Hai, teman KOCO! Jika kemarin kita sudah belajar tentang fluida dinamis beserta dengan penerapannya, nah kali ini Minco akan ajak kamu lagi untuk mempelajari tentang jenis fluida lainnya, yaitu fluida statis. Bedanya apa sih Minco dengan fluida dinamis? Tentu beda, kalo fluida dinamis itu fluida yang mengalir tapi fluida statis kebalikannya. Yap! Fluida stastis adalah fluida yang diam atau tidak mengalir. Mau tau lebih lengkap tentang fluida yang satu ini? Yuk, langsung simak penjelasan di bawah ini!

Apa Itu Fluida Statis?

Seperti yang sudah Minco jelaskan tadi, fluida statis adalah fluida yang tidak dalam keadaan bergerak atau mengalir. Fluida statis juga dapat diartikan sebagai fluida yang dalam keadaan bergerak namun tidak ada satupun perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut. Sama halnya dengan fluida dinamis, fluida statis juga tidak mengalami gesekan atau gaya geser, hanya saja partikel-partikelnya bergerak dengan kecepatan yang sama. Fenomena fluida statis ini bisa kamu temukan pada air dalam gelas yang didiamkan atau air sungai yang mengalir dengan kecepatan konstan.

Rumus Fluida Statis

Dalam fluida statis, ada beberapa rumus atau besaran yang harus kamu pahami, di antaranya yaitu:

Massa jenis

Mungkin kamu sudah tahu sebelumnya, massa jenis merupakan ukuran kerapatan suatu benda. Jadi, jika suatu benda mempunyai massa jenis yang besar, maka benda tersebut bisa dikatakan mempunyai kerapatan yang besar pula, begitu juga sebaliknya. Massa jenis suatu benda dapat didefinisikan sebagai massa per satuan volume benda. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :

• ρ = Massa jenis benda (kg/m³)
• V = Volume benda (m³)
• m = Massa benda (kg)

Viskositas

Disebut juga sebagai kekentalan, viskositas merupakan sifat tahanan suatu fluida terhadap tegangan yang diberikan kepadanya. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan akibat adanya gaya kohesi antara molekul-molekul zat cair. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koe sien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m² atau pascal sekon (Pa.s).

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar Fs= kηv. Besaran k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola, nilai k = 6πr. Jika nilai k dimasukkan ke dalam rumusan gaya gesekan fluida, maka diperoleh persamaan yang selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes berikut.

Keterangan:
Fs = Gaya gesekan dalam fluida (N)
η = Koefisien viskositas – fluida (Ns/m²)
r = Jari-jari bola (m)
v = Kelajuan bola (m/s)

Molekul zat cair mempunyai susunan yang agak rapat. Jika suhu zat cair tersebut dinaikkan, maka akan terjadi pelemahan gaya tarik-menarik antar molekulnya sehingga viskositas zat cair menjadi berkurang atau mengencer. Berkebalikan dengan zat cair, viskositas zat gas akan bertambah seiring kenaikan suhunya.

Berat jenis

Besaran dalam fluida statis berikutnya yaitu berat jenis atau berat fluida per satuan volume. Nilai berat jenis ini selalu berubah sesuai lokasi benda karena bergantung pada percepatan gravitasi. Berikut rumus untuk menghitung berat jenis ini:

Keterangan:

• s = Berat jenis (N/m³)
• w = Berat benda (N)
• V = Volume benda (m³)
• ρ= Massa jenis (kg/m³)
• g= Percepatan gravitasi (m/s²)

Tegangan permukaan

Dalam fluida statis juga terdapat tegangan permukaan atau yang biasa diartikan sebagai kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaan tersebut akan terlihat seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang. Jika pada suatu permukaan sepanjang L bekerja gaya sebesar F yang arahnya tegak lurus L, maka persamaannya dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

• γ = Tegangan permukaan (N/m)
• F = Gaya (N)
• L = Panjang permukaan (m)

Kapilaritas

Selain tegangan permukaan, dalam fluida statis juga terdapat kapilaritas atau peristiwa meresapnya zat cair di dalam pipa kapiler. Meresap artinya gerakan naik atau turun zat cair. Kapilaritas ini dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan, gaya adhesi, dan gaya kohesi antara zat cair dan dinding kapiler. Jika gaya adhesi lebih besar daripada kohesi, maka zat cair akan naik dalam pipa kapiler, misalnya air. Sebaliknya, jika gaya kohesi yang lebih besar daripada gaya adhesi, maka zat cair akan turun, contohnya raksa.

Besar kenaikan atau penurunan permukaan zat cair dapat ditentukan melalui persamaan berikut.

Keterangan:
h = Kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa kapiler (m)
γ = Tegangan permukaan (N/m)
θ = Sudut kontak (derajat)
ρ = Massa jenis zat cair (kg/m³)
g = Percepatan gravitasi (m/s²)
r = Jari-jari pipa kapiler (m)

Tekanan hidrostatis

Sesuai namanya, tekanan hidrostatis ini adalah tekanan yang disebabkan oleh fluida tak bergerak yang mempunyai berat (fluida statis). Tekanan hidrostatis dirumuskan dalam persamaan:

Keterangan:

• P_h = tekanan hidrostatis (N/m²)
• ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
• h = kedalaman (m)

Pada tekanan hidrostatis, juga terdapat tekanan mutlak atau tekanan total hasil penjumlahan tekanan hidrostatos dengan tekanan atmosfer (udara). Kamu bisa menghitung tekanan mutlak ini menggunakan rumus:

Keterangan:

• P_T = Tekanan mutlak (N/m² atau Pa)
• P_o = Tekanan atmosfer = 1 atm = 76 cm Hg = 105 N/m²

Perlu kamu ketahui, dalam hukum utama hidrostatis, dinyatakan bahwa semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam fluida (zat cair) memiliki tekanan yang sama. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:
PA = Tekanan pada penampang A (N/m²)
PB = Tekanan pada penampang B (N/m²)
ρA = Massa jenis fluida A (kg/m³)
ρB = Massa jenis fluida B (kg/m³)
hA = Tinggi fluida A (m)
hB = Tinggi fluida B (m)

Hukum Pascal

Selain hukum hidrostatis, ada beberapa hukum yang menjelaskan terkait fluida statis salah satunya yaitu hukum Pascal yang dicetuskan oleh seorang ilmuwan bernama Blaise Pascal. Dalam hukumnya, Pascal menyatakan bahwa “tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar”. Rumus dari hukum Pascal ini adalah seperti berikut:

Keterangan:

• P₁ = Tekanan di penampang 1 (N/m²)
• P₂ = Tekanan di penampang 2 (N/m²)
• F₁ = Gaya tekan di penampang 1 (N/m²)
• F₂ = Gaya tekan di penampang 2 (N/m²)
• A₁ = Luas penampang pipa 1 (N/m²)
• A₂ = Luas penampang pipa 2 (N/m²)

Hukum Archimedes

Dalam hukum Archimedes ini, dijelaskan bahwa benda yang dicelupkan seluruhnya atau sebagian ke dalam fluida akan mengalami gaya tekan ke atas yang besarnya sama dengan fluida yang dipindahkan. Gaya tekan ke atas inilah yang disebut dengan gaya Archimedes atau gaya apung. Rumus yang bisa kamu gunakan yaitu:

Keterangan:

• F_A = Gaya apung atau gaya ke atas (N)
• ρ_f = Massa jenis fluida (kg/m³)
• g = Percepatan gravitasi (m/s²)
• V_bf  = Volume benda tercelup (m³)

Setelah memahami konsep gaya Archimedes, bagaimana dengan berat suatu benda yang ditimbang di dalam fluida? Berat benda di dalam fluida ternyata lebih kecil dibandingkan dengan berat benda di udara. Hal ini disebabkan oleh adanya gaya apung. Berat benda di dalam fluida atau yang biasa disebut berat semu dan bisa dihitung menggunakan persamaan:

• W_bf = Berat benda dalam fluida (N)
• W_u= Berat benda di udara (N)
• F_A= Gaya apung/Archimedes (N)
• ρ_b = Massa jenis benda (kg/m³)
• ρ_f = Massa jenis fluida (kg/m³)
• V_bf = Volume benda yang tercelup (m³)
• g = Percepatan gravitasi (m/s²)

Perbedaan Fluida Dinamis dan Statis

Fluida terbagi menjadi dua jenis, yaitu dinamis dan statis. Kedua fluida ini mempunyai perbedaan yang cukup signifikan dari segi definisi dan kecepatannya, di antaranya yaitu: