Fluida Statis

Fluida statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.
Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.
Dalam oseanografi dikenal pula istilah arus geostropik, yaitu arus yang bergerak dengan sangat lamban sehingga dapat diasumsikan sebagai fluida statis. Arus tersebut terletak dalam kedalaman 1000 meter di bawah permukaan laut. Dalam asumsinya, setiap partikel air laut yang berada dalam kedalaman tersebut memiliki kecepatan gerak partikel yang serba sama atau dengan kecepatan yang sangat kecil sehingga dianggap tidak bergerak sama sekali.
Fluida statis diasumsikan tidak memiliki gaya geser. Hal ini dapat dibuktikan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
τ=μ δv/δt
Dimana dalam konteks fluida statis gradien kecepatan terhadap waktu sama dengan nol akibat dari kecepatan yang seragam antar partikelnya.
Pengertian fluida statis tersebut sesuai dengan hukum II Newton yang memiliki persamaan :
ΣF=ma
Dimana percepatan (a) adalah turunan dari kecepatan. Sedangkan seperti yang kita tahu bersama bahwa fluida statis tidak memiliki perbedaan kecepatan antar partikel fluida atau kecepatan seragam yang jika diturunkan maka dalam perhitungan akan sama dengan nol.
Lalu timbul pertanyaan, adakah gaya yang masih bekerja pada fluida statis tersebut?. Tentu saja ada gaya yang bekerja di sistem dunia ini. Gaya - gaya yang bekerja pada fluida keadaan statik tersebut adalah gaya tekanan dan gaya berat sendiri (akibat gravitasi bumi), dan mungkin adanya tambahan gaya badan akibat percepatan yang diberikan oleh gaya luar.
Gaya pertama yang akan kita bahas adalah gaya Tekanan. Tekanan (P) didefinisikan sebagai gaya per satuan luas:
P=F/A
Dimana F gaya dalam N atau kg m s-2 dan A luas dalam m2, jadi P mempunyai satuan N m-2 atau kg m-1 s-2 dan dimensinya ML-1T-2 . Dalam konteks partikel fluida, maka yang disebut dengan luas permukaan adalah luas titik dari partikel fluida tersebut yang mendapat gaya dari penjumlahan partikel di atasnya.
Tekanan yang terjadi di dalam kedalaman dinamakan tekanan hidrostatis. Tekanan ini dirumuskan sebagai berikut :
P=ρgh
Rumusan ini berarti bahwa setiap titik pada fluida yang sama, kedalaman yang sama, dan gravitasi yang sama memiliki gaya tekan hidrostatis yang sama pula.
Gaya yang bekerja selain gaya tekanan adalah gaya berat. Gaya ini dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut :
w=mg
Dimana massa partikel fluida ini dikalikan dengan gravitasi yang bekerja padanya. Secara vektor gaya ini selalu menuju ke pusat bumi.
Setelah kita membahas gaya- gaya yang bekerja secara dimensi fisika yang besar, sekarang mari kita membahas gaya-gaya yang terjadi secara makroskopis dalam skala partikel fluida. Gaya tersebut adalah gaya badan dan gaya permukaan. Gaya badan adalah gaya yang bekerja pada seluruh partikel fluida yang diakibatkan oleh gravitasi, sedangkan gaya permukaan merupakan gaya yang bekerja pada partikel yang berada di “permukaan” fluida yang saling bersinggungan dengan permukaan partikel fluida lainnya.
Dalam skala titik partikel fluida yang kita tinjau dalam koordinat 3 dimensi tertentu di dalam fluida, maka yang akan kita jumpai adalah titik tersebut akan menerima gaya-gaya dari berbagai arah baik gaya badan maupun gaya permukaan dari partikel disebelahnya. Gaya-gaya tersebut bekerja dengan besaran yang seragam, sehingga resultante gaya yang terhitung dalam titik yang kita tinjau sama denagn nol. Peristiwa ini kita kenal dengan titik diam atau tidak bergerak.
Setelah panjang lebar membahas tentang fluida statis, manfaat apakah yang dapat kita ambil?. Salah satu manfaat yang dapat kita ambil adalah kita dapat mengetahui persebaran fluida serta arah gerakannya. Dalam aplikasi praktisnya kita dapat merekayasa fluida statis ini dalam bidang energi, bangunan laut, dan lain-lain. Dalam bidang pembangkit energi, setelah kita mempelajari fluida statis, maka kita dapat mengetahui gaya di kedalaman berapa yang paling besar berpotensi untuk memutar turbin pembangkit listrik.