Hidrostatika adalah ilmu yang mempelajari tentang fluida
yang tidak mengalir / tidak bergerak / statis. Kajiannya mencakup semua
kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan yang stabil.
Massa Jenis dan Tekanan dalam Fuida Statis
a. Massa Jenis
massa jenis suatu bahan yang homogen didefinisikan sebagai massa bahan tersebut persatuan volumenya
keterangan :
m = massa benda ( kg )
V = volume benda ( m3)
b. Tekanan
tekanan dinyatakan sebagai gaya yang bekerja per satuan luas
keterangan :
P = tekanan ( N.m-2)
F = gaya tekan ( N )
A = luas permukaan ( m3)
c. Tekanan Hidrostatika
Zat cair / fuida dalam keadaan diam ( statis ) menghasilkan tekanan yang
sama untuk semua titik-titik yang mempunyai kedalaman yang sama yang
disebut tekanan hidrostatika. Tekanan tersebut timbul untuk mengimbangi berat fluida yang ada di atasnya yang dirumuskan sebagai berikut :
keterangan :
Ph = tekanan hidrostatika ( N.m-2)
g = percepatan grafitasi ( m.s-2), besar percepatan grafitasi biasanya 10 m.s-2 atau 9,8 m.s-2
h = kedalaman ( m )
apabila fluida terletak pada tempat yang terbuka atau berhubungan dengan udara luar maka fluida tersebut juga akan mendapatkan tekanan udara / atmosfer ( Po ). Suatu titik di dalam fluida dengan kedalaman tertentu mempunyai tekanan total / mutlak yang dirumuskan :
tekanan atmosfer terkadang ditulis dalam satuan atm sedangkan tekanan hidrostatika dalam N.m-2 maka harus dijadikan dalam satuan yang sama.
1 atm = 1.105 N.m-2
Soal dan Pembahasan
Soal No. 1
Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.
Jika massa jenis air 1000 kg/m3 , percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan tekanan udara luar 105 N/m, tentukan :
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
Pembahasan
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
Soal No. 2
Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!
Pembahasan
Hukum Pascal
Data :
F1 = F
F2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 N
A1 : A2 = 1 : 250
Soal No. 3
Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!
Jika ketinggian minyak h2 adalah 27,2 cm, massa jenis minyak 0,8 gr/cm3 dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm3 tentukan ketinggian air raksa (h1)!
Pembahasan
Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.
Soal No. 4
Sebuah benda tercelup sebagian dalam cairan yang memiliki massa jenis 0,75 gr/cm3 seperti ditunjukkan oleh gambar berikut!
Jika volume benda yang tercelup adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan massa jenis benda tersebut!
Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja pada benda diatas adalah gaya berat yang berarah ke bawah dan gaya apung / gaya Archimides dengan arah ke atas. Kedua gaya dalam kondisi seimbang.
Soal No. 5
Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas ukur seperti terlihat pada gambar berikut:
Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan berat semu benda di dalam air!
Pembahasan
Data :
mb = 500 g = 0,5 kg
mf = 200 g = 0,2 kg
Berat benda di fluida (berat semu) adalah berat benda di udara dikurangi gaya apung (Archimides) yang diterima benda. Besarnya gaya apung sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3).
Demikian Semoga bermanfaat.
