Statika Fluida

Sistem Statika Fluida
Hukum umum statika fluida adalah, bentuk definisi fluida yang tidak terdapat/mengalami gaya geser. Sehingga gaya yang bekerja pada dinding pembatas oleh fluida itu sendiri adalah diimbangi oleh material fluida itu sendiri ketika dinding pembatas itu hanya sebuah imaginer.
    Tegangan geser akibat adanya viskusitas fluida hanya akan bekerja apabila adanya gerakan relative antar elemen fluida. Prinsip statika fluida bisa diperluas pada kasus fluida bergerak secara keseluruhan dengan catatan semua partikel mengalami stasioner relative antara satu dengan yang lainnya.

    Secara umum fluida didefinisikan oleh adanya pembatas padat atau hanya bidang imajiner.

    Adanya gaya yang bekerja  dalam fluida akibat adanya dinding pembatas baik padat (reil) maupun cair (imajiner). Selagi fluida dalam keadaaan diam, maka elemen dalam keadaan keseimbangan, dan total gaya yang bekerja dalam segala arah adalah sama dengan nol. Demikian juga total momen gaya pada setiap pada setiap titik adalah sama dengan nol.
    Dalam kasus stabilitas suatu material, ini terdapat tiga kondisi mengenai keseimbangan, yaitu :
(a). Stabilitas, yaitu kondisi yang apabila diberikan sedikit gaya maka akan terjadi pergeseran posisi tetapi akan kembali pada posisi semulla.
(b). Tidak stabil, yaitu kondisi yang apabila diberikan sedikit gaya maka akan terjadi pergeseran posisi dan tidak akan kembali pada posisi semula. Sedikit gaya tersebut menjadu pemicu untuk mendapatkan energy lain sehingga posisi semula tidak akan kembali ke posisi semula.
(b). Netral, yaitu kondisi yang pabila diberikan sedikit gaya maka akan terjadi pergeseran posisi dan akan menempati posisi baru setelah habisnya energy dari sedikit gaya tersebut, tanpa adanya tambahan.

Tekanan dan Gradien Tekanan

    Semua fluida akan memiliki gaya normal yang bekerja terhadap material padat yang membatasi atau sembarang bidang dikenal dan berhubungan langsung. Selagi semua permasalahan dalam fluida yang melibatkan substansi fluida itu sendiri maka selalu ada gaya yang bekerja pada bidang-bidang, baik rill maupun imajiner, akibat adanya substansi tersebut. Ekspresi keberadaan gaya ini tidak sama untuk semua posisi. Dalam analisa ini lebih pas kalau kita memakai bentuk satuan tekanan P fluida, yakni besarnya gaya yang bekerja persatuaan luas. Apabila gaya yang bekerja per satuan area yang sama, maka tekanan yang terbentuk disebut tekanan uniform :

    Tekanan (Gaya yang bekerja)/(permukaan pembatas)…atau…P=F/A

Ketika akan memahami dan menganalisa konsep tekanan dalam fluida kita perlu membayangkan bahwa tekanan tidak sama antara satu tempat dengan tempat yang lain. Sehingga dengan mudah kita mengerti adanya distribusi tekanan untuk suatu area tinjauan. Dengan demikian, apabila kita tinjau dua titik yang berjarak tertentu mempunyai beda tekanan tertentu pula. Maka dari pemahaman sederhana ini kita bisa merumuskan bagaimana gradiasi perbedaan tekanan terhadap jarak.


Gaya hidrostatik pada permukaan datar
    Apabila variasi densitas fluida bisa diabaikan maka persamaan hidrostatik dapat diterpakan. Dengan demikian tekanan pada setiap benda yang terbebanam di dalam fluida berubah secara linear terhadap kedalaman.
    Sehingga gaya hidrostatik total pada permukaan atas :
    F = ʃ ρ δA
       = ʃ (Pa + ρ g h) δA
       = Pa A + ρ g  ʃh δA

Gaya hidrostatik pada permukaan lengkung
    Gaya resultan pada permukaan lengkung yang terbenam dengan fluida dapat diketahui dengan memisahkan ke komponen horizontal dan vertical dengan fluida dapat diketahui dengan memisahkan ke komponen horizontal dan vertical Fh dan Fv. Gaya ini merupakan reaksi permukaan lengkung terhadap fluida.
    “Komponen horizontal dari gaya pada permukaan lengkung sama dengan gaya pada luas bidang yang dibentuk dengan memproyeksikan permukaan lengkung itu pada bidang vertical yang tegak lurus terhadap komponen tersebut.”.
    “Komponen vertical dari gaya tekanan pada suatu permukaan lengkung dalam besaran dan arahnya sama dengan berat seluruh kolom fluida, Baik cairan maupun atmosfir, yang berada di atas permukaan lengkung itu”.

Gaya angkat Hidrostatik/Gaya Apung (Bouyancy force)   

    Sebuag benda apabila dimasukkan kedalam fluida, maka akan mendapatkan gaya vertical ke atas yang dilawan oleh gaya berat benda itu sendiri. Gaya berat ini  juga vertical tetapi kea rah bawah. Gaya vertical ke atas tersebut disebut gaya angkat hidrostatik dan biasa dikatakan sebagai gaya apung. Fenomena ini disebut Bouyancy.
    Dari persamaan (δp/δz) + ρg = ) bisa diturunkan gaya vertical melalui δAz yang besarnya adalah :
    δF1 = (P0 + P1) δAz dan     δF2  = (P0 + P2) δAz

     Gaya angkat hidrostatk/gaya apung adalah gaya gaya vertikala ke atas ke atas yang di lawan oleh gaya berat benda itu sendiri.

Gaya Translasi Relatif Dari Cairan Ialah gerakan translasi realtif volume fluida terhadap kerangkancuan tertentu yang diasumsikan diam atau bergerak dengan percapatan lain.

Keseimbangan fluida bergerak, Salah satu mamfaat atau penggunaanya tertentu dalam sistem hidrostatis adalah untuk studi prilaku keseimbangan fluida bergerak. Suatu contoh gerakan fluida uniform dalam sebuah lintasan tanpa adanya percepatan dan tanpa adanya gaya geser.
    Tekanan rata-rata pada bagian permukaan sebelah kiri adalah :
    P – (𝜕P /𝜕x) . δx/2
Tekanan rata-rata pada bagian permukaan sebelah kanan adalah :
    P + – (𝜕P /𝜕x) . δx/2

Kecepatan rotasi Uniform
    Kecapatan rotasi uniform adalah gerak rotasi relative terhadap kerangka acuan yang diambil, sehingga fluida akan mempunyai karakteristik bentuk khusus sesuai permukaan yang membatasi dan percepatan rotasi itu sendiri.

Download File lengkapnya Di Sini