Tekanan Hidrostatika

Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subyek tersebut. Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan yang stabil. Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika, dan ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai dinamika fluida.

Tekanan statik di dalam fluida

Karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah dimampatkan, fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Karakteristik ini membuat fluida dapat mentransmisikan gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung, yaitu, jika sebuah gaya diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya tersebut akan ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung pipa yang besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka fluida akan bergerak dalam arah yang sesuai dengan arah gaya resultan.

Konsepnya pertama kali diformulasikan, dalam bentuk yang agak luas, oleh matematikawan dan filsuf Perancis, Blaise Pascal pada 1647 yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum ini mempunyai banyak aplikasi penting dalam hidrolika. Galileo Galilei, juga adalah bapak besar dalam hidrostatika.

Tekanan hidrostatik

Sevolume kecil fluida pada kedalaman tertentu dalam sebuah bejana akan memberikan tekanan ke atas untuk mengimbangi berat fluida yang ada di atasnya. Untuk suatu volume yang sangat kecil, tegangan adalah sama di segala arah, dan berat fluida yang ada di atas volume sangat kecil tersebut ekuivalen dengan tekanan yang dirumuskan sebagai berikut

P = ρ g h

dengan (dalam satuan SI),

P adalah tekanan hidrostatik (dalam pascal);

ρ adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik);

g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat);

h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter).

             Sekarang mari perhatikan gambar berikut, titik manakah yang mengalami tekanan hidostatik yang paling besar diantara  ketiga bejana ini?

            Tekanan di semua titik yang kita tinjau pada kedalaman yang sama akan mengalami tekanan hidrostatik yang sama. Hal ini disebabkan karena massa jenis fluida, kedalaman dan gravitasi yang bekerja di partikel titik ini semuanya seragam.

Gaya gradien tekanan dan gaya gravitasi

Gaya gradien tekanan dan gaya gravitasi memiliki peranan sebagai gaya yang mempengaruhi keadaan fluida statik.. Gradien tekanan dari berbagai arah yang bekerja pada partikel fluida adalah sama. Dalam keadaan demikian maka akan terjadi keseimbangan keadaan fluida yang dapat kita katakan dalam keadaan diam.

Untuk lebih memahami pernyataan tersebut mari kita lihat fenomena ini dari segi matematis yang bekerja pada partkiel titik fluida yang kita tinjau ini. Kita menggunakan ilustrasi kotak pada pertikel fluida titik agar lebih mudah dalam perhitungan gaya tekanan dari berbagai arah secara 3 dimensional. Kita membayangkan sumbu-x positif adalah garis imajiner yang menuju arah pembaca, sumbu-y positif adalah garis imajiner yang mengarah ke arah kanan, dan sumbu-z positif adalah garis yang menuju arah atas. Dan titik koordinat pusat P (x,y,z) adalah titik P di tengah kubus.