Universitas Pertamina- Mekanika Fluida. Givson Gabriel Kel5 Teknik Sipil Shift B Modul 4 PDF

Preview

Summary

Warning: TT: undefined function: 32LAPORAN AKHIRPRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA IMODUL 4PERIODE I (2019/2020)KELOMPOK VNama Mahasiswa/NIM : Givson Gabriel/PROGRAM STUDI TEKNIK SIPILFAKULTAS PERENCANAAN INFRASTRUKTURUNIVERSITAS PERTAMINA2019TEKANAN HIDROSTATISArya Fadila Fergiawan 5 , Fira Riska Syahrun 5 ...

Description

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA I MODUL 4

PERIODE I (2019/2020)

KELOMPOK V Nama Mahasiswa/NIM

: Givson Gabriel/104118029

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS PERENCANAAN INFRASTRUKTUR UNIVERSITAS PERTAMINA 2019

TEKANAN HIDROSTATIS Arya Fadila Fergiawan5, Fira Riska Syahrun5, Givson Gabriel5* , Hans Kelsen Christian Hutajulu5, Muhammad Daffa Firdian5, Nabiela Puspaningtyas5 5

Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Perencanaan Infrastruktur, Universitas Pertamina *Coressponding author: [email protected]

Abstrak : Pada praktikum yang dilaksanakan pada tanggal 17 September 2019 kita melakukan sebuah penelitian mengenai Tekanan Hidrostatik. Dengan tujuan mengukur tekanan dalam fluida dengan perlakuan yang berbeda, sebagian dan sepenuhnya tenggelam menggunakan alat hydrostatic pressure yang didasari Hukum Pascal. Lalu kita mendapatkan hasil galat dari setiap perlakuan. Kata Kunci : Hydrostatic Pressure, Hukum Pascal, Perlakuan Berbeda, Fluida, Galat.

Abstract : In the practicum that we have done on September 17th, 2019 we conducted a study on Hydrostatic Pressure. With the aim of measuring the pressure in the fluid with partial treatment and fully submerged using a hydrostatic pressure tool based on Pascal’s Law. Then we get an error from each treatment. Keywords: Hydrostatic Pressure, Pascal’s Law, Different Treatments, Fluid, Error.

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam melakukan pengamatan kajian ilmu fisika, kita pasti perlu adanya pengukuran yang didapatkan dari sebuah alat, salah satunya hydrostatic pressure. Alat hydrostatic pressure merupakan sebuah alat ukur besaran turunan yang menjadi salah satu aplikasi dari Hukum Pascal yang digunakan untuk mengukur tekanan pada suatu benda dalam fluida. Tekanan hidrostatik dari suatu fluida dapat bergantung banyak faktor, seperti pengaruh gaya gravitasi, kedalaman, dan massa jenis fluida. Pada laporan ini kami membahas alat ukur yang tidak terlalu familiar di masyarakat ini. Selain kegunaan dari alat hydrostatic pressure, prinsip kerja, dan cara perhitungan pengukuran tekanan hidrostatik menggunakan alat hydrostatic pressure pun kami bahas pada laporan ini. Untuk itulah dibuat makalah ini dalam memudahkan pemahaman mengenai alat hydrostatic pressure.

1.2 Rumusan Masalah a. Apa itu alat hydrostatic pressure ? b. Bagaimana prinsip kerja alat hydrostatic pressure ? c. Bagaimana cara menghitungan hasil pengukuran tekanan hidrostatik ? d. Apa saja faktor yang mempengaruhi tekanan hidsrostatik ? 1.3 Tujuan a. b. c. d.

Mengetahui alat hydrostatic pressure. Mengetahui prinsip kerja alat hydrostatic pressure. Mengetahui cara menghitung hasil pengukuran tekanan hidrostatik. Mengetahui faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatik.

1.4 Dasar Teori Sekecil apapun volume fluida, jika suatu objek dimasukkan dalam kedalaman tertentu dalam sebuah bejana berisi fluida, fluida akan memberikan tekanan dari segala arah terhadap setiap titik dari permukaan objek yang bersinggungan dengan fluida saat objek berada dibawah permukaan fluida. Tekanan ini dinamakan tekanan hidrostatik.

Gambar 1.1 Tekanan terhadap benda dalam fluida Disetiap titik pada fluida yang diam, besarnya tekanan air dari seluruh arah tetap sama. Sifat penting lain lainnya dari fluida yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permuakaan yang bersentuhan dengannya. Jika ada komponen gaya yang sejajar dengan permukaan yang bersentuhan dengannya, maka menurut hukum Newton ketiga, permukaan akan memberikan gaya kembali pada fluida yang juga akan memiliki komponen sejajar dengan permukaan. Komponen seperti ini akan menyebabkan fluida mengalir, berlawanan dengan asumsi kita bahwa fluida tersebut diam. Dengan demikian gaya yang disebabkan tekanan selalu tegak lurus terhadap permukaan. Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh zat cair yang berada dalam kesetimbangan atau statis akibat adanya pengaruh gaya gravitasi, kedalaman, dan massa jenis fluida . Bila suatu zat cair berada dalam keadaan kesetimbangan atau statis, maka setiap bagian zat cair itu juga berada dalam keadaan kesetimbangan atau statis.

Persamaan tekanan hidrostatis : 𝑭 = 𝝆·𝒈·𝒉·𝑨

(persamaan 1.1)

Untuk keadaan tenggelam sebagian, berlaku persamaan:

Gambar 1.2 Keadaan tenggelam sebagian Persamaan tekanan : 𝟏

𝑷= 𝝆·𝒈· 𝒚 𝟐

(persamaan 1.2)

Persamaan gaya hidrostatis : 𝑨=𝑩𝒙𝒚 𝑭=𝑷·𝑨

(persamaan 1.3) (persamaan 1.4)

Persamaan pusat tekanan teoritis (Yp teori) : 𝒀𝒑 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊 = 𝒕𝒊𝒏𝒈𝒈𝒊 𝒌𝒆𝒔𝒆𝒍𝒖𝒓𝒖𝒉𝒂𝒏 −

𝟏 𝒚 𝟑

(persamaan 1.5)

Persamaan pusat tekanan eksperimen (Yeks) : 𝑭 (𝒀𝒆𝒌𝒔) = 𝑾 · 𝑳 𝒀𝒆𝒙𝒑 =

𝒎·𝒈·𝑳 𝑭

(persamaan 1.6) (persamaan 1.7)

Persamaan galat : 𝒀𝒆𝒌𝒔 𝒀𝒑 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊

=𝟏

(persamaan 1.8)

Untuk keadaan tenggelam seluruhnya berlaku persamaan

Gambar 1.3 Keadaan tenggelam seluruhnya Persamaan tekanan : 𝑫

hc = 𝒚 − 𝟐

(persamaam 1.9)

𝑷 = 𝝆 · 𝒈 · hc

(persamaan 1.10)

Persamaan gaya hidrostatis : 𝑷 = 𝝆 · 𝒈 · hc ·A

(persamaan 1.11)

Persamaan momen inersia : 𝑰=

𝑩·𝑫𝟑

(persamaan 1.12)

𝟏𝟐

Persamaan pusat tekanan teoritis (Yp teori) : Ŷ𝒑 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊 = 𝒉𝒄 +

𝑰 𝑨 ·𝒉𝒄

(persamaan 1.13)

𝒀𝒑 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊 = 𝟎. 𝟏 + Ŷ𝒑 teori + (0.1 – t.air diatas benda) (persamaan 1.14) Persamaan pusat tekanan eksperimen (Yeks) : 𝑭 (𝒀𝒆𝒌𝒔) = 𝑾 · 𝑳 𝒀𝒆𝒙𝒑 =

𝒎·𝒈·𝑳 𝑭

(persamaan 1.15) (persamaan 1.16)

Persamaan galat : 𝒀𝒆𝒌𝒔 𝒀𝒑 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊

=𝟏

(persamaan 1.17)

Secara konseptual, tekanan hidrostatik adalah tekanan yang berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal.

METODE PENELITIAN 2.1 Alat dan Bahan Alat yang kami gunakan pada praktikum modul 4 ini yaitu beban (kita gunakan 90 gram untuk perlakuan sebagian tenggelam dan 300 gram untuk perlakuan tenggelam penuh), satu set alat hydrostatic pressure, kaliper, dan tabung ukur. Untuk bahan yang kami gunakan adalah fluida air.

Gambar 2.1 Beban

Gambar 2.2 Tabung Ukur

Gambar 2.3 Hydrostatic Pressure

2.2 Cara Kerja Sebelum dimulai praktikum, siapkan alat dan bahan terlebih dahulu. Langkah selanjutnya adalah pengukuran panjang (panjang penyeimbang, jarak dari penggantung berat ke tumpuan, jarak kuadran ke tumpuan, dasar permukaan kuadran ke tinggi tumpuan, tinggi kuadran, tinggi permukaan kuadran vertikal, lebar kuadran, lebar permukaan kuadran vertikal). Lalu tempatkan hydrostattic pressure diatas hydraulics bench dan sesuaikan kakinya sehingga vivo menunjukkan kondisi datar. Lalu tempatkan lengan penyeimbang pada knife edges. Setelah itu, tempatkan penggantung berat pada celah di bagian akhir lengan penyeimbang. Pastikan katup drain tertutup. Pindahkan alat pengukur keseimbangan berat sampai lengan horizontal dengan cara memutar sesuai ulirnya. Lalu tambahkan massa (90 gram untuk perlakuan sebagian tenggelam dan 300 gram untuk perlakuan tenggelam penuh) pada setiap penggantung berat dan mengisi bak

hydrostatic pressure dengan air hingga posisi lengan keseimbangan kembali seimbang kemudian catat ketinggian air. Ulangi prosedur diatas untuk setiap penambagan beban.

HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Tabel 3.1 Perlakuan Sebagian Tenggelam Y (ketinggian air)

Massa

Luas

Gaya

Penampang

Hidrostatis

A (m2)

F (N)

Tekanan

Yp

Yp

Teori

Eks

Galat

(kg)

P (Pa)

0.064

0.09

313.92

0.0048

1.51

0.18

0.16

0.09

0.056

0.07

276.68

0.0042

1.15

0.18

0.16

0.07

0.075

0.12

367.87

0.0056

2.07

0.17

0.15

0.9

(m)

*bold : data kelompok kita Tabel 3.2 Perlakuan Sepenuhnya Tenggelam Y

Tinggi Air

(ketinggian

Massa

diatas

Hc

Tekanan

air)

(kg)

Balok

(m)

P (Pa)

(m)

Gaya Hidrostatis F (N)

(mm)

0.122

0.3

0.122

0.072

706.32

6.46

0.112

0.26

0.102

0.062

608.22

5.1

0.117

0.28

0.107

0.067

657.27

5.76

*bold : data kelompok kita Inersia

Ŷ𝐩 Teori

Yp Teori

Yp Eks

Galat

0.00000625

0.081

0.159

0.125

0.785

0.00000625

0.062

0.164

0.13

0.9

0.00000625

0.077

0.194

0.13

0.9

(m)

Gambar 3.1 Skala Hasil Sebagian Tenggelam

Gambar 3.2 Skala Hasil Sepenuhnya Tenggelam

Gambar 3.3 Pengkalibrasian Alat 3.2 Pembahasan 3.2.1 Perlakuan Sebagian Tenggelam Dengan Beban 0.09 kg Telah diketahui bahwa ketinggian air sebesar 0.064 m dan massa sebesar 0.09 kg. Menentukan besar tekanan, menggunakan persamaan 1.2, = 1000 x 9.81 x

1 2

x 0.064

= 313.92 Pa Menentukan luas penampang, menggunakan persamaan 1.3 = 0.075 x 0.064 = 0.0048 m2 Menentukan gaya hidrostatis, menggunakan persamaan 1.4 = 313.92 x 0.0048

= 1.51 N Menentukan pusat tekanan teoritis, menggunakan persamaan 1.5 = 0.2 -

1 3

x 0.064

= 0.18 Menentukan pusat tekanan eksperimen, menggunakan persamaan 1.7 =

0.09 x 9.81 x 0.275 1.51

= 0.16 Menentukan besar galat, menggunakan persamaan 1.8 0.16

= 0.18 = 0.9 3.2.2 Perlakuan Sepenuhnya Tenggelam Dengan Beban 0.3 kg Telah diketahui bahwa ketinggian air sebesar 0.122 m dan massa sebesar 0.3 kg. Menentukan tinggi air diatas balok = 122 – 10 = 112 Menentukan hc, menggunakan persamaan 1.9 = 0.122 -

𝐷 2

= 0.072 m Menentukan tekanan, menggunakan persamaan 1.10 = 1000 x 9.81 x 0.072 = 706.32 Pa Menentukan gaya hidrostatis, menggunakan persamaan 1.11

= 706.32 x 0.00915 = 6.46 N Menentukan momen inersia, menggunakan persamaan 1.12 =

0.075 x 0.13 12

= 0.00000625 Menentukan Ŷp, menggunakan persamaan 1.13 = 0.072 +

0.00000625 0.00915 x 0.072

= 0.081 Menentukan pusat tekanan teoritis, menggunakan persamaan 1.14 = 0.1 + 0.081 + (0.1-0.122) = 0.159 Menentukan pusat tekanan eksperimen, menggunakan persamaan 1.16 =

0.3 x 9.81 x 0.275 6.46

= 0.125 Menentukan galat, menggunakan persamaan 1.17 0.125

= 0.159 = 0.785 Pada persamaan tekanan hidrostatis, terbilang massa jenis fluida x gravitasi x kedalaman dari permukaan. Dapat dikatakan bahwa titik-titik yang berada pada kedalaman yang sama mengalami tekanan hidrostatik yang sama pula. Semakin jauh posisi titik dari permukaan fluida, maka tekanan hidrostatiknya akan semakin tinggi. (tekanan hidrostatis akan

meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air) . Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas. Jadi, semakin dalam kita menyelam dari permukaan air, maka akan semakin banyak volume air yang ada di atas kita dengan permukaan air sehingga tekanan yang diberikan air pada tubuh kita (tekanan hidrostatis) akan semakin besar. Perbandingan pusat tekanan eksperimen terhadap pusat tekanan teoritis pada perlakuan setengah tenggelam, kita mendapatkan hasil yang hampir sama dengan batas maksimum galat, yaitu 0.9 dari 1. Sama halnya dengan perbandingan pusat tekanan eksperimen terhadap pusat tekanan teoritis pada perlakuan sepenuhnya tenggelam, kita mendapatkan hasil 0.785 dari maksimum galat 1. Setelah ditinjau, alasan mengapa nilai galat kita tidak sama dengan 1, dikarenakan adanya kekeliruan saat pengkalibrasian alat, ketidaktepatan pengukuran, atau ketidaktepatan pembacaan hasil skala.

KESIMPULAN Hydrostatic pressure adalah alat yang digunakan untuk menentukan tekanan hidrostatik yang didasari oleh Hukum Pascal. Tekanan yang dicari merupakan tekanan akibat penekanan air dalam segala sisi terhadap benda yang di tenggelamkan pada suatu fluida (air). Pada percobaan kali ini, kita menggunakan dua percobaan, sebagian tenggelam dan sepenuhnya tenggelam. Prinsip kerja dari alat hydrostatic pressure adalah tekanan dari segala arah terhadap setiap titik dari permukaan objek yang bersinggungan dengan fluida saat objek berada dibawah permukaan fluida. fluida yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permuakaan yang bersentuhan dengannya. Jika ada komponen gaya yang sejajar dengan permukaan yang bersentuhan dengannya, maka menurut hukum Newton ketiga, permukaan akan memberikan gaya kembali pada fluida yang juga akan memiliki komponen sejajar dengan permukaan. Komponen seperti ini akan menyebabkan fluida mengalir, berlawanan dengan asumsi kita bahwa fluida tersebut diam. Dengan demikian gaya yang disebabkan tekanan selalu tegak lurus terhadap permukaan. Dengan menggunakan alat hydrostatic pressure, kita dapatkan dalam perlakuan yang berbeda pun hasilnya berbeda. Dengan hasil yang berbeda, dilatarbelakangi oleh rumus yang berbeda juga. Persamaan 1.2 – 1.8 merupakan rumus untuk menentukan besar yang kita perlukan pada perlakuan sebagian tenggelam. Dan untuk menentukan besar yang kita perlukan pada perlakuan sepenuhnya tenggelam yaitu persamaan 1.9 – 1.17. Faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatik pada suatu fluida yaitu pengaruh gaya gravitasi, kedalaman, dan massa jenis fluida. Semakin jauh posisi titik dari permukaan fluida, maka tekanan hidrostatiknya akan semakin tinggi. (tekanan hidrostatis akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman diukur dari permukaan air) . Akibat gaya gravitasi, berat partikel air akan menekan partikel dibawahnya, dan begitu pula partikel-partikel air di bawahnya akan saling menekan hingga ke dasar air sehingga tekanan dibawah akan lebih besar dari tekanan diatas.

DAFTAR PUSTAKA Amaliah,

Rezki

(2015).

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Diakses

dari

https://www.slideshare.net/RezkiAmaliah5/laporan-fisika-dasar-tekananhidrostatik Aprianda,

Irfan

(1

Mar

2014).

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Diakses

darihttps://www.scribd.com/doc/209936136/Laporan-Praktikum-MekanikaFluida-Tekanan-Hidrostatis-Ivan Elfi,

Sulfiani

(2014).

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Dikases

dari

https://www.academia.edu/11811451/Tekanan_Hidrostatik Genda,

Astuti.

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Diakses

dari

https://www.academia.edu/9913291/laporan_praktikum_tekanan_hidrostatik Pawallungi.

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Diakses

dari

https://www.academia.edu/9819104/Tekanan_Hidrostatis Rachman,

Vera

(2017).

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Diakses

dari

https://docplayer.info/32032549-Modul-i-tekananhidrostatis.html#download_tab_content Rizqi, Fadhlan (Mar 2016). TEKANAN HIDROSTATIS. Diakses dari https://www.academia.edu/24622761/Laporan_Praktikum_Tekanan_Hidrostatis_ Tugas_Fisika Unknown

(8

Nov

2012). HYDROSTATIC

PRESSURE. Diakses dari

https://www.ilmutekniksipil.com/hidrolika/hydrostatic-pressureWulan 2017).

TEKANAN

HIDROSTATIS.

Diakses

(4

Jun dari

https://wulan17site.wordpress.com/2017/06/04/laporan-praktikum-fisika-tentangtekanan-hidrostatis/

LAMPIRAN

Gambar 6.1 Data Tenggelam Penuh

Gambar 6.1 Data Tenggelam Sebagian...