artikel fluida

FLUIDA

A. PENDAHULUAN
Ada berapa macam wujud zat yang kalian
ketahui ? sebutkan. Dalam kehidupan sehari- hari sering kita menjumpai berbagai
macam perubahan wujud dari suatu benda, apa sajakah perubahan itu ?

Wujud zat itu ada tiga yaitu padat,
cair dan gas. Wujud zat ini akan berubah jika diberi perlakuan khusus seperti
dipanasi atau didinginkan. Perubahan itu antara lain , membeku jika cair ke
padat, mencair jika padat ke cair, menguap jika cair ke gas,
mengembun
jika gas ke cair, serta menyublim jika padat ke gas atau
sebaliknya dari gas ke padat. Antara benda cair dan gas memiliki kesamaan yaitu
sama- sama bisa mengalir, sehingga benda cair dan gas disebut dengan fluida
(zat alir). Fluida ada dua macam yaitu fluida yang dapat mengalir
(dinamik) dan fluida yang tidak dapat mengalir (statis).

I. Fluida Statis

Fluida statis artinya adalah
fluida yang tidak mengalir. Jika dalam keadaan tidak mengalir fluida memiliki
beberapa sifat, antara lain memiliki tekanan hidrostatis, gaya angkat, kapilaritas serta viskositas.contoh
fluida yang tidak mengalir antara lain air dalam bak atau ember, gas dalam
ruang tertutup.

1.Tekanan Hidrostatis dan Hukum Pascal
Bagaimanakah keadaan air yang
diletakkan dalam suatu wadah, jika salah satu sisi sampingnya dilubangi ? Apakah
yang menyebabkan kejadian seperti ini ? Apa yang akan terjadi jika pemberian
lubang lebih dari satu dengan jarak atau kedalaman yang berbeda- beda dari
permukaan air ?.Selain itu, apakah jenis zat juga berpengaruh terhadap peristiwa ini tersebut ?. Untuk lebih jelasnya
lakukan kegiatan berikut ini.
Sehubungan dengan permukaan air
dalam pipa kapiler, kita tahu bahwa permukaan air dalam pipa kapiler itu tidak
rata. Hal ini menunjukkan bahwa dalam
zat cair itu memiliki tegangan permukaan. Dengan adanya tegangan permukaan ini
dapat mengakibatkan benda- benda tertentu seperti silet, jarum kecil atau
nyamuk dapat terapung di permukaan air. Padahal kita tahu bahwa massa jenis silet, jarum dan nyamuk jauh lebih besar dari
pada air.Dapat mengapungnya jarum dan pisau silet ini menunjukkan bahwa pada
permukaan zat cair itu terdapat gaya.
Akibat adanya gaya
ini, permukaan zat cair seolah- olah berupa selaput tipis. Selaput tipis inilah
yang akan dapat menahan benda- benda ringan sehingga terapung meskipun massa jenisnya jauh lebih besar dari massa jenis zat cair. Jadi tegangan
permukaan adalah besar gaya
yang terdapat pada permukaan zat cair tiap satuan panjang. Tegangan
permukaan pada zat cair ini dapat dirumuskan dengan Selain pada
zat cair, tegangan (stress) juga dimiliki oleh zat padat. Tegangan pada zat
padat jauh lebih besar dari pada tegangan pada zat cair. Sesuai dengan teori
partikel, menjelaskan bahwa antar partikel baik zat cair, padat dan gas
memiliki gaya
tarik- menarik. Pada zat padat jarak antar partikel sangat dekat dan gaya tarik- menariknya
sangat kuat, sehingga partikel- partikelnya hanya dapat bergerak di tempatnya.
Hal ini akan mengakibatkan bentuk dan volum zat padat selalu tetap.
Pada zat cair, jarak antar partikelnya
renggang dan gaya
tarik- menariknya tidak begitu kuat, sehingga partikel- partikelnya dapat
bergerak bebas.Tetapi gerakannya tidak dapat meninggalkan kelompoknya. Itulah
sebabnya bentuk zat cair selalu berubah- ubah sesuai dengan tempatnya.
Pada gas,jarak antar partikelnya berjauhan dan gaya
tarik- menarik antar partikelnya sangat lemah. Akibatnya, gerakan pertikel-partikelnya
sangat bebas dan tidak teratur. Itulah sebabnya bentuk dan volum gas selalu
berubah sesuai dengan bentuk wadahnya.
Gaya tarik- menarik antar
partikel ini dapat terjadi antara partikel sejenis maupun yang tidak sejenis. Gaya tarik-
menarik antar pertikel sejenis disebut kohesi, contohnya gaya tarik menarik antar molekul air dan gaya tarik- menarik antar molekul raksa. Gaya tarik- menarik antar partikel yang tidak sejenis
disebut dengan adhesi, contohnya gaya
tarik- menarik antar molekul minyak dan air, antar molekul kapur dan kayu serta
antar molekul timah dan besi (saat menyolder). Besarnya gaya kohesi dan adhesi pada setiap zat besarnya tidak sama.
Di depan telah
dijelaskan bahwa pada permukaan zat cair terdapat gaya. Gaya
yang dimaksud adalah kohesi dan adhesi.Gaya inilah yang akan mengakibatkan
timbulnya tegangan permukaan pada permukaan zat cair, karena dalam zat cair itu
terdapat molekul yang tidak terhitung jumlahnya.

Perhatikan gambar di atas
! Molekul A yang berada dalam zat
cair terjadi kohesi ke segala arah secara merata. Resultan gaya kohesi akan saling meniadakan ( nol). Pada
molekul B yang berada di permukaan tidak mendapat gaya
kohesi dari arah atas, hanya mendapat gaya
kohesi yang arahnya ke bawah. Karena gaya kohesi
molekul B ke bawah, resultan gaya kohesi tidak
sama dengan nol. Besar gaya
kohesi inilah yang akan mengakibatkan permukaan zat cair menjadi tegang ( tidak
datar atau tidak rata), atau sering disebut dengan tegangan permukaan.

3.Kapilaritas

Kalian tentu telah mengetahui bahwa
adanya gaya
kohesi dan adhesi mengakibatkan permukaan zat cair dalam suatu wadah tidak
datar, tetapi melengkung (meniscus). Hal ini terjadi pada pipa yang lubangnya
berdiameter sangat kecil (kurang dari 1 mm). Pipa seperti ini disebut dengan
pipa kapiler. Pada wadah yang berdiameter besar, gejala melengkungnya permukaan
zat cair ini tidak tampak. Gejala naik turunnya permukaan zat cair antara air
dan raksa tidak sama. Terlihat bahwa pada air dalam pipa ka[iler semakin naik
sedangkan raksa semakin turun (di bawah permukaan).Coba kalian sebutkan
penyebab dari peristiwa ini ?

ika kita memasukkan pipa kapiler
ke dalam air, maka permukaan air akan naik dan bentuk permukaannya cekung. Kenaikan
dan cekungnya permukaan air dalam pipa kapiler terjadi karena adhesi antara
partikel air dan kaca (pipa) lebih besar dari pada kohesi antar partikel air. Hal
sebaliknya terjadi pada raksa (Hg). Jika kita memasukkan pipa kapiler ke dalam
raksa, permukaan raksa akan turun dan bentuk permukaannya cembung, karena gaya adhesi antara raksa dan dinding kapiler lebih kecil dari
pada gaya
kohesi antar molekul raksa. Bentuk permukaan seperti ini disebut dengan
meniscus cembung.

Dengan demikian, di dalam pipa
kapiler terjadi gejala naik turunnya zat cair, yang disebutdengan kapilaritas. Contoh
peristiwa yang menunjukkan gejala kapilaritas adalah meresapnya minyak melalui
sumbu kompor, serta naiknya air dari akar ke daun melalui akar tanaman dan
masih banyak contoh yang lainnya. Besar kecilnya kelengkungan permukaan zat
cair dalam pipa kapiler dinyatakan dalam sudut kontak (). Sudut kontak ini adalah sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair dengan permukaan
dinding pada titik persentuhan.


Jika permukaan zat cair meniscus
cekung, sudut kontaknya runcing (< 90). Keadaan seperti ini menyebabkan zat cair membasahi
dinding pipa. Sedangkan jika bentuk permukaan zat cair meniscus cembung, sudut
kontaknya tumpul . Keadaan ini menyebabkan zat cair tidak membasahi
dinding pipa.

Dari uraian di atas dapat
disimpulkan, bahwa ada hubungan antara gejala kapilaritas dengan jari- jari
pipa kapiler dan sudut kontak. Misalkan jari- jari pipa kapiler adalah r, kenaikan
atau penurunan permukaan zat cair dalam pipa kapiler y dan besar sudut kontak , permukaan zat cair yang menyentuh dinding berupa keliling
lingkaran sebesar 2r. jadi pada seluruh keliling permukaan zat cair bekerja gaya
tegangan permukaan sebesar


gaya ini mengangkat atau
menurunkan zat cair setinggi y. Dalam keadaan seimbang, berat zat cair yang
terangkat atau turun sama dengan gaya
tegangan permukaan. Jika massa
jenis zat cair , maka


sehingga Nilai y akan positif jika lancip dan akan
bernilai negative jika tumpul.
II. Fluida Dinamik
Sifat fluida mengalir sangat
kompleks sehingga rumit untuk dianalisis. Agar lebih sederhana fluida mengalir
kita anggap sebagai fluida ideal.Sifat fluida ideal antara lain tidak dapat
dimampatkan,(tak kompresibel), antar bagiannya dan dengan benda lain ( dinding
penampangnya) tidak mengalami gesekan, serta alirannya tunak dan lurus searah
dengan penampangnya. Aliran fluida dikatakan tunak jika kecepatan setiap titik
fluida konstan pada saat melalui tempat yang sama.

Jika kita memperhatikan aliran air
di sungai, sedikitnya kita dapat melihat dua macam aliran. Ada air yang mengalir secara konstan
mengikuti suatu garis, baik garis lurus maupun melengkung. Adapula air yang
mengalir berputar- putar tidak jelas yang arahnya tidak sama dengan arah aliran
keseluruhan fluida, bahkan kadang- kadang berlawanan arah. Aliran fluida yang mengikuti
suatu garis secara teratur disebut aliran garis arus ( streamline), sedang
aliran fluida yang berputar- putar tidak teratur disebut dengan aliran
turbulent (arus pusar).