi tekanan tidak akan menunjukkan perubahan yang signifikan, jika tekanan yang diberikan kepada es diperbesar maka es tersebut akan rusak atau hancur. Demikianlah sifat dari zat padat yang tidak responsif terhadap perubahan tekanan. Sedangkan pada fluida (air di wadah B dan gas di balon) ketika diberikan tekanan maka Fluida akan menyesuaikan diri dan mengalami perubahan keadaan, seandainya wadah A dan balon diberi lubang maka baik air maupun gas akan mengalir keluar saat tekanan dalam wadah diperbesar.

Hal tersebut yang menunjukan bahwa yang dinamakan fluida adalah ‘ sesuatu ‘ yang dapat mengalir.

Tekanan

Salah satu yang paling berpengaruh pada tingkah laku fluida adalah tekanan. Di mana tekanan memberikan peran yang penting baik pada fluida statis maupun fluida dinamis. Secara umum tekanan didefinisikan sebagai hasil bagi gaya (F) terhadap luas permukaan bidang tekan (A) P = F/A

Keterangan : P = Tekanan (N/m2 ; Pascal), F = Gaya (N), A = Luas permukaan bidang (m2)

Tekanan Hidrostatis

Pada Fluida tekanan yang terjadi dinamakan sebagai tekanan hidrostatis yang dipengaruhi oleh hal – hal berikut :

  1. Jenis Fluida
  2. Gravitasi bumi
  3. Kedalaman/ketinggian

Dan dirumuskan sebagai, Ph= ρ.g.h dengan, p = massa jenis fluida (kg/m3), = percepatan gravitasi (m/s2), = kedalaman/ ketinggian (m)

Berdasarkan karakteristik dari fluida dalam merespon tekanan yang berubah, ditemukan berbagai hukum yang dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari – hari, yaitu :

1. Dongkrak hidrolik berdasarkan Hukum Pascal

Mempelajari karakteristik cairan pada ruang tertutup, pada dasarnya Hukum Pascal menyatakan bahwa ‘Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar’. Berdasarkan hukum tersebut ditemukan dongkrak hidrolik yang prinsipnya adalah sebagai berikut.


Sumber : StudioBelajar.com

Gambar di atas menunjukkan gaya F1 yang merupakan gaya asli yang di berikan pada sebuah penampang kecil. Gaya F1 ini diperoleh dari tekanan yang diberikan pada penampang kecil dikalikan dengan luas penampang kecil, dapat dituliskan F1 = P1 . A1. Lalu dari gaya ini diperoleh gaya F2 pada penampang besar yang berfungsi mengangkat mobil sebesar F2 = P2 . A2. Berdasarkan prinsip dari hukum pascal yang mengatakan bahwa dalan ruang tertutup tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar maka besar P1 sama dngan besar P2 sehingga diperoleh persamaan:

P1=P2
F1/A1 =F2/A2

dengan : F1 dan F2 = gaya pada penampang 1 dan penampang 2, sementara A1 dan A2 = luas penampang 1 dan 2

2. Daya Apung oleh Archimedes

Sebagian besar dari kita sudah tahu dan pernah melihat kapal selam. Kapal yang luar biasa karena dapat mengalami dua kondisi, yang pertama berada di bawah permukaan air dan bergerak dengan leluasa di bawah sana, yang kedua muncul di atas permukaan laut dan dapat juga bergerak bebas di sana. Tetapi bagaimanakah sesungguhnya prinsip kerja kapal selam ini?, yuk kita berkenalan dengan Hukum Archimedes (Archimedes Principle).


Sumber : one-school.net

Air di dalam wadah pada gambar di sebelah kiri ketika sebuah benda dimasukkan akan mengalami perpindahan, di mana banyaknya air yang dipindahkan ini besarnya sama dengan berat dari benda yang dimasukkan. Hal ini juga merupakan prinsip kerja dari kapal laut. Setiap Fluida baik zat cair maupun zat gas memiliki gaya ke atas (FA) yang dapat menyebabkan benda mengapung atau melayang. Gaya ke atas dirumuskan sebagai

FA= Pf.g.Vbf

dengan : FA = gaya ke atas (N), Pf = massa jenis fluida (kg/m3), g = percepatan gravitasi bumi (m/s2), Vbf  = Volume benda yang tercelup ke dalam fluida (m3).

Selanjutnya untuk menjawab pertanyaan tentang kapal selam yang dapat berada di bawah laut maupun permukaan laut, semua berawal dari kondisi benda yang dimasukkan ke dalam air. Ada benda yang mengapung saat dimasukkan ke air, ada juga yang melayang dan ada juga yang tenggelam. Hal ini disebabkan oleh berat benda terhadap gaya ke atas air.


Sumber : schools.wikia.org

  • Benda mengapung di air terjadi jika berat benda sama dengan gaya ke atas benda FA = W
  • Benda melayang di air terjadi jika berat benda sama dengan gaya ke atas benda FA = W
    W = Berat benda
    W = mb.g
    W = Pb.g.Vb dengan,
    mb = massa benda (kg)
    Pb = massa jenis benda (kg/m3)
    Vb = volume benda
    Yang membedakan antara benda terapung dengan benda melayang di air meskipun keduanya memiliki syarat yang sama memiliki adalah volume benda yang tercelup ke air. Pada benda terapung Vbf < Vb, sedangkan pada benda melayang Vbf = Vb.
  • Benda tenggelam di air terjadi jika gaya berat benda lebih besar dari gaya ke atas benda FA < W

Jadi Greaters, itu adalah sedikit penjelasan tentang Fluida Statis dengan menggunakan prinsip atau teori Pascal dan Archimedes. Semoga bermanfaat

Sumber gambar utama : Pixabay
Penulis : Dian Tri

Baca juga Pengolahan Mineral Pasir Besi di Indonesia