Simulasi Tekanan Hidrostatik pada Objek

Mekanika Fluida Hidrostatika Simulasi Interaktif

Tekanan Hidrostatik pada Reservoir

Ubah bentuk penampang reservoir, tinggi muka air, massa jenis fluida, gravitasi, dan posisi sensor. Tekanan pada kedalaman sensor dihitung secara langsung.

KonsepP = rhogh

ModelPenampang 2-D

InteraksiDrag & Slider

Tekanan hidrostatik bertambah seiring kedalaman. Pada fluida diam dengan massa jenis seragam, tekanan ukur di suatu titik ditentukan oleh massa jenis fluida, gravitasi, dan jarak vertikal titik tersebut dari permukaan bebas - bukan oleh bentuk dasar reservoir.

1. Jalankan simulasi

Laboratorium Virtual Hidrostatika

Tarik titik hijau untuk mengubah bentuk reservoir dan sensor putih untuk mengubah kedalaman. Panel hasil ditempatkan di bawah gambar agar tetap nyaman dibaca di Blogger.

Fluida

Air tawar 20 C - 998 kg/m3 Air - 1.000 kg/m3 Air laut - 1.025 kg/m3 Minyak ringan - 850 kg/m3 Gliserin - 1.260 kg/m3 Merkuri - 13.546 kg/m3 Fluida kustom

Massa jenis, rho1.000 kg/m³

Muka air

Elevasi muka air17,0 m

Gravitasi, g9,81 m/s²

Tekanan

Tekanan atmosferkPa

Tampilkan tekanan absolut Tampilkan hasil dalam kPa

Tampilan

Tampilkan garis ukur Tampilkan gradien tekanan Tampilkan titik pengubah bentuk

Posisi garis jarak dasar118 px kanan

Perhitungan pada sensor

P_gauge = rho x g x h

= (1.000 kg/m³)(9,81 m/s²)(6,00 m)

P_gauge = 58,86 kPa

Kedalaman6,00 m

Tekanan absolut160,19 kPa

Lebar permukaan-

Luas penampang air-

Tarik berlian hijau untuk membentuk dasar reservoir. Tarik sensor putih untuk mengukur tekanan pada titik lain. Pegangan kuning memindahkan garis ukur jarak sensor ke dasar ke kiri atau kanan tanpa mengubah nilainya.

Hasil perhitungan saat ini

Kedalaman sensor6,00 m

Tekanan ukur58,86 kPa

Tekanan absolut160,19 kPa

Massa jenis fluida1.000 kg/m³

Elevasi sensor11,00 m

Jarak sensor ke dasar-

Lebar muka air-

Luas penampang air-

Volume per 1 m lebar-

Tekanan pada sensor ditentukan oleh kedalamannya dari permukaan bebas. Mengubah bentuk dasar tanpa mengubah kedalaman sensor tidak mengubah tekanan hidrostatik pada sensor tersebut.

2. Dasar teori tekanan hidrostatik

Pada fluida diam, perubahan tekanan terhadap arah vertikal mengikuti keseimbangan antara gaya tekanan dan berat fluida. Untuk massa jenis yang dianggap konstan, hasil integrasinya adalah:

P_gauge = rhoghrho = massa jenis fluida, g = percepatan gravitasi, dan h = kedalaman vertikal dari permukaan bebas.

Tekanan ukur

Tekanan ukur atau gauge pressure memakai tekanan atmosfer sebagai nilai nol. Pada permukaan bebas yang terbuka, tekanan ukurnya sama dengan nol.

P_gauge = rhogh

Tekanan absolut

Tekanan absolut dihitung dari kondisi vakum sempurna. Karena reservoir terbuka terhadap atmosfer, tekanan atmosfer perlu ditambahkan.

P_absolute = P_atm + rhogh

Prinsip penting: pada fluida diam yang homogen, dua titik dengan kedalaman vertikal yang sama memiliki tekanan hidrostatik yang sama, meskipun bentuk reservoir di sekitarnya berbeda.

3. Apa pengaruh bentuk reservoir?

Bentuk reservoir mengubah lebar permukaan, luas penampang, serta volume air. Namun, bentuk tersebut tidak masuk langsung ke dalam persamaan tekanan pada satu titik. Selama massa jenis, gravitasi, dan kedalaman sensor tetap sama, nilai tekanannya juga tetap sama.

Parameter yang diubah	Pengaruh terhadap tekanan sensor	Penjelasan
Kedalaman sensor bertambah	Tekanan meningkat	Kolom fluida di atas sensor menjadi lebih tinggi.
Massa jenis fluida meningkat	Tekanan meningkat	Fluida yang lebih rapat memberikan berat per satuan volume yang lebih besar.
Gravitasi meningkat	Tekanan meningkat	Berat fluida bertambah sebanding dengan gravitasi.
Dasar reservoir diubah	Tidak selalu berubah	Jika kedalaman sensor terhadap permukaan tetap, tekanannya tetap.
Tekanan atmosfer meningkat	Gauge tetap; absolut meningkat	Tekanan atmosfer hanya ditambahkan pada tekanan absolut.

4. Contoh perhitungan

Misalkan sensor berada 5,98 m di bawah permukaan air. Massa jenis air adalah 1.000 kg/m³ dan percepatan gravitasi digunakan 9,81 m/s².

Kedalaman

h = 5,98 m

Tekanan ukur

P = 1.000 x 9,81 x 5,98

Hasil

P = 58,66 kPa

Jika tekanan atmosfer sebesar 101,325 kPa, tekanan absolut pada sensor menjadi sekitar 159,99 kPa.

5. Asumsi dan keterbatasan

• Fluida dianggap diam, homogen, dan tidak termampatkan.
• Massa jenis dianggap konstan terhadap kedalaman.
• Permukaan bebas dianggap horizontal dan terbuka terhadap atmosfer.
• Simulasi menggunakan penampang dua dimensi; volume dihitung untuk lebar tegak lurus layar sebesar 1 m.
• Tekanan dinamis akibat arus, gelombang, dan pergerakan sensor tidak diperhitungkan.
• Skala gambar dibuat untuk pembelajaran, bukan survei geometri reservoir nyata.

Perhatikan: tekanan hidrostatik menggunakan kedalaman vertikal, bukan panjang lintasan miring dari permukaan menuju sensor.

6. Latihan interaktif

Atur massa jenis menjadi 1.025 kg/m³ untuk air laut, lalu letakkan sensor pada kedalaman 10 m. Sebelum melihat hasilnya, perkirakan tekanan ukurnya.

Lihat jawaban

P = rhogh = 1.025 x 9,81 x 10 = 100.552,5 Pa, atau sekitar 100,55 kPa.

Pertanyaan lanjutan

Ubah bentuk dasar reservoir tanpa memindahkan sensor atau muka air. Apakah tekanan pada sensor berubah? Dalam model hidrostatik ini, tidak berubah selama kedalaman vertikal sensor tetap sama.

Kesimpulan

Tekanan hidrostatik bertambah secara linear terhadap kedalaman. Bentuk reservoir menentukan geometri dan volume air, tetapi tekanan pada satu titik terutama ditentukan oleh rho, g, dan h.

Simulasi edukasi orisinal berbasis HTML5 - Dapat dijalankan langsung di Blogger