BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KATA PENGANTAR 1

KATA PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga program Pengenalan Lapangan Persekolahan (PLP) dan penyusunan Laporan Pengembangan Instrumen Penilaian ini dapat berjalan dengan lancar. PLP merupakan mata kuliah wajib tempuh mahasiswa jenjang S-1 program studi kependidikan. PLP merupakan praktik lapangan bagi Program Sarjana Pendidikan untuk memberikan pengenalan lapangan terkait persekolahan yang dilaksanakan di luar Perguruan Tinggi. Laporan Pengembangan Bahan Ajar ini disusun sebagai salah satu pertanggungjawaban dari pelaksanaan PLP yang telah berlangsung pada tanggan 1 Agustus 2022 sampai dengan 11 November 2022 di SMA Negeri Puri Mojokerto. Dalam pelaksanaan PLP sampai dengan penyusunan Laporan Pengembangan Bahan Ajar banyak pihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan kegiatan sehingga tak lupa penyusun menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Eko Hariyono, S.Pd., M.Pd. selaku dosen mata kuliah Bahan Ajar yang telah membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan Pengembangan Bahan Ajar pada kegiatan PLP. 2. Ibu Herni Sudar Peristiwanti, S.Pd., M.Pd., yang telah menerima kami dengan baik dan memberikan fasilitas untuk kami berproses di SMA Negeri 1 Puri Mojokerto. 3. Bapak Nuril Badri, S.Pd., selaku guru pamong yang telah memberikan kesempatan dan bantuan serta pendampingan semasa proses progam Pengenalan Lapangan Persekolahan. Penulis menyadari bahwa Laporan Pengembangan Bahan Ajar ini masih banyak terdapat kekurangan serta keterbatasan kemampuan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dan menambah wawasan serta pengalaman penulis untuk kedepannya. Akhir kata penulis sangat berharap sekiranya laporan ini akan bermanfaat bagi pembaca dan seluruh pihak yang berkepentingan.

Mojokerto, 1 November 2022

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KATA PENGANTAR 2

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .................................................................................................................... 2 DAFTAR ISI ................................................................................................................................... 3 GLOSARIUM ................................................................................................................................. 6 PENDAHULUAN .......................................................................................................................... 7 A. IDENTITAS BAHAN AJAR .............................................................................................. 7 B. KOMPETENSI INTI ........................................................................................................... 7 C. KOMPETENSI DASAR ...................................................................................................... 7 D. DESKRIPSI SINGKAT MATERI .....................................Error! Bookmark not defined. E. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ............................................................................. 8 F. MATERI PEMBELAJARAN .............................................................................................. 8 G. UJI KEMAMPUAN AWAL...............................................Error! Bookmark not defined. KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ................................................................................................ 9 A. TUJUAN PEMBELAJARAN ............................................Error! Bookmark not defined. BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | DAFTAR ISI 3

B. URAIAN MATERI.............................................................................................................. 9 C. RANGKUMAN ................................................................................................................. 17 D. PENUGASAN MANDIRI ................................................................................................. 18 E. PENILAIAN DIRI ..............................................................Error! Bookmark not defined. KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 .............................................................................................. 21 A. TUJUAN PEMBELAJARAN ............................................Error! Bookmark not defined. B. URAIAN MATERI............................................................................................................ 21 C. RANGKUMAN ................................................................................................................. 28 D. LATIHAN SOAL .............................................................................................................. 29 E. PENILAIAN DIRI ..............................................................Error! Bookmark not defined. EVALUASI................................................................................................................................... 32 KUNCI JAWABAN ..................................................................................................................... 34 LKPD .............................................................................................Error! Bookmark not defined. KUNCI JAWABAN LKPD ..........................................................Error! Bookmark not defined. SISTEM PENILAIAN ...................................................................Error! Bookmark not defined. a. Lembar penilaian keterampilan .......................................Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 42

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | DAFTAR ISI 4

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | 5

GLOSARIUM Tekanan

: Gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang tersebut.

Tekanan hidrostatis

: Tekanan zat cair yang hanya disebabkan berat zat cair itu sendiri

Hukum pokok hidrostatika : Semua titik yang terletak pada satu bidang datar didalam satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama besar Prinsip Pascal

: Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan kesegala arah sama besar

Gaya Apung

: Gaya yang arahnya keatas yang diberikan oleh fluida kepada benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida. Hukum Archimides Gaya apung yang dialami oleh benda

Hukum Archimides

: Gaya apung yang dialami oleh benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair sama dengan berat fluida yang dipindahkan.

Mengapung

: Kondisi benda dimana sebagian benda berada di permukaan zat cair

Melayang

: Kondisi benda dimana seluruh benda berada di dalam fluida tetapi tidak menyentuh dasar fluida

Tenggelam

: Kondisi benda dimana seluruh benda berada di dalam fluida dan menyentuh dasar fluida

Tegangan Permukaan

: Kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh selaput yang elastis

Gaya Adhesi

: Gaya tarik menarik antara partikel-partikel tidak sejenis

Gaya Kohesi

: Gaya tarik menarik antara partikel-partikel sejenis

Kecepatan Terminal

: Kecepatan tetap dan terbesar yang dialami oleh benda didalam fluida kental

Kapilaritas

: Peristiwa naik atau turunnya zat cair didalam pipa kapiler (pipa sempit)

Viskositas

: Kekentalan suatu fluida BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | GLOSARIUM 6

PENDAHULUAN A. IDENTITAS BAHAN AJAR Mata Pelajaran : FISIKA Kelas : XI Alokasi Waktu : 4 JP (2 kali pembelajaran ) Judul Modul : FLUIDA STATIS

B. KOMPETENSI INTI KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianut. KI 2 : Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong,kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan proaktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. KI 3 : Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya,dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untukmemecahkan masalah. KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan.

C. KOMPETENSI DASAR 3.3 Menerapkan hukum-hukum fluida statik dalam kehidupan seharihari 4.3 Merancang dan melakukan percobaan yang memanfaatkan sifat-sifat fluida statik, berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | PENDAHULUAN 7

D. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL 1) Pahami setiap konsep yang disajikan pada uraian materi yang disajikan dan contoh soal pada tiap kegiatan belajar dengan baik dan cermat 2) Jawablah dengan benar soal tes formatif yang disediakan pada tiap kegiatan belajar 3) Jika terdapat tugas untuk melakukan kegiatan praktek, maka bacalah terlebih dahulu petunjuknya, dan bila terdapat kesulitan tanyakan pada guru

E. MATERI PEMBELAJARAN Modul ini terbagi menjadi 2 kegiatan pembelajaran dan didalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan, dan soal evaluasi. a. Pertama : massa jenis, tekanan hidrostatis, hukum pascal, hukum archimedes. b. Kedua : tegangan permukaan, kapilaritas, viskositas.

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | 8

KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 A. URAIAN MATERI 1. Massa Jenis Massa jenis (densitas) merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan. Massa jenis didefinisikan sebagai perbandingan massa per satuan volume. Simbol dari massa jenis ini adalah 𝜌 (“rho”). Sebuah benda dikatakan homogen bila massa jenisnya sama pada setiap bagiannya. Maka bila sebuah benda homogen memiliki massa m dan volume V, massa jenisnya mengikuti persamaan: ρ= Keterangan : ρ = Massa Jenis (kg/ atau (gr/ m = Massa (kg) atau (gram) V = volume ( Terkadang suatu bahan memiliki massa jenis yang tidak sama persis pada setiap bagiannya maka massa jenisnya dinyatakan sebagai rata-rata dari massa jenis pada setiap bagiannya. Massa jenis cairan dapat diukur salah satunya dengan menggunakan hidrometer. Cara mengukur massa jenis menggunakan hidrometer adalah dengan mencelupkannya ke dalam cairan yang akan diukur massa jenisnya kemudian di baca permukaan cairan tepat di garis skala ke berapa pada tangkai hidrometer. Nilai massa jenis cairan ditunjukkan oleh skala yang segaris dengan permukaan cairan. Prinsip hidrometer ini menggunakan hukum Archimedes yang akan kita pelajari nanti. Secara kasar, massa jenis dapat digunakan untuk mengetahui apakah benda dapat mengapung di permukaan air. Benda/objek yang memiliki massa jenis lebih kecil akan selalu berada di atas massa jenis yang lebih besar. Contohnya, minyak akan selalu mengapung diatas permukaan air karena massa jenis minyak lebih kecil dari massa jenis air.

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 9

Gambar 1Perbedaan massa jenis air dan minyak.

Contoh soal: Massa sebuah logam alumunium mencapai 150 gram dengan volume 30 cm³. Berapakah massa jenis logam alumunium tersebut? Jawab : 𝜌

2. Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh air ke semua arah pada titik ukur manapun akibat adanya gaya gravitasi. Tekanan hidrostatis akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air. Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Jadi, semakin dalam kita menyelam dari permukaan air, maka akan semakin banyak volume air yang ada di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang diberikan air pada tubuh kita (tekanan hidrostatis) akan semakin besar. Secara umum, dapat dirumuskan: 𝜌 Tekanan : = tekanan hisdrostatik (Pa) 𝜌 = massa jenis zat cair (kg/ = percepatan gravitasi (m/ ) = kedalaman zat cair dari permukaan (m)

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 10

Jadi semakin besar jarak titik ukur dengan permukaan air, maka akan semakin besar tekanan hidrostatis pada titik tersebut. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar dibawah dimana semakin besar ketinggian air, maka akan semakin besar pula tekanan hidrostatis di dasar bejana. Akibatnya, air akan muncrat lebih jauh pada bejana sebelah kanan karena tekanan yang lebih tinggi dibandingkan bejana di sebelah kiri.

Gambar 2 Tekanan hidrosatis pada wadah berlubang Tekanan mutlak adalah penjumlah tekanan yang terdapat dalam suatu zat ditambah dengan tekanan luar (atmosfer). Tekanan mutlak zat cair 𝜌 Tekanan gauge (alat ukur) Keterangan: = tekanan luar (Pa atau atm) Agar dapat lebih memahami prinsip tekanan, perhatikan gambar di bawah.

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 11

Gambar 3 Tekanan hidrostatis pada penyelam  Tekanan total yang diterima oleh si pemancing adalah sebesar tekanan atmosfer (kita senantiasa menerima tekanan atmosfer setiap saat), sehingga :  Tekanan total yang diterima penyelam bertangki kuning adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman , sehingga : 𝜌  Tekanan total yang diterima penyelam bertangki merah adalah sebesar tekanan atmosfer ditambah tekanan hidrostatis pada kedalaman , sehingga: 𝜌 Hukum pokok hidrostatika menyatakan semua titik yang terletak pada satu bidang datar dalam satu jenis zat cair memiliki tekanan yang sama. 𝜌

𝜌

Tekanan Bejana U Berhubungan 𝜌 𝜌

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 12

Gambar 4 Bejana U Berhubung Contoh soal Seorang penyelam pada kedalaman 3 m, massa jenis air 1000 kg/ Berapa besar tekanan hidrostatis yang dialami penyelam tersebut ?

konstanta gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 N/kg.

Jawab : Diket : h = 3 m 𝜌

Ditanya : Tekanan Hidrostatis? Dijawab : 𝜌 P = 1000.10.3 P = 30.000 Pa 3. Hukum Pascal Hukum Pascal berbunyi: “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah.” BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 13

Hukum pascal dapat dirumuskan

Penerapan hukum Pascal: 1) Dongkrak, rem dan mesin pres hidrolik 2) Pompa ban sepeda 3) Mesin hidrolik pengangkat mobil Contoh soal:

Sebuah pengungkit hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil. Udara bertekanan tinggi digunakan untuk menekan piston kecil yang memiliki luas penampang 5 .Tekanan yang diterima diteruskan oleh cairan didalam sistem tertutup ke piston besar yang memiliki luas penampang 15 . Berapa besar gaya yang harus diberikan udara bertekan tinggi untuk mengangkat mobil yang memiliki berat sebesar 13.300 N? Jawab : Diket : . . Ditanya : Berapa gaya yang pada penampang kecil? Jawab : BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 14

4. Hukum Archimedes Prinsip Archimeds berlaku: “Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan mendapat gaya ke atas sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”. Gaya apung dapat dirumuskan

Gaya Archimedes dapat dirumuskan 𝜌 Keterangan : = gaya Archimedes (N) 𝜌 = massa jenis fluida (kg/ = volume benda yang tercelup (L) g = percepatan gravitasi (m/ ) Hukum Archimedes digunakan untuk menentukan letak benda yang dicelupkan ke dalam suatu fluida.

Gambar 5 Hukum Archimedes

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 15

Kasus yang terjadi pada benda terhadap fluida: 1. Terapung (balok 1 dan 2) Terjadi apabila W= 𝜌

𝜌

2. Melayang (balok 3) Terjadi apabila W= 𝜌 𝜌 3. Tenggelam (balok 4) Terjadi apabila W> 𝜌

𝜌

Massa jenis benda terapung dapat dihitung : 𝜌

𝜌

Penerapaan Hukum Archimedes 1) Hidrometer 2) Kapal laut 3) Kapal selam

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 16

4) Balon udara Contoh soal : Sebuah benda ketika berada di udara memiliki berat 500 N, sedangkan ketika dicelupkan dalam air seluruhnya memiliki berat 400 N. Jika massa jenis air 1000 kg/ , hitunglah massa jenis benda ! Jawab : Diket :

𝜌 Ditanya : massa jenis benda? Dijawab :

𝜌 1000. . 10. = 100 = 0,01

B. RANGKUMAN 1. Massa jenis (densitas) merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan. Massa jenis didefinisikan sebagai perbandingan massa per satuan volume. 2. Hukum Hidrostatika mengatakan semua titik yang terletak pada kedalaman yang sama maka memiliki tekanan hidrostatika yang sama. 3. Tekanan hidrostatis merpakan tekanan yang hanya diakibatkan berat fluida. Makin tinggi zat cair dalam wadah, maka makin berat zat cair itu, sehingga makin besar tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah. Secara sistematis BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 17

𝜌 4. Hukum Pascal Prinsip Pascal mengatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah,

5. Hukum Archimedes  Hukum Archimedes berbunyi, "Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya". 𝜌  Gaya apung Gaya apung ini merupakan selisih dari gaya berat benda di udara dengan gaya berat benda di dalam fluida

C. PENUGASAN MANDIRI 1. Sebuah drum berisi minuman soda dengan massa 18 kg dan volume 30 . tentukan massa jenis soda ! 2. Sebuah kolam ikan mempunyai kedalaman 2 m dengan luas permukaan 10 . Jika tekanan udara luar Pa, percepatam gravitasi 10 m , dan massa jenis air 1000 kg/ . Berapakah tekanan total didasar kolam? 3. Sebuah bejana berhubungan mula-mula berisi air dalam keadaan setimbang. Kemudian, pada salah satu kakinya diisi dengan minyak sehingga air terdesak 2 cm dari keadaan setimbangnya. Jika massa jenis air 1 g/ , massa jenis minyak 0,8 g/ . Berapakah tinggi minyak di dalam bejana? 4. Diameter penampang penghisap memiliki perbandingan 1 : 10. Jika gaya pada penghisap kecil adalah 20 N Berapakah beban yang dapat diangkut ?

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 18

Pembahasan Soal Latihan 1. Diket: = 30 Ditanya : massa jenis soda? Dijawab : ρ = 2. Diket : h = 5 m A = 50 = Pa g = 10 m/ ρ = 1000 Ditanya :

?

3. Diket : 𝜌 𝜌 Ditanya : Dijawab :

𝜌 𝜌

𝜌 𝜌

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 19

4. Diket : Ditanya :

(

?

)

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 20

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 A. URAIAN MATERI 1. Tegangan Permukaan Pernahkah anda melihat sebuah silet, uang logam terapung diatas air? Atau kamu pasti pernah melihat ada nyamuk atau serangga lain dapat berdiri diatas air. Fenomena ini erat kaitannya dengan penjelasan tentang tegangan permukaan yang akan dibahas pada modul ini. Di lain pihak, kita juga mungkin pernah menemui kejadian berupa air dari tanah yang meresap naik ke atas dinding sehingga dinding menjadi basah. Proses ini dalam fisika dikenal dengan peristiwa kapilaritas yang akan dijelaskan juga pada modul ini.

Dari gambar diatas , Mari kita amati serangga yang terapung di atas air yang kita buat terapung di permukaan air sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan.Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul- molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan cairan. Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang serangga tetap di permukaan air tanpa tenggelam. Tegangan permukaan terjadi akibat gaya kohesi (gaya tarik-menarik antar partikel-partikel sejenis) pada permukaan fluida tersebut.

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 21

Pada gambar diatas, titik A berada di permukaan, titik B berada di dalam fluida. Partikel yang berada di titik B mendapat gaya kohesi dari partikel-partikel lain di sekelilingnya sehingga resultan yang dihasilkan dari semua gaya kohesi ini nol. Sedangkan partikel yang berada di titik A tidak mendapat gaya kohesi dari partikel di atasnya sehingga resultan yang dihasilkan dari gaya-gaya kohesi berarah ke bawah. Tarikan pada permukaan fluida ini membentuk semacam kulit penutup yang tipis. Seekor nyamuk dapat berjalan di atas permukaan air karena berat nyamuk dapat diatasi oleh lapisan kulit tipis ini. Tegangan permukaan didefinisikan sebagai : perbandingan antara gaya tegangan permukaan dengan panjang permukaan dimana gaya itu bekerja.

Keterangan : F = Gaya (N) γ = Tegangan Permukaan (Nm) d = Panjang Permukaam (m) Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari – hari yang sering kita temui diantaranya :  Sabun cuci sengaja dibuat untuk mengurangi tegangan permukaan air, jadi bisa meningkatkan kemampuan air buat membersihkan kotoran yang melekat pada pakaian.  Mencuci pakaian dengan air hangat atau air panas lebih bersih, karena dengan suhu yang tinggi tegangan permukaan akan semakin kecil dan kemampuan air buat membasahi pakaian yang kotor lebih meningkat lagi.  Alkohol dan antiseptik pada umumnya punya kemampuan buat membunuh kuman, dan punya tegangan permukaan yang rendah, jadi bisa membasahi seluruh permukaan kulit yang luka. BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 22



Itik dan angsa bisa berenang dan terapung di atas permukaan air karena bulu – bulunya gak basah oleh air. Kalo air dicampur dengan detergen, maka tegangan permukaan akan mengecil, itik dan angsa yang berenang bulu – bulunya akan basah. Jadi, itik dan angsa tersebut bisa aja tenggelam.  Gelembung yang dihasilkan oleh air sabun merupakan salah satu contoh adanya tegangan permukaan.  Serangga air yang bisa berjalan di permukaan air.  Kenaikan batas air pada pipa kapiler atau terbentuknya buih dan gelombang pada air sabun.  Air yang keluar dari pipet berupa tetesan berbentuk bulat – bulat atau pisau silet yang bisa mengapung diatas permukaan air (diletakkan dipermukaan air secara hati – hati) Contoh soal Sebuah kawat panjang 10 cm ditempatkan secara horizontal di permukaan air dan ditarik perlahan dengan gaya 0,02 N untuk menjaga agar kawat tetap seimbang. Tentukan tegangan permukaan air tersebut! Jawab :

F = 0,02 N L = 10 cm = 0,1 m ?

2. Kapilaritas

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 23

Gambar tersebut menjelaskan timbulnya gejala kapilaritas pengangkutan air pada tumbuhan diakibatkan oleh Pengangkutan vaskuler (intravaskuler): pengangkutan melalui berkas pembuluh pengangkut. Dalam pengangkutan intravaskuler, air diangkut dari xylem akar ke xylem batang dan diteruskan ke daun. Air dan garam mineral dari dalam tanah memasuki tumbuhan melalui epidermis akar, menembus korteks akar, masuk ke stele dan kemudian mengalir naik ke pembuluh xilem sampai pucuk tumbuhan. Setelah melewati sel – sel akar, air dan mineral yang terlarut akan masuk ke pembuluh kayu (xilem) dan selanjutnya terjadi pengangkutan secara vertikal dari akar menuju batang sampai kedaun. Pembuluh kayu disusun oleh beberapa jenis sel, namun bagian yang berperan penting dalam proses pengangkutan air dan mineral ini adalah sel – sel trakea. Bagian ujung sel trakea terbuka membentuk pipa kapiler. Struktur jaringan xilem seperti pipa kapiler ini terjadi karena sel – sel penyusun jaringan tersebut tersebut mengalami fusi (penggabungan). Air bergerak dari sel trakea satu ke sel trakea yang di atasnya mengikuti prinsip kapilaritas (gejala naik atau turunnya cairan di dalam pipa kapiler atau pipa kecil) dan kohesi air dalam sel trakea. Resultansi antara gaya kohesi (tarik-menarik antar partikel sejenis) dalam zat cair dan gaya adhesi (tarik menarik antara partikel berbeda jenis) antara zat cair dengan dinding pipa kapiler. Bila gaya kohesi lebih besar daripada gaya adhesi maka terjadi kapilaritas naik, sebaliknya bila gaya kohesi lebih kecil daripada gaya adhesi maka terjadi kapilaritas turun. Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair pada celah sempit atau pipa kapiler.  Akibat gaya kohesi dan gaya adhesi, setiap fluida memiliki tegangan permukaan dengan miniskus berbeda (gejala kapilaritas).  Kohesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel sejenis, contohnya antar partikel air.  Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar dua partikel berbeda, contohnya antara fluida dengan dinding tabung.  Sudut kontak adalah sudut yang dibentuk oleh pertemuan antara permukaan fluida dengan dinding tabung BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 24

1) Jika kohesi > adhesi, maka θ > 90˚, dan terbentuk meniskus cembung

Gambar 1.11 meniskus cembung 2) Jika kohesi < adhesi, maka θ < 90˚, dan terbentuk meniskus cekung

Gambar 1.12 meniskuscekung

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 25

Keterangan: h = ketinggian fluida pada pipa kapiler γ = tegangan permukaan (N/m) θ = sudut kontak ρ = massa jenis fluida (kg/ ) g = percepatan gravitasi (m/ ) r = jari-jari pipa kapiler (m) 1) Apabila θ < 90°, berarti pada pipa kapiler terjadi kenaikan tinggi fluida. 2) Apabila θ > 90°, berarti terjadi penurunan tinggi fluida (nilai negatif).

Gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari: 1) Gejala kapilaritas xilem pada tumbuhan dalam menyerap air dan unsur hara. 2) Gejala kapilaritas sumbu obor dan minyak tanah. 3) Tisu yang dibasahi salah satu ujungnya dapat menjadi basah seluruhnya 4) Basahnya dinding tembok rumah di pada dalam ketika hujan. Gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari: 1) Gejala kapilaritas xilem pada tumbuhan dalam menyerap air dan unsur hara. 2) Gejala kapilaritas sumbu obor dan minyak tanah. 3) Tisu yang dibasahi salah satu ujungnya dapat menjadi basah seluruhnya 4) Basahnya dinding tembok rumah di pada dalam ketika hujan. Contoh soal Sebuah pipa kapiler dengan jari jari 1 mm dimasukkan ke dalam air secara vertical, Air memiliki massa jenis 1 g/ dan tegangan permukaan 1 N/m. Jika sudut kontaknya 60˚ dan percepatan gravitasi , g = 10 m/ , maka hitunglah besarnya kenaikan permukaan air pada dinding pipa kapiler tersebut! Jawab : R = 1 mm = m ρ = 1 g/ γ = 1 N/m θ = 60˚ h? BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 26

h= h= 3. Viskositas Viskositas merupakan ukuran yang menyatakan kekentalan suatu fluida. Semakin kecil nilai viskositasnya waktu yang ditempuh juga semakin sedikit (cepat). Semakin besar nilai viskositasnya, semakin besar waktu yang ditempuh (lambat). Berlaku hukum stoke, yaitu Gaya yang bekerja yaitu berupa gesekan antara molekul yang Menyusun fluida. Viskositas berlaku rumus berikut: rv = Gaya gesek dengan fluida (N) r = Jari-jari benda (m) = koefesien viskositas (pa s)/(kg/ms) V= kecepatan jatuh dalam fluida (m/s) Berbeda kasus jika bola dimasukkan kedalam fluida, maka kecepatannya bertambah karena percepatan gravitasi, dan berlaku rumus: (ρ

ρ

)

= Kecepatan terminal (m/s) r = Jari-jari bola (m) = koefesien viskositas (pa s)/(kg/ms) g= Percepatan grafitasi ( ⁄ ) ρ

= Massa jenis bola (

⁄

)

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 27

ρ

= Massa jenis fluida (

⁄

)

Contoh soal : Sebuah bola dengan jari jari 1 mm dan massa jenisnya 2500 kg/

jatuh ke dalam air. Jika koefisien viskositas air

dan g = 10 m/ , hitunglah kecepatan terminal! r = 1 mm = 1. ρ = 2500 kg/

m

= g = 10 m/ ρ = 1000 kg/ v? (ρ

ρ

)

v = 3,3 m/s

B. RANGKUMAN 1. Tegangan permukaan zat cair: adalah kecenderungan zat cair untuk menegang sehingga pernukaannya seperti ditutupi suatu lapisan elastis. Gaya tegangan permukaan yang dialami oleh kawat yang dicelupkan kedalam air sabun

2. Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair melalui perantara, seperti kain, dinding, pipa kapiler, dan lain sebagainya. Kenaikan / penurunan fluida dalam pipa kapiler dirumuskan H = 2 γ cos θ ρ g R BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 28

3. Tingkat kekentalan (Viscositas) suatu fluida dinyatakan oleh koefisien kekentalan fluida tersebut Gaya Stokes F = 6 rv Koefisien viskositas (ρ

ρ

)

C. LATIHAN SOAL 1. Sebatang kawat menyerupai huruf U, Kawat AB bermassa 0,3 gram kemudian dipasang pada kawat tersebut Rangkaian kawat kemudian dicelupkan ke dalam lapisan sabun dan diangkat sehingga terbentuk lapisan sabun pada kawat tersebut. Agar terjadi keseimbangan, maka pada kawat AB digantungkan beban bermassa 0,2 gram. Jika panjang AB 10 cm, dan g = 9,8 m/ . Hitunglah besar tegangan permukaan ! 2. Jari jari pembuluh Xilem pada tanaman 1. m. Jika tegangan permukaan air 72,8 . N/m, sudut kontak 0˚ dan g = 10 m/ , berapakah tinggi kenaikan air pada pembuluh akibat adanya kapilaritas? 3. Sebuah kelereng berdiameter 1 cm dijatuhkan secara bebeas dalam oli yang massa jenisnya 0,8 . Jika koefisien kekentalan oli 0,03 Pas, massa jenis kelereng 2,6 dan g = 10 m/ berapakah kecepatan terbesar yang dicapai kelereng?

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 29

Pembahasan 1. Diket : L = 10 cm = 0,1 m g = 9,8 m/ = 0,3 . kg = 0,2 . kg Ditanya : ? Jawab : F= = .g+ .g = 0,3 . . 9,8 + 0,2 . = 0,5 . . 9,8 = 4,90 N

. 9,8

=

2,45 .

N/m

2. Diket : r= m = 72,8 . N/m = 0˚ g = 10 m/ Ditanya : h ? Jawab : h = 2γ cos ρ g. R = 2 . 72,8 . . 1. 1000 . 10 . = 145,6 . BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 30

= 1,456 .

m

3. Diket : D = 1 cm = 0,01 cm r = 0,5 . m ρ 0,8 = 800 ρ

2,6 = 0,03 Pas g = 10 m/ Ditanya : v ? Jawab : (ρ =

= 2600

ρ

)

. 0,03

= 3,33 m/s

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | 31

EVALUASI 1. Perhatikan tabel dibawah ini! Benda m (kg) ρ (kg/ Minyak 0,8 8 Air 1 15 Alkohol 0,9 18 Bensin 0,8 20 Soda 0,6 18 Berdasarkan tabel diatas. Tentukan volume masing masing zat cair! 2. Sebuah zat cair memiliki massa jenis 1030 kg/ dimasukkan ke dalam sebuah bejana berbentuk tabung dengan jari-jari tabung adalah 21 cm. Jika massa zat cair tersebut adalah 103 Kg, maka tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tebung tersebut! 3. Nadya melakukan praktikum menggunakan pipa U yang berisi air dan minyak seperti pada gambar.

Tinggi air dari perbatasan minyak dan air adalah 24 cm. Apabila masa jenis air 1 gr/ dan masa jenis minyak 0,8 gr/ . Tentukan perbandingan tinggi air dan minyak dari perbatasan air dan minyak! ( . 4. Sebuah penekan hidrolik dengan luas penghisap kecil dan besar masing-masing 2 dan 25 . jika pada penampang besar diberi beban mobil dengan massa 2000 kg. Maka berapa besar gaya yang harus dikerjakan oleh penampang kecil? 5. Perhatikan gambar dibawah ini!

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | EVALUASI 32

Perbandingan luas penampang kecil dan penampang besar adalah 1 : 4 seperti yang terlihat pada gambar. Bila diketahui massa mobil 1000 kg dan percepatan gravitasi 10 m/ . Maka gaya yang diperlukan penampang kecil adalah…… 6. Perhatikan gambar dibawah ini!

Tiga buah benda tercelup didalam zat cair yang memiliki massa jenis 800 kg/ seperti gambar. Jika volume benda merah, kuning, dan hijau yang tercelup adalah masing-masing 0,8 ; 0,5 dan 0,3 dari volume totalnya. maka benda yang memiliki massa jenis yang paling besar adalah…. 7. Sebuah balok dengan volume 8.000 Dan massa jenis 1500 kg/ tercelup didalam air seluruhnya. Massa jenis zat cair 800 kg/ . Percepatan gravitasi . a. berapakah besar gaya ke atas yang dialami benda? b. berapakah berat benda di dalam air? 8. Sebuah kawat sepanjang 60 cm berada diatas permukaan zat cair. Jika gaya tegangan permukaan maka besar tegangan permukaan zat cair adalah… 9. Sebuah tabung dengan diameter jika dimasukkan ke dalam air secara vertikal sudut kontaknya 60 . Jika tegangan permukaan air adalah 0,5 N/m, maka tentukanlah kenaikan air dalam tabung! 10. Sebuah kelereng dengan diameter 1 cm dijatuhkan secara bebas dalam oli yang massa jenisnya 0,8 gr/ Jika koefisien kekentalan oli 0,03 Pas, massa jenis kelereng 2,6 gr/ Berapakah kecepatan terbesar yang dicapai kelereng?

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | EVALUASI 33

KUNCI JAWABAN 1. Diket:

𝜌 𝜌 𝜌 𝜌 𝜌 Ditanya : volume masing masing zat cair Jawab : a. V minyak = b. V air =

=

=

c. V alkohol =

=

d. V bensin =

=

e. V soda =

= BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 34

2. Diket : 𝜌

kg/

Ditanya :Tekanan hidrostatis Jawab : 𝜌

= 0,1 = 0,1 = =

0,721 𝜌 0,721 Pa 3. Diket : 𝜌 𝜌 Ditanya : Perbandingan tinggi air dan minyak BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 35

Jawab :

𝜌 𝜌

𝜌 𝜌

4. Diket :

Ditanya : berapa besar gaya yang harus dikerjakan oleh penampang kecil? BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 36

Jawab :

5. Diket:

Ditanya : gaya yang diperlikan penampang kecil Jawab :

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 37

6. Diket : 𝜌

Ditanya : benda yang memiliki massa jenis yang paling besar? Jawab : 

Massa jenis benda merah 𝜌 𝜌 𝜌



𝜌 Massa jenis benda kuning 𝜌 𝜌 𝜌



𝜌 Massa jenis benda hijau BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 38

𝜌

𝜌

𝜌 𝜌 7. Diket : V = 8000 = 𝜌 𝜌 kg/ . Ditanya : a. Berapakah besar gaya ke atas yang dialami benda? b. Berapakah berat benda didalam air? Jawab : a.

𝜌

b. 𝜌

N 8. Diket : L = 60 cm = 0,6 m F= Ditanya : besar tegangan permukaan zat cair Jawab : BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 39

9. Diket : d= r = 0,8 cm = 8 x

m

Ditanya : kenaikan air dalam tabung Jawab : 𝜌 ⁄

10. Diket : d = 1 cm r = 0,5 cm = 𝜌 𝜌 0,03 Pas g = 10 m/ Ditanya : kecepatan terbesar yang dicapai kelereng? Jawab : BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 40

𝜌

𝜌

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | KUNCI JAWABAN 41

DAFTAR PUSTAKA Allonso–Finn. 1988. Fundamental University Physics. Washington D.C. : Addison – Wesley Publishing Brendan Casserly & Brendan Horgan. 2000. Physics Now. Goldenbridge : Gill & Macmillan Ltd Company, Inc Halliday Resnick (alih bahasa: Pantur Silaban & Erwin Sucipto). 1990. Fisika. Jakarta : Erlangga Paul A. Tipler (alih bahasa : Lea Prasetio). Fisika untuk Sains. Jakarta : Erlangga Purwoko. Fendi.2009 . Physics 2 . Jakarta : Yudhistira Reuben M. Olson Dasar-dasar mekanika fluida teknik. Jakarta: Gramedia Sears Zemansky. 1994. Fisika untuk Universitas. Jakarta : Bina Cipta Serway Jewett. Fisika untuk Sain dan teknik. Jakrta: Salemba Tek

BAHAN AJAR FLUIDA STATIS | DAFTAR PUSTAKA 42