FLUIDA STATIS: Tabung U dalam Balon Udara

TABUNG U DALAM BALON UDARA

Sebuah tabung berbentuk U diletakkan dalam sebuah balon udara. Tabung U berisi air dengan sisi A dan B. Sisi A disumbat dan sisi B dibiarkan terbuka.

Jika balon udara bergerak naik, Prekdisikan apa yang akan terjadi pada air dalam tabung U!

1.      Rumusan Masalah

Apa yang terjadi pada air yang berada di dalam tabung U saat balon udara bergerak naik?

2.      Hipotesis

Air tidak keluar dari tabung U (melalui sisi B), tetapi memiliki perbedaan tinggi di kedua sisinya.

3.      Observasi

1.      Dengan menggunakan konsep Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan ini bergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Tekanan Hidrostatis hanya berlaku pada zat cair yang tidak bergerak.

Tekanan pada zat cair  secara umum dibedakan menjadi dua jenis tekanan, yakni tekanan zat cair yang tidak bergerak (tekanan hidrostatis) dan tekanan  zat cair yang bergerak (mengalir). Secara konseptual tekanan hidrostatis adalah tekanan yang  berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal.

Tekanan Hidrostatis fluida statis dirumuskan sebagai berikut:

Ph = ρgh

Keterangan :

p_h: tekanan hidrostatis (N/m² atau Pa)

ρ: massa jenis zat cair (kg/m³)

g: gravitasi (m/s²)

h: kedalaman/ketinggian dari permukaan zat cair (m)

2.      Dengan menggunakan konsep Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan merupakan wadah air yang terdiri dari beberapa tabung yang saling berhubungan. Bejana berhubungan dapat berupa pipa U, selang plastik yang dibentuk U, dan teko. Permukaan zat cair di dalam bejana berhubungan selalu mendatar dan sama tingginya apabila massa jenis zat cairnya juga sama.

Hukum bejana berhubungan berbunyi:  

“Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan seimbang, maka permukaan zat cair merupakan bidang datar”

Jika dalam bejana berhubungan terdapat dua jenis cairan yang berbeda, tinggi permukaan kedua zat tersebut dalam bejana berhubungan tidak akan sama. Hal ini disebabkan oleh massa jenis kedua zat cair tersebut tidak sama seperti air dan minyak goreng.

Beberapa hal yang menyebabkan prinsip bejana berhubungan tidak berlaku antara lain sebagai berikut:

• Bejana diisi oleh zat cair yang memiliki massa jenis berbeda.
• Bejana dalam keadaan tertutup, baik salah satu bejana maupun kedua-duanya.
• Adanya unsur pipa kapiler pada bejana, yaitu pipa kecil yang memungkinkan air menaiki sisi bejana.

Jika salah satu sisi bejana dalam keadaan tertutup (disumbat), maka ketinggian zat cair yang berada di dalam bejana tidak sama. Jika dipengaruhi oleh tekanan yang besar, maka air di dalam bejana akan terdorong ke sisi bejana yang terutup sehingga air di sisi yang tertutup lebih tinggi daripada air di sisi yang terbuka. Jika dipengaruhi oleh tekanan yang kecil, maka air akan terhisap ke bejana yang terbuka sehingga air di sisi yang terbuka lebih tinggi daripada air di sisi yang tertutup.

4.      Analisis

Dengan menggunakan rumus tekanan hidrostatis (ρgh), maka saat balon udara naik tekanannya semakin kecil, karena saat balon naik kedalamannya (h) lebih kecil atau dangkal.

Karena tekanannya kecil maka air akan bergerak menuju sisi B (terbuka), sehingga air di sisi yang B lebih tinggi daripada air di sisi A (Konsep Bejana Berhubungan).

5.      Kesimpulan

Semakin balon udara terbang tinggi (bergerak naik), maka air di dalam tabung U akan bergerak menuju sisi yang B atau sisi terbuka, karena tekanan udaranya semakin kecil.

 

Semoga dapat bermanfaat. Sekian dan Terima Kasih