Hydrostatika

”Hidrostatika” ialah ilmu perihal zat alir atau fluida yang diam tidak bergerak dan ”hidrodinamika” parihal zat alir yang bergerak. Hidrodinamika yang khusus mengenai aliran gas dan udara, disebut ”Aerodinamika”.

Fluida ialah zat yang dapat mengalir. Jadi, termasuk zat cair dan gas. Perbedaan zat cair dengan ghas terutama terletak pada kompresibilitasnya. Gas mudah dimampatkan, sedang zat cair praktis tidak dapat dimampatkan. Dalam pembahasan kita disini, perubahan kecil volume zat cair yang menderita tekanan, umumnya diabaikan.
Rapat massa suatu bahan yang homogen didefinisikan sebagai massanya persatuan volum. Satuan kerapatan sdalam ketiga sistem satuan ialah: satu kiliogram per m-3 (1 kg m3), satu gram per cm3 dan slug per ft-3.

Berat jenis suatu bahan ialah perbandingan rapat massa bahan itu terhadap rapat massa air dan sebab itu berupa bilangan semata.
”Berat jenis” (spesific gravity) sebenarnyamerupakan istilah yang sangat keliru, karena tidak ada sangkut pautnya dengan berat (gravity). Lebih tepat disebut rapat realtif, karena lebih memperjelas konsepnya.

Waktu menerangkan tekanan hidrostatika pada Bagian 11-1, berat fluida diabaikan dan tekanan dianggap sama pada semua titik. Tetapi seperti sudah kita ketahui, makin tinggi dari permukaan bumi makin berkurang tekanan udara, dan di dalam tealaga atau laut tekanan juga akan makin berkurang jika makin jauh dari dasar.

Marilah sekarang kita cari hubungan umum antara tekanan p pada sembarang titik di dalam fluida dengan tinggi letak y titik itu.jika fluida dalam kesetimbangan, maka semua unsur volumnya jugadalam kesetimbangan. Pandanglah unsur berbentuk lapisan sangat tipis, seperti pada gambar 13-1, yang tebalnya dy dan luas permukaannya A. Kalau rapat massa fluida p, massa unsur itu ialah pA dy dan beratnya dw ialah pgA dy. Gaya yang dikerjakan pada unsur tersebut oleh fluida sekelilingnya dimana - mana selalu tegak lurus pada permukaan unsur. Berdasarkan simetri, gaya resultan horisontal pada sisisnyasma dengan nol. Gaya ke atas pada permukaan sebelah bawah ialah pA, sedangkangaya ke bawah pada permukaan sebelah atas ialah (p + dp)A.
Bentuk bejana tidak mempengaruhi tekanan, dan bahwa jika tekanan itu sama di semua titik pada kedalaman yang sama. Terbukti bahwa kalau tekanan p, diperbesar dengan cara yang bagaimanapun, umpamanya dengan memasukkan sebuah piston dari atas, besar tekanan p disemua titik di dalam zat cair itu harus pula bertambah dengan jumlah yang sama. Hal ini dikemukakan oleh sarjana Perancis Blaise Pascal (1623 - 1662) pada tahun 1653 dan disebut ”Hukum Pascal”. Bunyinya: ”Tekanan yang diberikan pada fluida dalam bejana tertutup diteruskan tanpa berkurang kesemua bagian fluida dan dinding bejana itu”. Asas ini bukanlah suatu asas yang berdiri sendiri, melainkan suatu konsekuensi yang wajar dari hukum - hukum mekanika.

Hukum Pascal: dapat diterangkan berdasarkan cara kerja penekan hidrolik, seperti pada gambar (13-3). Sebuah piston yag luas penampangnya kecil, a, digunakan untuk melakukan gaya kecil f langsung terhadap suatu zat cair, misalnya minyak. Tekanan p = f/a diteruskan lewat sebuah pipa penghubung ke sebuah silinder yang lebih besar dari yang pistonnya juga lebih besar (berpenampang A).
Oleh sebab itu penekan hidrolik adalah suatu alat untuk melipat gandakan gaya faktor perkaliannya sama dengan perbandingan antaraluas kedua piston. Kursi tukang cukur, kursi dokter gigi, pengangkat mobil dalam bengkel dan rem hidrolik adalah alat - alat yang menerapkan asas penekan hidrolik.
Jika sejumlah bejana berbagai bentuk saling dihubungkan seperti pada , lalu ke dalamnya dituangkan suatu zat cair, maka permukaan zat cair itu dalam masing - masing bejana akan terletak horisontal sama tinggi. Ketika asas - asas hidrostatika belum dipahami betuk, hal ini merupakan peristiwa yang aneh sekali dan dinamakan orang ”paradoks hidrostatika”. Sepintas lalu bejana C, misalnya akan menimbulkan tekanan yang lebih besar terhadap atasnya daripada B, dan karena itu cairan akan terpaksa mengalir dari C ke B. Tetapi tekanan hanya bergantung pada dalamnya zat cair di bawah permukaannya, dan sama sekali bukan padabentuk bejana tempat zat cair itu. Karena dalamnya zat cair sama di setiap bejana, tekanan terhadap alas masing - masingpun sama dan karena itu sistem dalam kesetimbangan.
Penjelasan lebih terperinci di bawah ini dapat membantu kita memahami kejadian tersebut. Gaya - gaya yang dikerjakan oleh dindingnya terhadap zat cair ditunjukkan oleh anak - anak panah. Arah gayadi mana - mana tegak lurus dinding bejana gaya - gaya miring terhadap dinding yang condong dapat diuraikan menjadi komponen horisontal dan komponen vertikal.

Berat zat cair dalam bagian - bagian yang dibubuhi huruf A didukung oleh komponen vertikal gaya - gaya tersebut. Jadi tekanan pada dasar bejana tersebut hanyalah berat zat cair vertikal gaya - gaya tersebut. Jadi, tekanan pada dasar bejana tersebut hanyalah berat zat cair dalam kolom B berbentuk silinder. Yang dijelaskan di atas berlaku untuk semua bejana, bagaimanapun bentuknya.

Pengukur tekanan yang paling sederhana ialah manometer pipa terbuka. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang bverisi zat cair. Ujung yag satu menderita tekanan p yang hendak diukur, sedangkan ujungnya yang satu lagi berhubungan denga atmosfir.tekanan pada dasar kolom sebelah kiri ialah p + rgy1,. Sedangkan pada dasar kolom sebelah kanan pa + rgy2, di mana p ialah rapat massa dalam manometer itu.Tekanan p itu disebut tekanan mutlak, sedangkan selisih p - p, antara tekanan ini dengan tekanan atmosfir disebut tekanan realtif atau tekanan pengukur (gauge pressure). Ternyata pula, bahwa tekanan pengukur itu sebanding dengan selisih tinggi kolom - kolom zat cair itu.

Barometer raksaterdiri dari atas npipa gelas panjang yang sesudah diisi dengan raksa lalu dibalik dan dimasukkan ke dalam bejana berisi raksa pula, seperti pada gambar 12-5 (b). Dalam ruang diatas kolom raksa hanya ada uap raksa yang tekanannya pada suhu kamar demikian kecilnya sehingga boleh diabaikan.

Karena manometer dan barometer raksa sangat sering dipakai dilaboratorium, tekanan atmosfir dan tekanan - tekanan lainnya lazim dinyatakan dengan ucapan sekian”inci raksa”, ”sentimeter raksa”, atau ”milimeter raksa”. Walaupun semua bukan merupakan satuan sesungguhnya, akan tetapi karena demikian diskriptifnya, satuan - satuan tersebut seringdipakai. Tekanan yang dihasilkanoleh kolom raksayang tingginya satumilimeter biasadisebut satu Torr, sebagai penghormatan kepada sarjana fisika bangsa italia, Toirricelli, yang pertama - tama menyelidiki kolom barometer raksa.