HIDROSTATIK

Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subyek tersebut. Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan yang stabil. Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika, dan ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai dinamika fluida.

Tekanan statik di dalam fluida

Karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah dimampatkan, fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Karakteristik ini membuat fluida dapat mentransmisikan gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung, yaitu, jika sebuah gaya diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya tersebut akan ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung pipa yang besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka fluida akan bergerak dalam arah yang sesuai dengan arah gaya resultan.

Tekanan hidrostatik

Sevolume kecil fluida pada kedalaman tertentu dalam sebuah bejana akan memberikan tekanan ke atas untuk mengimbangi berat fluida yang ada di atasnya. Untuk suatu volume yang sangat kecil, tegangan adalah sama di segala arah, dan berat fluida yang ada di atas volume sangat kecil tersebut ekuivalen dengan tekanan yang dirumuskan sebagai berikut:

 P =  ρ g h

dengan (dalam satuan SI),

P adalah tekanan hidrostatik (dalam pascal);

ρ adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik);

g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat);

h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter).

Gaya Apung (Prinsip Archimedes)

Sebuah benda padat yang terbenam dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Hal ini disebabkan oleh tekanan hidrostatik fluida. Sebagai contoh, sebuah kapal kontainer dapat mengapung sebab gaya beratnya diimbangi oleh gaya apung dari air yang dipindahkan. Makin banyak kargo yang dimuat, posisi kapal makin rendah di dalam air, sehingga makin banyak air yang "dipindahkan", dan semakin besar pula gaya apung yang bekerja.

Prinsip apungan ini ditemukan oleh Archimedes.

Berat jenis sebuah benda adalah berat benda itu di udara dibagi dengan berat air yang volumenya sama.

Akan tetapi menurut prinsip Archimedes,berat air yang sama volumenya sama dengan gaya apung pada benda ketika tenggelam.Karena itu sama dengan hilangnya berat benda bila ia ditimbang ketika tenggelam di air.

Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelsaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu, sebagai fungsi ruang dan waktu. Disiplini ini memiliki beberapa subdisiplin termasuk aerodinamika (penelitian gas) dan hidrodinamika (penelitian cairan). Dinamika fluida memliki aplikasi yang luas. Contohnya, ia digunakan dalam menghitung gaya dan moment pada pesawat, mass flow rate dari petroleum dalam jalur pipa, dan perkiraan pola cuaca, dan bahkan teknik lalu lintas, di mana lalu lintas diperlakukan sebagai fluid yang berkelanjutan. Dinamika fluida menawarkan struktur matematika yang membawahi disiplin praktis tersebut yang juga seringkali memerlukan hukum empirik dan semi-empirik, diturunkan dari pengukuran arus, untuk menyelesaikan masalah praktikal.

Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak

Tekanan hidrostatis ( Ph) adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya.

PARADOKS HIDROSTATIS

Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair ( p )
dalam bejana.

Ph = g h
Pt = Po + Ph
F = P h A = g V

p = massa jenis zat cair
h = tinggi zat cair dari permukaan
g = percepatan gravitasi
Pt = tekanan total
Po = tekanan udara luar

Ketika botol yang memiliki empat lubang diberi air hingga penuh,pancaran air yang mendarat di atas tanah dari pinggiran botol memiliki jarak pancaran yang sama pada keempat lubang tersebut.
Dapat kita simpulkan bahwa semua titik yang terletak pada bidang datar yang sama di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan (mutlak) yang sama.Pernyataan inilah yang kita sebut sebagai hukum pokok hidrostatika.

Evangelista Toricelli merupakan seorang fisikawan Italia yang menemukan Barometer,yang terdiri dari sebuah tabung panjang yang tertutup pada salah satu ujungnya dan diisi dengan raksa.Ujung terbuka tabung dicelupkan kedalam suatu wadah yang juga berisi raksa.Ujung tertutup tabung mendekati vakum,sehingga tekanannya dapat dianggap nol.Titik B ditekan oleh tekanan udara luar P0 dan titik A ditekan oleh raksa setinggi h.Titik B dan A berada pada bidang mendatar dalam zat cair sejenis,yang menurut hukum pokok hidrostatika haruslah

PB=PA

P0 = ρgh

Dengan ρ adalah massa jenis raksa dan h adalah tinggi kolom raksa.

Hukum Utama Hidrostatika

Apabila suatu wadah dilubangi di dua sisi yang berbeda dengan ketinggian yang sama dari dasar wadah, maka air akan memancar dari ke kedua lubang tersebut dengan jarak yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa pada kedalaman yang sama tekanan air sama besar.

Disamping itu kita juga sudah mengetaahui bahwa tekanan hidrostatis di dalam suatu zat cair pada ke dalaman yang sama memiliki nilai yang sama.

Berkaitan dengan hal tersebut, dalam fluida statik terdapat sebuah hukum yang menyatakan tekanan hidrostatis pada titik – titik di dalam zat cair yang disebut dengan Hukum Utama Hidrostatis

Hukum Utama hidrostatis menyatakan bahwa :

Gambar : tiga buah bejana berbeda bentuk berisi zat cair yang sama dengan ketinggian   yang sama memiliki tekanan hidrostatis yang sama besar pada tiap bejana.

Kelima bejana di atas di isi dengan air yang sama dengan ketinggian yang sama. Tekanan hidrostatis pada tiap dasar bejana sama besar, sedangkan berat zat cair pada tiap bejana berbeda.Sebuah tabung berbentuk U berisi minyak dan dan air seperti tampak pada gambar di bawah.

Titik A dan titik B berada pada satu bidang datar dan dalam satu jenis zat cair. Berdasarkan hukum utama hidrostatis maka kedua titik tersebut memiliki tekanan yang sama, sehingga

Setiap bagian di dalam fluida statis akan mendapat tekanan zar cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis  disebut Tekanan Hidrostatis “P_h”. Contoh nyatanya ketika sebuah bola yang di masukkan ke dalam air, ketika kita lepaskan akan mendapat gaya ke atas.

Besarnya tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada massa jenis zat cair, percepatan gravitasi bumi dan kedalamannya. Secara matematis tekanan hidrostatis disuatu titik (misal didasar balok) diturunkan dari konsep tekanan.

                 ingat!  w = m.g = ρ V g = ρA h g

maka

Ket : P_h = Tekanan Hidrostatis (N/m²) ; h =kedalaman/tinggi diukur dari permukaan fluida (m) ; g = percepatan gravitasi (m/s² )

Kesimpulan

·         hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subyek tersebut.

·         fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah.

Tekanan=P , dengan rumus P = ρgh

·         Menurut prinsip Archimedes,berat air yang sama volumenya sama dengan gaya apung pada benda ketika tenggelam.Karena itu sama dengan hilangnya berat benda bila ia ditimbang ketika tenggelam di air.

·         Hukum Utama hidrostatis menyatakan bahwa :

Tekanan hidrostatis suatu zat cair hanya bergatung pada tinggi kolom zat cair (h), massa jenis zat cair (r) dan percepatan grafitasi (g), tidak bergantung pada bentuk dan ukuran bejana,

·         Setiap bagian di dalam fluida statis akan mendapat tekanan zar cair yang disebabkan adanya gaya hidrostatis  disebut Tekanan Hidrostatis “P_h”.

·         Besarnya tekanan hidrostatis tidak bergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada massa jenis zat cair, percepatan gravitasi bumi dan kedalamannya.

·         Suatu titik dalam fluida diam tergantung pada kedalaman titik tersebut, bukan pada bentuk wadahnya oleh karena itu semua titik akan memiliki  tekanan hidrostatis yang sama. Fenomena ini disebut sebagai Hukum Utama Hidrostatis.