Hukum Fluida Statis Beserta Rumus dan Contoh Soal

Fluida statis adalah fluida yang berada pada fase diam atau tidak bergerak tetapi tidak adanya percepatan antar partikel fluida. Fluida akan memberikan tekanan pada setiap bidang permukaan yang bersinggungan dengannya. Tekanan dapat diartikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan dibagi luas permukaan.

Penjelasan tersebut dapat dituliskan dalam bentuk rumus

P = F/A

Keterangan :

P = tekanan (N/m² atau pa)

F = gaya (N)

A = luas bidang tekan (m²)

Berikut ini hukum-hukum fluida statis.

Hukum pascal

Hukum pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada fluida di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Untuk permasalahan bejana berlaku tekanan pada luas penampang 1, sama besar dengan tekanan pada penampang 2.

P₁=p₂

F₁/A₁=F₂/A₂

F₁/r₂=F₂/r₂

F₁/d₁=F₂/d₂

keterangan :

• P= tekanan pada penampangan (Pa)
• F= gaya yang bekerja (N)
• A= luas penampang (m3)
• r= jari-jari penampang (m)
• d= diameter penampang (m)

Hukum Archimedes

Hukum Archimedes berbunyi setiap benda yang terendam seluruhnya atau sebagian di dalam fluida akan mendapatkan gaya apung dengan arah ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu.

Maka, gaya ke atas dituliskan dalam persamaan.

F_A = W_u – W_f – atau F_A=P_f . g . V_bt

Keterangan :

• F_A = gaya archimedes (N)
• W_u = berat benda ketika di udara (N)
• P_f = massa jenis fluida
• g = percepatan gravitasi (m/s²)
• V_bt = volume benda tercelup (m³)

Benda yang dicelupkan di dalam fluida akan mengalami gaya ke atas sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu.

Mengapung

Benda yang mengapung memiliki gaya berat w sama dengan gaya ke atas F_A. Benda yang mengapung pada dasarnya benda hanya tercelup sebagian. Oleh karena itu, volume zat cair dipindahkan sama dengan volume benda tercelup dalam zat cair.

Benda dapat mengapung ketika P_b<P_f dan V_bt<V_b. Apabila hal itu dituliskan dalam sebuah persamaan sebagai berikut.

w = F_A

m.g=P_f.g.V_bt

P_b.g.V_b=P_f.g.V_bt

P_b.V_b = P_f.V_bt

Keterangan :

• P_b = massa jenis benda (kg/m²)
• V_b = volume benda (m³)
• P_f = massa jenis fluida (kg/m³)
• V_bt = volume benda tercelup (m³)

Melayang

Benda melayang memiliki gaya berat w sama dengan gaya atas F_A. Hal ang membedakan antara benda mengapung dan melayang adalah ketika benda melayang, benda keseluruhan tercelup di dalam zat cair, sehingga volume yang dpindahkan sama dengan volume benda keseluruhan. Ketika benda melayang, volume zat cair yang dipindahkan (V_bt) berlaku P_b = P_f. Jadi, sebuah benda dikatakan melayang apabila massa jenis zat cair. Oleh karena itu benda melayang berlaku persamaan berikut.

w= F_A

m.g=P_f.g.V_bt

P_b.g.V_b=P_f.g.V_bt

P_b.V_b=P_f.V_bt

Tenggelam

Benda tenggelam memiliki gaya berat w lebih besar dibadingkan dengan gaya ke atas. Ketika benda tenggelam, seluruh benda tercelup dalam zat cair, sehingga volume zat cair yang dipindahkan sama dengan volume benda.

Ketika benda tenggelam, volume zat cair yang dipindahkan (V_bt) sama dengan volume benda V_b maka berlaku Pb > Pf. Jadi, sebuah benda dikatakan tenggelam apabila massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair. Oleh karena itu, benda melayang berlaku persamaan sebagai berikut.

w>F_A

m . g > P_f . g. V_bt

P_b . g. V_b > P_f.g.V_bt

P_b.V_b>P_f.V_bt

Contoh 1

Sebuah balok kayu dimasukkan ke dalam air ternyata volume benda yang berada di atas permukaan air 30%. Jika massa jenis air 1gr/cm³, maka massa jenis kayu adalah….

Pembahasan :

V_bf=(100%-30%)

= 70% V_b

P_f= 1g/cm³

= 1000 kg/m³

Berat benda sama dengan gaya ke atas

(W_b = F_A), maka berlaku:

P_f.V_b = P_bV_b

1000(0,7 V_b) = P_bV_b

Pb= 700 kg/m³