FENOMENA ALAM YANG BERKAITAN DENGAN FLUIDA

FLUIDA DAN SIFAT - SIFATNYA

A.    PENGERTIAN FLUIDA

          Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

          Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari .

          Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak).

A.    FLUIDA STATIS

          Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam (Kanginan, 2007). Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan (Resnick, 1985).prinsip prinsip fluida statis dan aplikasinya dalam kehidupan sehari hari.

1.      Tekanan Hidrostatis

          Dalam ilmu fisika, Tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini :

                   P = tekanan
F = gaya
A = luas permukaan.

          Sifat-sifat fluida statis, yakni memberikan tekanan ke segala arah dan gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida tersebut. Ilustrasi yang kita gunakan adalah zat cair (air).

2.      Hukum Pascal

a.       Pengertian Hukum Pascal

          Bila ditinjau dari zat cair yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Besarnya tekanan sebanding dengan pgh (p = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman).

Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.

P = F : A

sehingga persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.

P1 = P2

F1 : A1 = F2 : A2

dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m2).

3.      Hukum Archimedes

          Gaya Apung Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke dalam fluida seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam fluida tersebut. Anda mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah, tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Seperti yang telah dijelaskan pada pokok bahasan Tekanan pada Fluida, tekanan fluida bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida pada bagian bawah benda. Fluida yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda.

Fenomena Alam yang Terkait dengan Fluida

          Salah satu fenomena alam yang berkaitan dengan fluida adalah pusaran air. Pusaran air dapat diamati dengan mudah pada kehidupan sehari-hari, contohnya pada saat mandi dan mengamati adanya pusaran air di lubang kamar mandi. Tetapi pusaran air yang demikian diproduksi dengan cara yang sangat berbeda dengan pusaran air yang diproduksi oleh alam misalnya saja di laut. Di kamar mandi, pusaran air terbentuk sebagai saluran pembuangan air yang mengalir keluar melalui lubang kecil, dan untuk terbentuknya pusaran air di laut akan dipaparkan pada pembahasan di bawah.

         

          Sebuah pusaran air didefinisikan sebagai aliran air yang bergerak berputar (rotasi) dan membentuk spiral. Ukuran lingkaran spiral semakin ke bawah akan semakin kecil. Kecepatan rotasi terbesar terjadi pada bagian pusat rotasi dan menurun secara bertahap seiring bertambahnya jarak dari pusat.Sifat-sifat dari pusaran air:

1. Tekanan air di dalam pusaran yang paling kecil adalah di pusat pusaran, dan semakin  meningkat seiring dengan semakin besarnya jarak pusaran dari pusat. Hal ini sesuai  dengan prinsip Bernoulli, dimana tekanan berbanding terbalik dengan kecepatan.

2. Pusat dari setiap pusaran dapat dianggap mengandung garis pusaran, dan setiap partikel air dalam pusaran dapat dianggap berotasi di sekitar garis pusaran
3. Dua atau lebih pusaran yang kira-kira sejajar dan berotasi/berputar dalam arah yang sama akan bergabung untuk membentuk sebuah pusaran tunggal.
4. Gerakan rotasi pada pusaran menimbulkan energi yang cukup besar.

         

          Apabila suatu benda diletakkan di sekitar pusaran, maka pusaran air seolah-olah menyedot benda tersebut, berputar-putar menuju inti dan kemudian tertelan ke dasar laut. Pusaran air pada laut umumnya terjadi setelah tsunami, misalnya saja pusaran air raksasa yang terbentuk setelah tsunami dahsyat melanda Jepang pasca gempa berkekuatan 8,9 Skala Richter, Jumat 11 Maret 2011. Pusaran air tersebut tercipta karena setelah tsunami, banyak air laut yang terdorong dan kemudian surut di dekat garis pantai. Solusi dari permasalahan ini adalah harus adanya peringatan dini terhadap penduduk agar korban jiwa menjadi lebih sedikit.

FENOMENA ADHESI DAN KOHESI

1.     Fenomena adhesi

          Pada saat anda menulis di papan tulis menggunakan spidol, tinta spidol tersebut akan melekat pada papan tulis. Mengapa tinta dapat melekat pada papan tulis? Tinta spidol dapat melekat pada papan tulis karena adanya gaya tarik antara molekul tinta dengan molekul papan tulis. Gaya tarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis disebut adhesi. Contoh peristiwa adhesi adalah:

1.     Tinta pulpen yang melekat pada kertas

2.     Cat yang menempel di tembok

3.     Permukaan air di dalam gelas tampak cekung

          Perhatikan permukaan air pada gambar, permukaan air di dalam gelas berbentuk cekung dan dinding sebelah dalam gelas menjadi basah. Hal ini terjadi karena adanya adhesi antara air dan gelas.

2.     Fenomena kohesi

          Jika setetes air raksa diletakkan pada permukaan kaca yang mendatar, tetesan air raksa tersebut akan berbentuk bola dan tidak melebar. Hal ini dikarenakan gaya tarik air raksa itu sendiri lebih besar daripada gaya tarik air raksa pada kaca. Gaya tarik menarik antarmolekul yang sejenis disebut kohesi.

          Sebuah gelas yang diolesi dengan minyak kemudian dituangkan air di dalamnya. Apa yang terjadi dengan permukaan air terrsebut, cekung ataukah cembung permukaannya? Atau coba anda perhatikan air di daun talas, bagaimana bentuk tetesan air tersebut dan mengapa demikian? 

Contoh peristiwa kohesi dalam kehidupan sehari-hari adalah:

1.     Tidak bercampurnya antara air dengan minyak,

2.     Tidak melekatnya air raksa pada dinding pipa kapiler

3.     Air pada daun talas.

4.     Air raksa pada thermometer

FENOMENA VISKOSITAS

         

          Viskositas diartikan sebagai resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk mengalir yang disebabkan karena adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap deformasi atau perubahan bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu atau suhu tendensi untuk melawan aliran cairan karena  internal friction untuk resistensi suatu bahan untuk mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya.

Kekentalan adalah sifat dari suatu zat cair (fluida) disebabkan adanya gesekan antara molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut. Gesekan-gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat cair (viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan suatu zat cair. Hukum viskositas Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus dengan viskositas.

          Sebagai contoh, apabila kita memasukkan sebuah bola kecil kedalam zat cair, terlihatlah batu tersebut mula-mula turun dengan cepat kemudian melambat hingga akhirnya sampai didasar zat cair. Bola kecil tersebut pada saat tertentu mengalami sejumlah perlambatan hingga mencapai gerak lurus beraturan. Gerakan bola kecil menjelaskan bahwa adanya suatu kemampuan yang dimiliki suatu zat cair sehingga kecepatan bola berubah.

Aplikasi viskositas dalam kehidupan sehari-hari adalah :

1.  Mengalirnya darah dalam pembuluh darah vena

2. Proses penggorengan ikan (semakin tinggi suhunya, maka semakin kecil viskositas minyak        goreng)

3.  Mengalirnya air dalam pompa PDAM yang mengalir kerumah-rumah kita

4. Tingkat kekentalan oli pelumas

FENOMENA KAPILARITAS

                     

          Peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler disebut kapilaritas.

 Dalam fisika kapilaritas diartikan sebagai gejala naiknya zat cair melalui celah sempit atau pipa rambut. Celah sempit atau pipa rambut disebut sebagai pipa kapiler. Kapilaritas disebabkan oleh adanya gaya adhesi dan gaya kohesi antara zat cair dengan dinding pipa kapiler sehingga jika pembuluh kaca masuk ke dalam zat cair menyebabkan permukaan zat cair menjadi tidak rata atau tidak sama.

          Pengaruh gaya adesi dan kohesi terhadap kapilaritas. Zat cair akan naik ke dalam pipa kapiler apabila zat cair membasahi tabung yaitu ketika gaya adhesi zat cair lebih besar daripada gaya kohesi. Hal ini disebabkan gaya tegang permukaan sepanjang dinding tabung bekerja kea rah atas. Ketinggian maksimum terjadi pada saat gaya tegang permukaan setara atau sama dengan berat zat cair yang berada dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair akan turun apabila zat cair tidak membasahi tabung yaitu pada saat gaya kohesi lebih besar daripada gaya adhesi.

Ketika permukaan zat cair naik ke dalam pipa kapiler sudut kontak yang terbentuk kurang dari 90⁰ dan ketika permukaan zat cair turun di dalam pipa kapiler maka sudut kontak yang terbentuk lebih dari 90⁰. Sudut kontak merupakan sudut yang terbentuk oleh lingkungan. Kohesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul – molekul dalam zat sejenis. Adesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul –  molekul zat yang tidak sejenis.  

Contoh peristiwa kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari: 

1.     Naiknya minyak tanah pada sumbu kompor sehingga kompor dapat menyala,

2.     Naiknya minyak tanah pada sumber lampu temple sehingga lampu itu menyala,

3.     Naiknya air pada musim hujan sehingga dinding rumah basah,

4.     Naiknya air tanah melalui akar dengan pembuluh-pembuluh tumbuhan,

5.     Air menggenang dapat diserap dengan kain pel, spons, atau kertas isap, dan cairan tinta yang tumpah dapat diserap oleh kapur tulis atau kertas isap.

6.     Gejala naiknya air dari dalam tanah oleh akar, kemudian ke daun.

          Gejala ini menyebabkan naiknya air/garam-garam tanah dari akar ke daun melalui pembuluh kayu. Dalam hal ini pembuluh kayu berfungsi sebagai pipa kapiler.

7.     Gejala pada daya isap benda terhadap cairan.

          Apabila tumpahan tinta kita ambil dengan menggunakan kertas isap, maka lama kelamaan tinta itu akan habis terisap oleh kertas. Dalam hal ini kertas hisap berfungsi sebagai pipa kapiler.

Manfaat kapilaritas

Peristiwa kapilaritas memberikan beberapa manfaat bagi makhluk hidup, diantaranya :

a. Pada manusia

          Hemoglobin akan mengambil oksigen dari paru paru dan akan dilepaskan pada saat sel darah merah (eritrosit) melewati pembuluh kapiler

b. Pada ikan

          Filamen pada pembuluh darah insang mengandung pembuluh kapiler untuk memudahkan proses pertukaran oksigen dan karbondioksida.

c. Pada tumbuhan

          Rambut akar dan batang tumbuhan terdiri dari pembuluh kapiler sehingga air dan zat hara dari dalam tanah akan naik menuju batang, dahan, dan ranting tumbuhan.

Kerugian kapilaritas :

a. Dinding rumah menjadi retak karena pori pori dinding menyerap air dalam tanah

b. Lumut yang menempel pada dinding,

c. Cat pada dinding rumah menjadi rusak karena air yang diserap oleh dinding

FENOMENA MASSA JENIS

         

          Tahukah kamu mengapa es dapat terapung di air, sedangkan batu tenggelam dalam air? Es memiliki massa jenis lebih kecil dari air, sehingga es dapat terapung dalam air. Batu tenggelam dalam air karena memiliki massa jenis lebih besar daripada air. Tahukah kamu mengapa kapal selam dapat terapung dan tenggelam di air? Ketika terapung massa jenis total kapal selam lebih kecil dari air laut dan sewaktu tenggelam massa jenis total kapal selam lebih besar dari air laut. Kapal selam memiliki tangki pemberat yang berisi air dan udara. Tangki tersebut terletak di antara lambung kapal sebelah dalam dan luar. Tangki dapat berfungsi membesar atau memperkecil massa jenis total kapal selam. Ketika air laut dipompa masuk ke dalam tangki pemberat, massa jenis kapal selam lebih besar dan sebaliknya agar massa jenis total kapal selam menjadi kecil, air laut dipompa keluar.
1. Balon Gas 
Pernahkah kamu melihat balon udara? Tahukah kamu, gas apa yang terdapat di dalamnya? Balon gas berisi gas helium. Gas helium memiliki massa jenis yang lebih kecil dari udara, sehingga balon gas bisa naik ke atas.
2. Air Minum Dingin di Dalam Lemari Es
Suatu ketika kamu mungkin pernah melihat dalam botol air minum dingin yang berasal dari lemari es terdapat endapan kapur. Kenapa hal itu dapat terjadi? Air yang jernih dapat juga mengandung kapur, namun apabila dilihat langsung dengan mata tidak kelihatan. Ketika air dingin massa jenis air lebih kecil dan terpisah dari kapur sehingga kapur yang memiliki massa jenis lebih besar akan turun ke bawah dan mengendap.
3. Menganalisis Benda Terapung, Melayang, Dan Tenggelam
Dengan membandingkan massa jenis zat cair dan benda yang dicelupkan kedalamnya, kamu dapat mengetahui benda-benda tersebut terapung melayang, atau tenggelam.

FENOMENA TEGANGAN PERMUKAAN

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada pada keadaan diam (statis). Tegangan Permukaan merupakan gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. egangan permukaan zat cair diakibatkan karena gaya yang bekerja pada zat cair tersebut. Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu,tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cairuntuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan dataratau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkungke bawah tampak silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zatcair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecilmungkin.Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair

          Faktor yang mempengaruhiTegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang,sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gayakohesi antara molekul air.

Contoh tegangan permukaan dalam kehidupan sehari hari :

1.     mengapa klip tidak tenggelam ?

          Ketika klip diletakan secara hati-hati ke atas permukaan air, molekul-molekul air yang terletak di permukaan agak ditekan oleh gaya berat klip tersebut, sehingga molekul-molekul air yang terletak di bawah memberikan gaya pemulih ke atas untuk menopang klip tersebut (ingat kembali elastisitas). Dalam kenyataannya, bukan hanya klip alias penjepit kertas, tetapi juga bisa benda lain seperti jarum. Apabila kita meletakan jarum secara hati-hati di atas permukaan air, maka jarum akan terapung. Adanya tegangan permukaan cairan juga menjadi alasan mengapa serangga bisa mengapung di atas air.

2.     Tetes air cenderung berbentuk seperti balon (yang merupakan gambaran luas minimum sebuah volume) dengan zat cair berada di tengahnya.