FISIKA I (TIN-122501)

1

PENGAMPU:

Dr. Bintoro S. Nugroho, Hasanuddin, Ph.D, dan Asifa Asri, M.Si

​

​

Program Studi Teknik Industri

Fakultas Teknik

Universitas Tanjungpura

2025

FLUIDA

CAPAIAN PEMBELAJARAN

​

4X PERTEMUAN

1-2. FLUIDA STATIS

3-4. FLUIDA DINAMIS

2

Fluida

• Fluida Statis
• Fluida Dinamis

3

Fluida Statis

1. Sifat dasar fluida
2. Massa Jenis dan Berat Jenis
3. Tekanan Hidrostatik
4. Pipa berhubungan (Barometer & Manometer)
5. Hukum Archimedes
6. Hukum Pascal
7. Tegangan Permukaan

4

5

A. Sifat Dasar Fluida

• Makroskopis
• Memiliki kemampuan untuk mengalir

​

​

​

​

​

2. Dapat menempati ruang/wadah

6

Sifat Dasar Fluida

• Mikroskopis

• Nilai massa jenis beberapa fluida

7

B. Massa Jenis dan Berat Jenis

8

Massa Jenis

• Massa jenis campuran fluida

Syarat persamaan di atas:

• Fluida tercampur (tidak terpisah)
• Tidak ada perubahan volume setelah pencampuran.

Contoh Soal (Massa jenis)

Nomor 2 dan 3 tugas individu

9

Air (100 cc) dan alkohol (300 cc) dicampur.

Tentukan massa jenis rata-rata hasil percampuran, jika:

1. dianggap tidak ada perubahan volume selama pencampuran
2. setelah dicampur, volume alkohol mengalami penguapan sebesar 10%
3. setelah dicampur kedua zat cair tersebut mengalami reaksi sehingga terjadi pemuaian volume air dan alkohol masing-masing 0,5%

Contoh Soal (Masa jenis)

Nomor 2 dan 3 tugas individu

10

Air (100 cc) dan alkohol (300 cc) dicampur.

Tentukan massa jenis rata-rata hasil percampuran, jika:

1. dianggap tidak ada perubahan volume selama pencampuran

11

Saat es mencair (b),

prediksi ketinggian air pada gelas (b)! Apakah?

1. Ketinggian tidak berubah tetap sama (a) = (b)
2. Ketinggian (b) naik
3. Ketinggian (b) turun

• Tekanan hidrostatik 🡪 Tekanan yang dihasilkan oleh fluida statis

12

C. Tekanan Hidrostatik

13

Tekanan Hidrostatik

• Sifat tekanan Hidrostatik

1.

​

​

​

​

(1) (2) (3) (4)

​

​

​

2 .

14

Tekanan Hidrostatik

• Pengaruh tekanan atmosfer

15

Tekanan Hidrostatik

Contoh Soal (Tekanan Hidrostatik)

Soal yang letaknya di bawah tugas individu

16

Diketahui kedalaman sungai 10 m.

1. Berapakah tekanan hidrostatik pada dasar sungai?
2. Tentukan besar gaya yang dilakukan air sungai pada tiap 10 m² luas pada dasar sungai?

Contoh Soal (Tekanan Hidrostatik)

Soal yang letaknya di bawah tugas individu

17

Diketahui kedalaman sungai 10 m.

1. Berapakah tekanan hidrostatik pada dasar sungai?
2. Tentukan besar gaya yang dilakukan air sungai pada tiap 10 m² luas pada dasar sungai?

18

D. Pipa Berhubungan

Syarat persamaan di atas:

• Fluida tidak tercampur
• Massa jenis salah satu fluida diketahui.

19

_

_

_

_

_

20

Pipa Berhubungan

• Barometer

Barometer: alat yang digunakan untuk

mengukur tekanan udara

Robert Boyle

21

Pipa Berhubungan

• Manometer

Manometer: alat yang digunakan untuk

mengukur tekanan pada

ruang tertutup

Otto von Guericke

Kuis (Komponen tugas 20%)

22

Kuis (Komponen tugas 20%)

23

Minyak dan air dimasukkan secara hati-hati ke dalam masing-masing mulut pipa U sehingga minyak dan air tidak tercampur.

Jumlah air lebih banyak daripada minyak.

Jika diukur dari garis horizontal pada bagian perbatasan minyak dan air, tinggi permukaan minyak adalah 27,2 cm. Sedangkan permukaan air 9,41 cm lebih rendah dari permukaan minyak.

Tentukan masa jenis minyak tersebut.

24

E. Hukum Archimedes

Archimedes

25

26

Hukum Archimedes

Hubungan:

• Massa jenis fluida dan massa jenis benda
• Gaya angkat dan gaya berat benda

27

Hukum Archimedes

28

Balon berisi Helium lepas dari pegangan. Apa yang terjadi pada Balon?

*Asumsi: Tidak ada gas Helium yang bocor, sehingga volumenya tetap.

1. Balon akan terus naik ke atas tanpa henti.
2. Balon akan turun saat diketinggian tertentu.
3. Balon akan berhenti di ketinggian tertentu dan tidak turun.

Contoh soal (Hukum Archimedes)

Soal yang letaknya di bawah tugas individu

29

Sebuah benda ditimbang dengan dinamometer.

Saat benda bebas di udara berat benda adalah 2 N.

Tetapi ketika dicelupkan seluruhnya ke dalam air, bacaan neraca adalah 1,5 N.

Tentukan volume benda tersebut!

Sebuah benda yang bentuknya random, dimasukkan ke dalam air. Tampak bahwa 10% volum benda menyembul di atas permukaan air.

Ketika dimasukkan ke dalam suatu jenis fluida, volume benda yang menyembul menjadi 25%. Berapakah massa jenis fluida kedua tersebut?

Contoh soal (Hukum Archimedes)

Soal yang letaknya di bawah tugas individu

30

Sebuah benda ditimbang dengan dinamometer.

Saat benda bebas di udara berat benda adalah 2 N.

Tetapi ketika dicelupkan ke dalam air, bacaan neraca adalah 1,5 N. Tentukan volume benda tersebut!

Contoh soal (Hukum Archimedes)

Soal yang letaknya di bawah tugas individu

31

Sebuah benda yang bentuknya tidak teratur dimasukkan ke dalam air. Tampak bahwa 10% volum benda menyembul di atas permukaan air. Ketika dimasukkan ke dalam suatu jenis fluida, volume benda yang menyembul adalah 25%. Berapakah massa jenis fluida kedua tersebut?

32

F. Hukum Pascal

Hukum Pascal:

“Jika satu bagian fluida dalam wadah tertutup diberi penambahan tekanan maka seluruh bagian lain fluida tersebut mendapatkan penambahan tekanan yang sama besar.”

33

• Dongkrak hidrolik

Diisi fluida (zat cair)

Contoh Soal (Hukum Pascal)

Soal pada bagian bawah tugas individu

34

Sebuah dongkrak hidrolik memiliki pipa-pipa yang berdiameter 1 cm dan 7 cm. Berapakah gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda yang massanya 1.500 kg?

Dongkrak hidrolik memiliki perbandingan perbandingan luas penampang output dan input sebesar 40:1. Jika gaya maksimum yang dapat diberikan pada lengan input adalah 200 N, tentukan massa maksimum yang dapat diangkat dongkrak!

Contoh Soal (Hukum Pascal)

35

Sebuah dongkrak hidrolik memiliki pipa-pipa yang berdiameter 1 cm dan 7 cm. Berapakah gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda yang massanya 1.500 kg?

36

G. Tegangan Permukaan

Mengapa Naruto dan Sasuke dapat berdiri di permukaan air? Padahal, massa jenis mereka jauh lebih besar daripada masa jenis air, bukankah menurut prinsip Archimedes maka mereka seharusnya tenggelam?

(Tinjau secara fisis)

37

Fluida sedikit melengkung ke bawah mengikuti kontur kaki laba-laba

• Nilai konstanta tegangan permukaan beberapa fluida:

Contoh Soal (Tegangan Permukaan)

38

Sebuah kawat kecil memiliki panjang 10 cm dan memiliki massa 5 gram diletakkan di permukaan benzena dengan hati-hati sehingga tidak tenggelam.

Tentukan:

1. Gaya oleh permukaan benzena pada kawat tersebut!
2. Besar gaya minimum yang perlu kita keluarkan jika kita mengambil kawat tersebut dari permukaan benzena!

Contoh Soal (Tegangan Permukaan)

39

Sebuah kawat kecil memiliki panjang 10 cm diletakkan di permukaan benzena dengan hati-hati sehingga tidak tenggelam.

Tentukan:

1. Gaya oleh permukaan benzena pada kawat tersebut!
2. Besar gaya minimum yang perlu kita keluarkan jika kita mengambil kawat tersebut dari permukaan benzena!

40

• Kelengkungan permukaan fluida (Meniskus)

Hg

adhesi < kohesi

adhesi > kohesi

Adhesi: gaya tarik antar atom/molekul yang berbeda jenis

Kohesi: gaya tarik antar atom/molekul yang sejenis

Fluida Dinamis

1. Laju Aliran Fluida
2. Debit Aliran
3. Persamaan Kontinuitas
4. Kompressibilitas
5. Aliran Laminer dan Turbulen
6. Hukum Bernoulli
7. Aplikasi Hukum Bernoulli
8. Viskositas

- Persamaan Poiseuille

- Hukum Stokes

​

41

Teori

42

A. Laju Aliran Fluida

• Laju aliran mengukur jarak yang ditempuh satu elemen dalam fluida per satuan waktu.

43

B. Debit Aliran

• Debit aliran adalah jumlah volum fluida yang mengalir per satuan waktu

Contoh Soal (Debit)

Yang dihitung bagian terbuka

44

Air yang mengalir keluar dari selang dan ditampung dalam ember. Setelah satu menit jumlah air yang tertampung adalah 20 L. Jika diameter penampang selang adalah 1 cm.

Tentukan:

1. Laju aliran fluida dalam selang!
2. Laju aliran fluida dalam selang jika mulut selang ditutup setengahnya!

Contoh Soal (Debit)

Soal yang letaknya di bawah tugas individu

45

Air yang mengalir keluar dari keran ditampung dengan ember. Setelah satu menit jumlah air yang tertampung adalah 20 L. Jika diameter penampang keran adalah 1 cm, berapakah laju aliran fluida dalam pipa keran?

46

C. Persamaan Kontinuitas

* Hukum kekekalan massa:

47

D. Kompresibilitas

Kompresi akibat perbedaan tekanan atmosfer

Botol kosong ditutup di ketinggian 4.300 m di atas permukaan laut

(di gunung)

2.700 m di atas permukaan laut

(kaki gunung)

300 m di atas permukaan laut

(dataran rendah)

48

Kompresibilitas

49

E. Aliran Laminer dan Turbulen

• Aliran laminar: partikel-partikel fluida mengalir lembut beraturan.

​

• Aliran turbulen: partikel-partikel fluida saling bercampur dan mengalir secara tidak beraturan, menghasilkan pusaran-pusaran.

50

• Transisi dari Aliran Laminer ke Turbulen

R < 2.000 🡪 Aliran Laminer

2.000<R<5.000 🡪 Aliran Transisi

R > 5.000 🡪 Aliran Turbulen

51

52

53

Hukum Bernoulli sebenarnya adalah hukum tentang energi mekanik yang diterapkan pada fluida bergerak sehingga menghasilkan persamaan:

F. Hukum Bernoulli

Pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan mengakibatkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.

54

G. Aplikasi Hukum Bernoulli

(TUGAS KELOMPOK)

Tugas Kelompok

• Definisi
• Kegunaan/Aplikasi
• Prinsip Kerja
• Persamaan-persamaan
• REFERENSI JELAS

(Minimal 2 buku Fisika Universitas)

55

56

Evangelista Torricelli

• Bak penampung besar

57

• Bak penampung kecil

58

• Venturimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran fluida dalam pipa tertutup

59

• Tabung pitot dapat digunakan untuk mengukur laju aliran udara.

60

• Pesawat dapat terbang karena memanfaatkan hukum Bernoulli

61

62

https://www.youtube.com/watch?v=ti9L3585zxg

63

H. Viskositas

Viskositas adalah besaran untuk mengukur kekentalan fluida

64

Persamaan Poiseuille

(Optional)

Jean Léonard Marie Poiseuille

65

66

67

Hukum Stokes (Optional)

Hukum Stokes juga dapat digunakan untuk menentukan koefisien viskositas fluida

68

Alasan diberi jarak dari permukaan fluida adalah agar saat kita mengukur kecepatan bola tersebut, bola sudah dalam keadaan tunak atau sudah tidak dipercepat lagi, kecepatannya sudah konstan; hal ini juga memudahkan kita untuk menentukan viskositas dari analisis hukum Newton pertama (di mana a = 0, keadaan tunak).

Satu langkah lagi, kita perlu menurunkan rumus untuk mengetahui viskositas fluida tersebut dari hukum Newton.

69