Fluida

 Ilustrasi gambar

Gambar Balon udara

Dimensi Faktual

Mula-mula balon diisi dengan gas panas sehingga balon menggelembung dan volumnya bertambah. Bertambahnya volume balon berarti bertambah pula volum udara yang dipindahkan oleh balon. Awak balon udara terus menambah gas panas sampai balon itu mencapai ketinggian tertentu. Sewaktu awak ingin menurunkan ketinggian maka sebagian isi gas panas dikeluarkan dari balon. Ini menyebabkan volum balon berkurang dan balon udara bergerak turun.

Dimensi Konseptual

            Fluida adalah zat yang dapat mengalir yang mencakup zat cair dan gas, karena kedua zat ini dapat mengalir. Benda-benda padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir. Cat cair seperti susu, minyak pelumas, dan air semuanya dapat digolongkan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, gas juga termasuk fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Angin merupakan satu contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain, karenanya dapat digolongkan ke dalam fluida. Fluida merupakan aspek yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pesawat terbang di udara dan kapal mengapung di atas air laut/sungat/danau. Demikian pula kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalam laut. Tanpa disadari setiap hari kita minum air dan menghitup udara yang bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat. Fluida dapat kita bagi menjadi dua bagian yaitu: Fluida statis dan Fluida Dinamis

Fluida statis atau hidrostatika membahas karakteristik fluida saat diam, yaitu membahas tekanan pada fluida ataupun yang diberikan oleh fluida (gas atau cair) pada objek yang tenggelam didalamnya. Fluida statis dipakai untuk menjelaskan fenomena-fenomena seperti kenaikan besar tekanan air terhadap kedalamannya dan perubahan besar tekanan atmosfer terhadap ketinggian pengukuran dari permukaan laut. Fluida dinamis adalah fluida (zat cair atau gas) yang bergerak. Untuk memudahkan pembahasan, fluida dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).

Hukum-Hukum Dasar Fluida Statis

1. Hukum Pascal

Bunyi hukum pascal

“Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.”

Hukum Pascal dirumuskan sebagai berikut.

P₁ , p₂ = tekanan pada piston 1 dan 2

F₁ , F₂ = gaya tekan pada piston 1 dan 2

A₁ , A₂ = luas penampang pada piston 1 dan 2

2. Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes

“Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan.”

Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :

F_A = gaya ke atas (N)

ρ_F = massa jenis fluida (kg/m³)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

V_F = volume fluida yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup (m³)

Dimensi Prosedural

Hukum Archimedes juga diterapkan pada balon udara. Seperti halnya zat cair, udara (yang termasuk fluida) juga melakukan gaya keatas pada benda. Gaya keatas yang dilakukan udara pada benda sama dengan berat udara yang dipindahkan oleh benda itu. Rumus gaya keatas yang dilakukan udara tetap seperti persamaan sebelumnya tetapi ρ_f disini adalah massa jenis udara. Prinsip gaya ke atas yang dikerjakan udara inilah yang dimanfaatkan pada balon udara.

Mula-mula balon diisi dengan gas panas sehingga balon menggelembung dan volumnya bertambah. Bertambahnya volume balon berarti bertambah pula volum udara yang dipindahkan oleh balon. Ini berarti gaya keatas bertambah besar. Suatu saat gaya keatas sudah lebih besar daripada berat total balon (berat balon dan muatan), sehingga balon mulai bergerak naik.

Awak balon udara terus menambah gas panas sampai balon itu mencapai ketinggian tertentu. Setelah ketinggian yang diinginkan tercapai, awak balon mengurangi gas panas sampai tercapai gaya keatas sama dengan berat balon. Pada saat itulah balon melayang di udara. Sewaktu awak ingin menurunkan ketinggian maka sebagian isi gas panas dikeluarkan dari balon. Ini menyebabkan volum balon berkurang, yang berarti gaya keatas berkurang . akibatnya, gaya keatas lebih kecil daripada berat balon, dan balon bergerak turun.

Dimensi Metakognitif

1.      Hidrometer

Dengan prinsip kerja yang sederhana, hidrometer dapat digunakan untuk mengukur massa jenis fluida. Dengan cara memasukkan hidrometer ke fluida yang akan diukur massa jenisnya, maka massa jenis fluida dapat diketahui secara langsung.

2.      Kapal Laut

Kapal laut dibuat berongga, sehingga volume kapal menjadi besar, akibatnya volume air yang dipindahkan juga besar. Dengan demikian gaya apung kapal juga besar, maka kapal tidak tenggelam. Kapal yang sarat penumpang, volume kapal yang tenggelam akan lebih besar daripada volume kapal kosong.

3.      Kapal Selam

Kapal selam memiliki rongga atau tangki yang dilengkapi dengan katup air dan katup udara. Supaya dapat tenggelam, maka katup air pada tangki dibuka sehingga air masuk dan udara dikeluarkan melewati katup udara. Akibatnya, kapal bertambah berat sehingga gaya apung lebih kecil dari gaya beratnya, akibatnya kapal menyelam. Sebaliknya untuk dapat muncul lagi di permukaan, air dalam tangki dipompa dan udara masuk lewat katup udara ke dalamnya. Dengan cara ini gaya apung kapal lebih besar daripada berat kapal, sehingga kapal terapung.