This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN PRAKTIKUM
MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
MODUL H.02-TEKANAN HIDROSTATIS
KELOMPOK : 2
Danang Setia R. 1206251023
Ghozi Naufal A. 1206260459
Kasihisa Hervani 1206238002
Rinaldi Dwiyanto 1206243646
Widia Retno A. 1206217931
Hari/Tanggal Praktikum : Sabtu, 16 November 2013
Asisten : Rahmat Fitrah
Tanggal Disetujui :
Nilai :
Paraf :
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI DAN SUNGAIDEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA
2013
TEKANAN HIDROSTATIS
1. TUJUAN
Mencari besarnya gaya hidrostatis pada bidang vertikal.
Mencari hubungan antara tinggi muka air dan massa beban pada alat peraga.
2. DASAR TEORI
Sekecil apapun volume fluida, dalam kedalaman tertentu dalam sebuah bejana akan memberikan tekanan ke atas untuk mengimbangi berat fluida yang ada diatasnya. Tekanan ini dinamakan tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatik adalah tekanan zat cair yang tergantung pada kedalaman.
Gambar 1 memperlihatkan sebuh tabung berisi cairan. Tekanan di dasar tabung lebih besar dibanding dengan di atas tabung untuk menopang berat cairan di dalam tabung. Massa cairan tabung ini adalah:
m = ρV = ρAh … (1)
Sedangkan beratnya adalah:
w = mg = ρAhg … ( 2 )
Keterangan A = luas penampang tabung
Elemen fluida juga tidak dipercapat dalam arah vertikal, sehingga gaya vertikal resultan yang terdapat pada elemen tersebut haruslah nol. Akan tetapi, gaya-gaya vertikal bukan hanya ditimbulkan oleh tekanan dari fluida pada permukaan elemen tetapi juga ditimbulkan oleh berat elemen. Jika kita misalkan ρ adalah tekanan pada permukaan bawah dan ρ+dρ adalah tekanan pada permukaan atas, maka gaya keatas adalah ρA (yang dikenakan pada permukaan bawah) dan gaya kebawah adalag (ρ+dρ)A (yang dikerahkan pada permukaan atas) ditambahkan dengan berat elemen dw. Maka untuk keseimbangan vertikal:
ρA = (ρ + dρ)A + dw
= (ρ + dρ)A + ρgA dy
Dan d ρ/dy = - ρgd
Jika Po adalah tekanan di bagian atas dan P adalah tekanan di dasar tabung, maka gaya netto ke atas yang disebabkan oleh beda tekanan ini adalah:
PA- PoA
Dengan membuat gaya ke atas netto ini sama dengan berat cairan di tabung, kita dapatkan:
PA – PoA = ρAhg... (1)
Atau
P = Po + ρgh... (2)
Dengan ρ adalah massa jenis cairan, g (9,8 m/s2) adalah nilai percepatan gravitasi, dan h adalah tinggi cairan.
Jika suatu cairan mempunyai sebuah permukaan bebas (free surface), maka permukaan bebas inilah yang merupakan permukaan alami dari mana jarak tersebut diukur. Untuk mengubah permukaan referensi kita ke permukaan puncak, maka kita mengambil y2 sebagai elevasi pemukaan, di titik mana tekanan ρ2 yang beraksi pada fluida biasanya adalah tekanan yang dikerahkan oleh atmosfer bumi ρ0. Kita mengambil y1 berada disuatu permukaan dan kita menyatakan tekanan di sana sebagai ρ. Maka:
P0-P = - ρg (y2-y1)
Tetapi y2-y1 adalah kedalaman h dibawah permukaan dimana tekanan adalah P, sehingga:
P = P0 + ρgh
Persamaan ini memperlihatkan dengan jelas bahwa tekanan adalah sama di titik
dengan kedalaman sama dengan besar yang tidak dipengaruhi arah garis gaya tekan.
Gambar 2
m.g
b
yd
ar’
r
L
Setiap benda yang berada di dalam air akan mendapat tekanan tegak lurus
permukaannya sebesar ρ.g.h (ρ adalah massa jenis air) dengan letak titik kerja nya dari muka
air adalah:
dengan
ρ = massa jenis air
g = percepatan gravitasi
ycg = jarak titik berat bidang dari muka air
A = luas permukaan bidang rata
Icg = momen inersia bidang rata terhadap sumbu horizontal yang memotong titik
berat bidang
θ = sudut kemiringan bidang terhadap permukaan air
Zcf = jarak titik kerja gaya dari muka air
Untuk keadaan tenggelam sebagian, berlaku persamaan:
Gambar 3. Keadaan tenggelam sebagian
Zcf =[ y cg+ I cg
A . y cg ] sin θ
m.L = 0,5.ρ.b.y2 (a + d – y3 )
my2 = -
ρb6 L +
m.g
b
yd
ar’
r
L
Untuk keadaan tenggelam seluruhnya berlaku persamaan:
Gambar 4. Keadaan tenggelam seluruhnya
3. ALAT DAN BAHAN
1. Meja hidrolika
2. Alat peraga tekanan hidrostatis
3. Beban
4. Mistar
5. Jangka sorong
ycg = y - d2m.L = ρ.b.d.ycg (a +
d2 –
d 212. ycg )
m = ρ .b .d
L + [a+ d2 ].y –
Gambar 5. Gambar Alat Peraga Tekanan Hidrostatis
Keterangan gambar:
1. Bejana/tangki
2. Penyipat data/nivo
3. Lengan piringan beban
4. Lengan timbangan
5. Benda kuadran
6. Sekrup pemegang lengan timbangan
7. Lengan timbangan
8. Poros tajam
9. Beban pengatur keseimbangan
10. Skala muka air
11. Bidang permukaan segi empat
12. Katup penguras
13. Kaki penyangga berulir
4. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Mengukur panjang a, L, d, dan b pada alat peraga.
2. Mengatur kaki penyangga agar bejana benar-benar datar.
3. Meletakkan piringan beban pada ujung lengan timbangan.
4. Mengatur beban pengatur keseimbangan sampai lengan timbangan kembali datar
(seimbang).
5. Meletakkan beban pada piringan beban.
6. Menutup katup penguras dan mengisi bejana dengan air sedikit demi sedikit sampai
lengan timbangan kembali mendatar.
7. Mencatat ketinggian muka air (y) pada kolom data yang sesuai.
8. Melakukan langkah 5 s.d. 7 sampai ketinggian muka air maksimum.
9. Mengurangi beban, sesuai dengan penambahannya.
10. Menurunkan muka air dengan membuka katup penguras sampai lengan timbangan
kembali mendatar.
11. Mencatat ketinggian muka air (y) pada kolom data yang sesuai.
12. Melakukan langkah 9 s.d. 11 sampai ketinggian minimum.