DINAMIKA FLUIDA
Dinamika Dinamik a fluid fluida a adalah adalah subdis subdisiplin iplin dar darii mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas gas.. Penyelsaian Penyelsaia n dari masalah dinamika dinamika fluida biasany biasanya a melibatkan perhitun perh itungan gan ban banyak yak propert propertii dar darii fluida, fluida, seperti kecepatan kecepatan,, tekanan tekanan,, kepadatan,, dan suhu kepadatan suhu,, sebagai sebagai fungsi ruang ruang dan waktu. waktu. Disiplini ini memiliki memi liki beb bebera erapa pa subd subdisipli isiplin n term termasuk asuk aerodinamika (penelitian gas) dan hidrodinamika (penelitian cairan cairan). ). Dinamika Dinamika fluida memliki aplikasi yang luas. Contohnya, Contohnya, ia digunakan digunakan dalam menghitung menghitung gaya dan moment pada pesawat pesawat,, mass flow rate dari petroleum dalam jalur pipa, dan perkiraan pola cuaca cuaca,, dan bahkan teknik lalu lintas, lintas, di di ma man na lalu lintas diperlakuka diperlakukan n sebagai fluid yang yang berkelan berkelanjutan. jutan. Dinamik Dinamika a fluida fluid a men menawa awarka rkan n struktur struktur mat matema ematika tika yan yang g membawa membawahi hi disiplin disiplin praktis tersebut yang juga seringkali seringkali memerlukan memerlukan hukum hukum empirik dan semi-empirik,, diturunk semi-empirik diturunkan an dari pengukuran arus, arus , untuk menyelesaikan masalah masa lah prak praktika tikal. l.
ST A TIKA FLUIDA 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
K arena
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. K arakteristik 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. K onsepnya 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 HIDROST A TIK 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 dengan (dalam satuan SI), P adalah tekanan hidrostatik (dalam pascal); adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik); g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat); h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter).
HUKUM A RCHIMEDES Hukum archimedes mengatakan bahwa ´Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannyaµ. Besarnya gaya ke atas menurut archimedes dirumuskan menjadi Fa = m (fluida).g ; dimana kita tahu bahwa massa jenis sama dengan massa dibagi volume. Otomatis, kita bisa menggantikan massa fluida di rumus tersebut menjadi massa jenis fuida dikali volume, sehingga Fa = p g v.
Berdasarkan Hukum A rchimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya yaitu gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut : 1. Tenggelam 2. Melayang 3. Terapung
MENGAPUNG, TENGGELAM, DAN MELAYANG Suatu benda mengapung, tenggelam, atau melayang hayna ditentukan oleh massa jenis rata ² rata benda dan massa jenis zat cair. Jika massa jenis rata ² rata benda lebih kecil daripada massa benda zat cair, benda mengapung di permukaan zat cair. Jika massa jenis rata ² rata benda lebih besar daripada massa jenis zat cair, benda tenggelam di dasar wadah zat cair. Jka massa jenis rata rata benda sama dengan massa jenis zat cair, benda melayang dalam zat cair diantara permukaan dan dasar wadah zat cair.
S YARA T
MENGAPUNG
Vb,
rata rata < Vf
w = Fa
KETERANG AN
pb = massa jenis benda pf = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya A pung
S YARA T TENGGELAM
Vb,
rata rata > Vf
w > Fa
KETERANG AN
pb = massa jenis benda pf = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya A pung
S YARA T
MELAYANG
w = Fa
KETERANG AN
pb = massa jenis benda pf = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya A pung
MENGAPA ADA BENDA YANG TENGGELAM,MELAYANG DAN MENGAPUNG DI AIR?
1. Benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan. 2. Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama. 3. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan.
BUNYI HUKUM A RCHIMEDES
Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan . "
"
Ciri-ciri umum dari aliran fluida :
FLUIDA DINAMIS Dalam
fluida dinamis, kita menganalisis fluida ketika fluida tersebut bergerak. A liran fluida secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran lurus alias laminar dan aliran turbulen. A liran lurus bisa kita sebut sebagai aliran mulus, karena setiap partikel fluida yang mengalir tidak saling berpotongan. Salah satu contoh aliran laminar adalah naiknya asap dari ujung rokok yang terbakar. Mula-mula asap naik secara teratur (mulus), beberapa saat kemudian asap sudah tidak bergerak secara teratur lagi tetapi berubah menjadi aliran turbulen. Aliran turbulen ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran kecil dan menyerupai pusaran dan kerap disebut sebagai arus eddy. Contoh lain dari aliran turbulen adalah pusaran air. A liran turbulen menyerap energi yang sangat besar.
CIRI-CIRI UMUM DARI ALIRAN FLUIDA :
A liran
fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady). aliran fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama. K atakanlah partikel fluida mengalir melewati titik A dengan kecepatan tertentu, lalu partikel fluida tersebut mengalir dengan kecepatan tertentu di titik B. K etika partikel fluida yang lain menyusul dari belakang melewati titik A , kecepatan alirannya sama dengan partikel fluida yang bergerak mendahului mereka. Hal ini terjadi apabila laju aliran fluida rendah alias partikel fluida tidak kebut-kebutan. Contohnya adalah air yang mengalir dengan te nang. Aliran tak tunak berlawanan dengan aliran tunak. Jadi kecepatan partikel fluida di suatu titik yang sama selalu berubah. K ecepatan partikel fluida yang lebih dulu berbeda dengan kecepatan partikel fluida yang berikutnya.
A liran
fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran taktermapatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termapatkan. Sebaliknya apabila jika fluida y ang mengalir tidak mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan. K ebanyakan zat cair yang mengalir bersifat tak-termampatkan.
A liran
fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolak (irrotational). Contohnya, sebuah kincir mainan yang dibuang ke dalam air yang mengalir. Jika kincir itu bergerak tapi tidak berputar, maka gerakannya adalah tak berolak. Sebaliknya jika bergerak sambil berputar maka gerakannya kita sebut berolak. Contoh lain adalah pusaran air. A liran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). K ekentalan dalam fluida itu mirip seperti ge sekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekan antara partikel fluida makin besar
SIFA T
FLUIDA IDE AL
Tidak
dapat ditekan (volume tetap karena tekanan)
Dapat
Mempunyai
K ecepatan
berpindah tanpa mengalami gesekan
aliran stasioner (garis alirnya tetap bagi setiap partikel) partikel-partikelnya sama pada penampang yang sama
HUKUM BERNOULLI
Persamaan yang telah dihasilkan oleh Bernoulli tersebut juga dapat disebut sebagai Hukum Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk menjelaskan gejala yang berhubungan dengan gerakan zat alir melalui suatu penampang pipa. Hukum tersebut diturunkan dari Hukum Newton dengan berpangkal tolak pada teorema kerjatenaga aliran zat cair dengan beberapa persyaratan antara lain aliran yang terjadi merupakan aliran steady(mantap, tunak), tak berolak (laminier, garis alir streamline), tidak kental dan tidak termampatkan. Persamaan dinyatakan dalam Hukum Bernoulli tersebut melibatkan hubungan berbagai besaran fisis dalam fluida, yakni kecepatan aliran yang memiliki satu garis arus, tinggi permukaan air yang mengalir, dan tekanannya. Bentuk hubungan yang dapat dijelaskan melalui besaran tersebut adalah besaran usaha tenaga pada zat cair.
PERS AMAAN BERNOULLI
Pada pembahasan mengenai Persamaan K ontinuitas, kita sudah belajar bahwa laju aliran fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip Bernoulli yang dijelaskan di atas, tekanan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung laju aliran fluida tersebut. Selain itu, dalam pembahasan mengenai Tekanan Pada Fluida (Fluida Statis), kita juga belajar bahwa tekanan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung pada ketinggian fluida tersebut. Hubungan penting antara tekanan, laju aliran dan ketinggian aliran bisa kita peroleh dalam persamaan Bernoulli. Persamaan bernoulli ini sangat penting karena bisa digunakan untuk menganalisis penerbangan pesawat, pembangkit listrik tenaga air, sistem perpipaan dan lain-lain. A gar persamaan Bernoulli yang akan kita turunkan berlaku secara umum, maka kita anggap fluida mengalir melalui tabung alir dengan luas penampang yang tidak sama dan ketinggiannya juga berbeda (lihat gambar di bawah). Untuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita terapkan teorema usaha dan energi pada fluida dalam daerah tabung alir (ingat kembali pembahasan mengenai usaha dan energi). Selanjutnya, kita akan memperhitungkan banyaknya fluida dan usaha yang dilakukan untuk memindahkan fluida tersebut
Warna buram dalam tabung alir pada gambar menunjukkan aliran fluida sedangkan warna putih menunjukkan tidak ada fluida. Fluida pada luas penampang 1 (bagian kiri) mengalir sejauh L1 dan memaksa fluida pada penampang 2 (bagian kanan) untuk berpindah sejauh L2. K arena luas penampang 2 di bagian kanan lebih kecil, maka laju aliran fluida pada bagian kanan tabung alir lebih besar (Ingat persamaan kontinuitas). Hal ini menyebabkan perbedaan tekanan antara penampang 2 (bagian kanan tabung alir) dan penampang 1 (bagian kiri tabung alir) ² Ingat prinsip Bernoulli.
