Hidrostatika adalah bidang fisika yang mempelajari cairan yang diam. Cabang ini melibatkan beberapa konsep seperti densitas, tekanan, volume dan gaya apung.
Konsep Utama Hidrostatika
Massa jenis
Kepadatan menentukan konsentrasi materi dalam volume tertentu.
Mengenai kepadatan tubuh dan cairan yang kami miliki:
- Jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis cairan, benda akan mengapung di permukaan fluida;
- Jika massa jenis benda sama dengan massa jenis cairan, benda akan berada dalam keseimbangan dengan fluida;
- Jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan, benda akan tenggelam.
Untuk menghitung densitas, rumus berikut digunakan:
d = m/v
makhluk,
d: massa jenis
saya: Semacam spageti
v: volume
Dalam sistem internasional (SI):
- massa jenis dalam gram per sentimeter kubik (g/cm3), tetapi juga dapat dinyatakan dalam kilogram per meter kubik (kg/m3) atau dalam gram per mililiter (g/ml);
- massa dalam kilogram (Kg);
- volumenya dalam meter kubik (m3).
Baca juga tentang Massa jenis dan kepadatan air.
Tekanan
Tekanan adalah konsep penting dari hidrostatika, dan dalam bidang studi ini disebut tekanan hidrostatis. Ini menentukan tekanan yang diberikan cairan pada orang lain.
Sebagai contoh, kita bisa memikirkan tekanan yang kita rasakan saat berenang. Jadi semakin dalam kita menyelam, semakin besar tekanan hidrostatiknya.
Konsep ini berkaitan erat dengan densitas fluida dan percepatan gravitasi. Oleh karena itu, tekanan hidrostatik dihitung menggunakan rumus berikut:
P = d. H g
Dimana,
P: tekanan hidrostatis
d: densitas cairan
H: tinggi zat cair dalam wadah
g: percepatan gravitasi
Dalam Sistem Internasional (SI):
- tekanan hidrostatik dalam Pascal (Pa), tetapi atmosfer (atm) dan milimeter air raksa (mmHg) juga digunakan;
- massa jenis zat cair dalam gram per sentimeter kubik (g/cm3);
- tinggi dalam meter (m);
- percepatan gravitasi dalam meter per sekon kuadrat (m/s2).
Catatan: Perhatikan bahwa tekanan hidrostatik tidak bergantung pada bentuk wadah. Itu tergantung pada kepadatan cairan, ketinggian kolom cairan dan gravitasi lokasi.
Ingin tahu lebih banyak? Baca juga tentang Tekanan atmosfir.
Kemampuan mengapung
Gaya dorong, juga disebut gaya dorong, adalah gaya hidrostatik yang bekerja pada benda yang dicelupkan ke dalam zat cair. Jadi, gaya apung adalah gaya resultan yang diberikan oleh fluida pada benda tertentu.
Sebagai contoh, kita dapat membayangkan tubuh kita terasa lebih ringan saat berada di dalam air, baik di kolam renang maupun di laut.
Perhatikan bahwa gaya yang diberikan oleh cairan pada tubuh ini telah dipelajari di zaman kuno.
Ahli matematika Yunani Archimedes adalah orang yang melakukan eksperimen hidrostatik yang memungkinkannya menghitung nilai gaya apung (vertikal dan ke atas) yang membuat benda lebih ringan di dalam cairan. Perhatikan bahwa ia bertindak dalam arah yang berlawanan dengan kekuatan berat.
Aktuasi gaya apung dan gaya berat
Dengan demikian, pernyataan Teorema Archimedes atau Hukum Apung adalah:
“Setiap benda yang dicelupkan ke dalam fluida menerima impuls dari bawah ke atas yang sama dengan berat volume benda tersebut cairan dipindahkan, oleh karena itu, benda lebih padat dari air tenggelam, sedangkan yang kurang padat mengapung”.
Mengenai gaya apung, kita dapat menyimpulkan bahwa:
- Jika gaya apung (E) lebih besar dari gaya berat (P), benda akan naik ke permukaan;
- Jika gaya apung (E) memiliki intensitas yang sama dengan gaya berat (P), tubuh tidak akan naik atau turun, tetap seimbang;
- Jika gaya apung (E) lebih kecil dari gaya berat (P), benda akan tenggelam.
Ingatlah bahwa gaya apung adalah a kebesaran vektor Vector, yaitu memiliki arah, modul dan arah.
Dalam Sistem Internasional (SI), gaya dorong (E) diberikan dalam Newton (N) dan dihitung dengan rumus berikut:
E = df. Vfd. g
Dimana,
DAN: gaya apung
df: densitas fluida
Vfd: volume cairan
g: percepatan gravitasi
Dalam Sistem Internasional (SI):
- massa jenis fluida dalam kilogram per meter kubik (kg/m3);
- volume cairan dalam meter kubik (m3);
- percepatan gravitasi dalam meter per sekon kuadrat (m/s2).
Membaca rumus dorong.
Skala Hidrostatik
Keseimbangan hidrostatik ditemukan oleh fisikawan Italia, matematikawan dan filsuf Galileo Galilei (1564-1642).
Berdasarkan Prinsip Archimedes, alat ini berfungsi untuk mengukur gaya apung yang diberikan pada benda yang dicelupkan ke dalam fluida.
Artinya, ia menentukan berat suatu benda yang direndam dalam cairan, yang pada gilirannya lebih ringan daripada di udara.
Skala Hidrostatik
Baca juga: Prinsip Pascal.
Hukum Dasar Hidrostatika
HAI Teorema Stevin dikenal sebagai "Hukum Dasar Hidrostatika". Teori ini mendalilkan hubungan variasi antara volume cairan dan tekanan hidrostatik. Pernyataan Anda diungkapkan sebagai berikut:
“Perbedaan antara tekanan dua titik fluida pada kesetimbangan (istirahat) sama dengan produk antara densitas fluida, percepatan gravitasi dan perbedaan antara kedalaman poin.”
Teorema Stevin diwakili oleh rumus berikut:
P = ⋅ oh atau P = d. g. oh
Dimana,
P: variasi tekanan hidrostatik
γ: berat jenis cairan
oh: variasi ketinggian kolom cair
d: massa jenis
g: percepatan gravitasi
Dalam Sistem Internasional (SI):
- variasi tekanan hidrostatik dalam Pascal (Pa);
- berat jenis fluida dalam Newton per meter kubik (N/m3);
- variasi ketinggian kolom cairan dalam meter (m);
- massa jenis dalam kilogram per meter kubik (kg/m3);
- percepatan gravitasi dalam meter per sekon kuadrat (m/s2).
Hidrostatika dan Hidrodinamika
Sementara hidrostatika mempelajari cairan dalam keadaan diam, hidrodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari pergerakan cairan ini.
Latihan Ujian Masuk dengan Umpan Balik
1. (PUC-PR) Daya apung adalah fenomena yang sangat familiar. Salah satu contohnya adalah relatif mudahnya Anda bangun dari dalam kolam dibandingkan dengan mencoba bangun dari air, yaitu di udara.
Menurut prinsip Archimedes, yang mendefinisikan gaya dorong, tandai proposisi yang benar:
a) Ketika sebuah benda terapung di atas air, gaya apung yang diterima benda tersebut lebih kecil dari berat benda tersebut.
b) Prinsip Archimedes hanya berlaku untuk benda yang direndam dalam cairan dan tidak dapat diterapkan pada gas.
c) Sebuah benda yang dicelupkan seluruhnya atau sebagian dalam fluida mengalami gaya vertikal ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.
d) Jika sebuah benda tenggelam dalam air dengan kecepatan konstan, daya apung pada benda tersebut adalah nihil.
e) Dua benda dengan volume yang sama, jika dicelupkan ke dalam cairan yang berbeda massa jenisnya, mengalami gaya dorong yang sama.
Alternatif c
2. (UERJ-RJ) Sebuah rakit, yang berbentuk paralelepiped persegi panjang, mengapung di danau air tawar. Dasar lambungnya, yang ukurannya sama dengan panjang 20 m dan lebar 5 m, sejajar dengan permukaan air bebas dan terendam pada jarak dari permukaan itu. Asumsikan rakit dimuati dengan 10 mobil, masing-masing seberat 1.200 kg, sehingga dasar lambung tetap sejajar dengan permukaan air, tetapi terendam pada jarak d dari permukaan itu.
Jika massa jenis air 1,0 × 103 kg/m3, variasi (d – do), dalam sentimeter, adalah: (g=10m/s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternatif c
3. (UNIFOR-CE) Dua cairan, A dan B, inert secara kimia, dan tidak dapat bercampur satu sama lain, dengan massa jenis dA=2,80g/cm3 dan dB=1.60g/cm3, masing-masing, ditempatkan dalam wadah yang sama. Diketahui volume cairan A dua kali volume B, massa jenis campuran, dalam g/cm3, BAIK:
a) 2.40
b) 2.30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2.00
Alternatif untuk
Untuk pertanyaan lebih lanjut, dengan resolusi komentar, lihat juga: Latihan Hidrostatik.
