BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Mekanika
fluida adalah suatu ilmu yang memelajari perilaku fluida baik dalam keadaan
diam (static) maupun bergerak (dynamic) serta akibat interaksi dengan media
batasnya (zat padat atau fluida dengan γang lain) . Seperti kebanyakan
disipilin ilmu lainnya, mekanika fluida mempunyai sejarah panjang dalam
pencapaian hasil-hasil pokok hingga menuju ke era modern seperti sekarang ini.
Mekanika fluida berkembang sejalan dengan perjalanan perkembangan peradaban
manusia. Banyak aspek kehidupan manusia yang terkait dengan mekanika fluida,
seperti transportasi, industri, aerodinamik bangunan, mesin-mesin fluida, dan
kesehatan.
Ilmu mekanika fluida sudah terfikirkan sejak zaman pra
sejarah. Hal tersebut dibuktikan dengan adanya beberapa hal yang berkaitan
dengan permasalahan fluida. Seperti adanya kapal layar yang dilengkapi dengan
dayung dan system pengairan.
Suatu zat yang mempunyai
kemampuan mengalir dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang
mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang
karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang
interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan.
fluida dapat ditinjau sebagai sistem
partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika
partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir.
Jika kita mengamati fluida statis misalnya di air tempayan. Berdasarkan uraian
diatas, maka pada makalah ini akan dibahas mengenai fluida statis.
1.2 Tujuan
Tujuan dibuatnya makalah
ini adalah untuk membuat mahasiswa dapat lebih memahami segala hal mengenai
mekanika fluida, jenis-jenisnya, atau bahkan pengaplikasiannya dalam kehidupan
sehari-hari.
BAB 2
PEMBAHASAN
2.1 Sejarah Perkembangan Fluida
Ilmu mekanika fluida sudah terfikirkan
sejak zaman pra sejarah. Hal tersebut dibuktikan dengan adanya beberapa hal
yang berkaitan dengan permasalahan fluida. Seperti adanya kapal layar yang
dilengkapi dengan dayung dan system pengairan. Mekanika fluida adalah suatu
ilmu yang memelajari perilaku fluida baik dalam keadaan diam (static) maupun
bergerak (dynamic) serta akibat interaksi dengan media batasnya (zat padat atau
fluida dengan γang lain) . Seperti kebanyakan disipilin ilmu lainnya, mekanika
fluida mempunyai sejarah panjang dalam pencapaian hasil-hasil pokok hingga
menuju ke era modern seperti sekarang ini. Mekanika fluida berkembang sejalan
dengan perjalanan perkembangan peradaban manusia. Banyak aspek kehidupan manusia
yang terkait dengan mekanika fluida, seperti transportasi, industri,
aerodinamik bangunan, mesin-mesin fluida, dan kesehatan.
Adapun para nama-nama yang dapat kita sebut
diantaranya adalah.
Yang
pertama mempelajari hidrolika adalah Leonardo Da Vinci (pertengahan abad XV)
dengan karya tulisnya : On The Flow Of Water And River Structures. Setelah itu
ia melakukan observasi dan memperoleh pengalaman membangun instalasi hidrolika
di MILAN ( ITALIA ) dan juga di Florence dsb.
Berikutnya
muncul Galileo dengan studi sistematik mengenai dasardasar hidrostatika. Pada
1643 seorang murid Galileo bernama Torricelli memperkenalkan hukum tentang
aliran-bebas zat cair melewati lobang (celah).
Pada
1650 diperkenalkan hukum distribusi tekanan dalam zat cair yang dikenal dengan
hukum Pascal. Hukum tentang gesekan dalam fluida yang mengalir; yang sangat
terkenal sampai saat ini dirumuskan oleh Isaac Newton. Selain itu ia juga
dikenal sebagai penemu teori viskositas, dan pula dasar teori mengenai
similaritas hidrodinamik. Salah satu ilmu berharga dari Newton adalah Hukun
Newton Akan tetapi hukum -hukum tersebut sampai dengan pertengahan abad XVIII
statusnya masih ngambang karena tak ada ilmu yang betul-betul mendalam tentang
sifat fluida. Dasar teori mekanika fluida dan hidrolika kemudian menjadi baku
setelah Daniel Bernouli dan Leonhard Euler memperkenalkan ilmunya dalam abad
XVIII. Daniel Bernoulli seorang pakar kelahiran SWISS (1700 – 1780)
Pada
masa prasejarah, kebudayaan-kebudayaan kuno sudah memiliki pengetahuan yang
cukup untuk memecahkan persoalan-persoalan aliran tertentu. Sebagai contoh
perahu layar yang sudah dilengkapi dengan dayung dan sistem pengairan untuk
pertanian sudah dikenal pada masa itu. Pada abad ketiga sebelum Masehi,
Archimedes dan Hero dari Iskandariah, memperkenalkan hukum jajaran genjang
untuk penjumlahan vektor. Selanjutnya Archimedes (285-212 SM) merumuskan hukum
apung dan menerapkannya pada benda-benda terapung atau melayang, dan juga
memperkenalkan bentuk kalkulus differensial sebagai dasar dari model
analisisnya.
Sejak
awal Masehi sampai zaman Renaissance telah terjadi perbaikan dalam rancangan
sistem-sistem aliran seperti: kapal, saluran, dan talang air. Akan tetapi tidak
ada bukti-bukti adanya perbaikan yang mendasar dalam analisis alirannya.
Akhirnya kemudian Leonardo da Vinci (1452-1519) menjabarkan persamaan kekekalan
massa dalam aliran tunak satu-dimensi. Leonardo da Vinci adalah ahli ekspremen
yang ulung, dan catatancatatannya berisi deskripsi mengenai gelombang, jet atau
semburan, loncatan hidraulik, pembentukan pusaran dan rancangan-rancangan
seretan-rendah (bergaris-alir) serta seretan-tinggi (parasut). Galileo
(1564-1642) memperkenalkan beberapa hukum tentang ilmu mekanika. Seorang
Perancis Edme Moriotte (1642-1684) membangun terowongan angin yang pertama dan
menguji model-model di dalam eksperimenya.
Soal-soal
mengenai permasalahan momentum fluida akhirnya dapat dianalisis oleh Isaac
Newton (1642-1727) setelah memperkenalkan hukum-hukum gerak dan hukum
kekentalan untuk fluida linear yang sekarang dinamakan fluida Newton. Teori itu
mula-mula didasarkan pada asumsi fluida ideal (sempurna) dan tanpa gesekan dan
para ahli matematikawan abad kedelapan belas seperti: Daniel Bernoulli dan
Leonhard Euler (Swiss), Clairaut dan D’Alembert? (Perancis), Joseph-Louis?
Lagrange (1736-1813), Pierre-Simon? Laplace (1749-1827), dan Gerstner
(1756-1832), mengembangkan ilmu matematika untuk mekanika fluida
(Hidrodinamika) dan banyak menghasilkan penyelesaian-penyelesaian dari
soal-soal aliran tanpa gesekan. Sedangkan Euler mengembangkan persamaan gerak
diferensial dan bentuk integralnya yang sekarang disebut persamaan Bernoulli.
D’Alembert?.
memakai persamaan ini untuk menampilkan paradoksnya bahwa suatu benda yang
terbenam di dalam fluida tanpa gesekan mempunyai seretan nol, sedangkan
Gerstner memakai persamaan Bernoulli untuk menganalisis gelombang permukaan.
Para
ahli teknik mulai menolak teori yang sama sekali tidak realistik dan mulai
mengembangkan hidraulika yang bertumpu pada ekperimen. Ahli-ahli eksperimen
seperti Pitot, Chezy, Borda, Bossut, Coulomb (1736-1806), Weber (1804-1891),
Francis (1815-1892), Russel (1808-1882), Hagen (1797-1889), Frenchman
Poiseuille (1799-1869), Frenchman Darcy (1803-1858), Manning (1816-1897), Bazin
(1829-1917) dan Saxon Weisbach (18061871) banyak menghasilkan data tentang
beraneka ragam aliran seperti saluran terbuka, hambatan kapal, aliran melalui
pipa, gelombang, dan turbin.
Pada
akhir abad kesembilan belas hidraulika eksperimental dan hidrodinamika teoritis
mulai dipadukan. William Froude (1810-1879) dan putranya, Robert (1842-1924)
mengembangkan hukum-hukum pengujian model, Lord Rayleigh (1842-1919)
mengusulkan metode analisis dimensional, N.P. Petrov (1836-1920) yang
menyelidiki aplikasi teori Newton tentang gesekan dalam fluida ; sehingga
dianggap sebagai penemu teori Pelumas Mesin (lubrication), dan Osborne Reynolds
(1842-1912) memperkenalkan bilangan Reynolds takberdimensi yang diambil dari
namanya sendiri. Sementara itu, sejak Navier (1785-1836) dan Stokes (1819-1903)
menambahkan suku-suku kental newton pada persamaan gerak dan dikenal dengan
persamaan Navier-Stokes ? yang belum dapat digunakan untuk aliran sembarang.
Selanjutnya pada tahun 1904 setelah seorang insinyur Jerman Ludwig Prandtl
(1875-1953) menerbitkan makalah yang paling penting yang pernah ditulis orang
di bidang mekanika fluida yaitu bahwa aliran fluida yang kekentalannya rendah
seperti aliran air atau aliran udara dapat dipilah menjadi suatu lapisan kental
(lapisan batas) di dekat permukaan zat padat dan antar muka dan lapisan luar
yang hampir encer yang memenuhi persamaan Euler dan Bernoulli. Teori lapis
batas ternyata merupakan salah satu alat yang paling penting dalam
analisis-analisis aliran modern disamping teori yang dikembangkan oleh Theodore
von Karman (1881-1963) dan Sir Geofrey I. Taylor (1886-1975).
Perkembangan
ilmu mekanika fluida dewasa ini sangat dipercepat dengan perkembangan metode
pengukuran / instrumentasi yang dldukung dengan erkembangan komputer, baik
dalam hal perangkat keras maupun perangkat lunak (software). Selain ilu,
perkembangan metode komputasi flluida sangat membantu untuk menganalisa
hasil-hasil eksperimen di laboratorium. Metode komputasi ini bersifat sebagai
counter part dari hasil eksperimen. Berbagai studi eksperimen dan
numerik/komputasi fluida telah diusahakan untuk meningkatkan peran mekanika
fluida didalam peningkatan efisiensi energi. Usaha penurunan gaya drag akibat
sifat kentalnya fluida merupakan satu contoh konkrit dalam usaha peningkatan
unjuk kerja sebuah peralatan yang menggunakan fluida sebagai media kerja.
Didalam sistem pengajaran di perguruan tinggi, mekanika fluida diajarkan di
berbagal jurusan, terutama jurusan-jurusan yang terkait dengan ilmu pengetahuan
alam, khususnya ilmu keteknikan. Sebagai contoh, ilmu mekanika fluida selain
diajarkan di Jurusan Teknik Mesin juga diajarkan di Jurusan Teknik Fisika,
Teknik Sipil, Teknik Lingkungan, dan Teknik Kelautan
2.2 Definisi Fluida
Fluida
adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas
karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau
seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Susu,
minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat
dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu
tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat
gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin
merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida
merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap
hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya.
Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di
atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya.
Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh
manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
2.3 Jenis-jenis
Fluida
Fluida
dibagi menjadi 2, yaitu:
1. 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.
Cairan
yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu
tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah
kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar
bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan
dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada
cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh
akibat berat cairan dalam kolom tersebut.
2. Fluida dinamis
Fluida
dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk
memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai
kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami
perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami
putaran-putaran).
2.4 Karakteristik
Fluida
1. Massa Jenis
Pernahkah
Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi
lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena
segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi.
Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu
besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda
memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari
benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut
massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis
suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis
rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya.
Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih
rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah
(misalnya air).
2.
Tegangan Permukaan
Mari
kita amati sebatang jarum atau sebuah silet yang kita buat terapung di
permukaan air sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan. Tegangan
permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat
cair. Di bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya,
tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan
itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila
molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah
permukaan cairan.
Sebaliknya
jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum atau
silet, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya
ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum atau silet
tetap di permukaan air tanpa tenggelam.
Gaya
ke atas untuk menopang jarum atau silet agar tidak tenggelam merupakan
perkalian koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang
jarum disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.
Jadi
dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan adalah kecenderungan
permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh
suatu lapisan elastis.
3. Kapilaritas
Tegangan
permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada fenomena menarik, yaitu
kapilaritas. Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah,
yang dapat naik melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim
hujan dapat basah juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.
Untuk
membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil
(pipa kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi
air. Kita dapat menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain
hasilnya jika kita mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa.
Permukaan air raksa dalam tabung akan turun atau lebih rendah daripada
permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah yang disebut dengan gejala
kapilaritas.
Pada
kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala
kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan
zat cair yang berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air
pada dinding kaca yang berbentuk cekung disebut meniskus cekung, sedangkan
permukaan air raksa yang berbentuk cembung disebut meniskus cembung.
Penyebab
dari gejala kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik
menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang
satu dengan yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak
menolak.
sedangkan adhesi adalah gaya tarik
menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat
yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena molekulnya saling
tarik menarik atau merekat.
Pada
gejala kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara
partikel air dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya.
Sebaliknya, pada gejala kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca
lebih kecil daripada kohesi antar partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut
kontak antara air raksa dengan dinding kaca akan lebih besar daripada sudut
kontak air dengan dinding kaca.
Kenaikan
atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan
permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Berikut
ini beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan
sehari-hari:
a.
Naiknya minyak tanah melalui sumbu
kompor sehingga kompor bisa dinyalakan.
b.
Kain dan kertas isap dapat menghisap
cairan.
c.
Air dari akar dapat naik pada batang
pohon melalui pembuluh kayu.
Selain
keuntungan, kapilaritas dapat menimbulkan beberapa masalah berikut ini :
Air hujan merembes dari dinding
luar, sehingga dinding dalam juga basah.
Air dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata
menuju ke atas sehingga dinding rumah lembab.
4.
Viskositas
Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida
yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida),
viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan internal".
Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki
viskositas lebih rendah, sedangkan madu
yang "tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya,
semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari
fluida tersebut. Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk
mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida.
Seluruh
fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena
itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan
tegangan disebut fluide ideal.
5.
Tekanan Hidrostatis
Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan
adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi
luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan
sebagai berikut.
p=
F/ A
dengan:
F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).
Persamaan
diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas
permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas
bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas
bidang yang besar.
Tekanan
Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis
disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh
suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di
atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung
adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari
perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).
p=
F/A
Gaya
berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan
gravitasi Bumi, ditulis
p=
massa x gravitasi bumi / A
Oleh
karena m = ρ V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai
p
= ρVg / A
Volume
fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A)
dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan
di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi
p=
ρ(Ah) g / A = ρ h g
Jika
tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan
sebagai berikut :
Ph = ρ g h
|
ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).
Semakin
tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya,
semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis
akan semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya
berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa
lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan
Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun
untuk zat cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya
kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman
bertambah.
Prinsip
tekanan hidrostatis ini digunakan pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat
pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan gas, di antaranya
sebagai berikut.
a. Manometer Pipa
Terbuka
Manometer
pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat
ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat
tekanan sebesar p (dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung
lainnya berhubungan dengan tekanan atmosfir (p0).
b. Barometer
Barometer
raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika
dan Matematika dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara.
Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang
tinggi menandakan cuaca bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah menandakan
kemungkinan badai. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang
berjudul “A Unit of Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1
atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760
mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.
ρ
raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung atau
(13.600
kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2
Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105
N/m2
c. Pengukur Tekanan
Ban
Alat
ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa
silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada
pentil ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan
menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke
ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini telah
dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar
(atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
6. Rapat Jenis
Density atau rapat jenis
(ρ) suatu zat adalah ukuran
untuk konsentrasi zat tersebut
dan dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung
nisbah ( ratio ) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap
volume bagian tersebut. nilai density
dapat dipengaruhi oleh
temperatur semakin
tinggi temperatur maka
kerapatan suatu fluida semakin
berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul
– molekul fluida semakin berkurang.
BAB 3
KESIMPULAN
DAN SARAN
3.1 Kesimpulan
1. Mekanika fluida adalah suatu ilmu
yang memelajari perilaku fluida baik dalam keadaan diam (static) maupun
bergerak (dynamic) serta akibat interaksi dengan media batasnya (zat padat atau
fluida dengan γang lain) .
2.
Fluida adalah suatu bentuk materi yang
mudah mengalir misalnya zat cair dan gas. Sifat kemudahan mengalir dan
kemampuan untuk menyesuaikan dengan tempatnya berada merupakan aspek yang
membedakan fluida dengan zat benda tegar.
3.
Dalam kehidupan sehari-hari, dapat
ditemukan aplikasi Hukum Bernoulli yang sudah banyak diterapkan pada sarana dan
prasarana yang menunjang kehidupan manusia masa kini seperti untuk menentukan
gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang, penyemprot parfum, penyemprot
racun serangga dan lain sebagainya.
3.2 Saran
Adapun Saran penulis sehubungan
dengan bahasan makalah ini, kepada rekan-rekan mahasiswa agar lebih
meningkatkan, menggali dan mengkaji lebih dalam tentang bagaimana fluida statis
dan dinamis
DAFTAR
PUSTAKA
Dake, J, M, K.
1972. Hidrolika Teknik .
Erlangga : Jakarata.
Euler,Leonard. 1983. Mekanika
Fluida. Jakarta : Erlangga.
Haliday, D. 1996. Fisika 2. Jakarta
: Erlangga
Munson, B. R., Young D. F., dan
Okiishi, T, H,. 2009. “Mekanika Fluida
Jilid
1dan Jilid 2 Edisi Keempat. Erlangga : Jakarta
Triatmojo, Bambang. 1996.
“Hidraulika II”. Beta Offset : Yogyakarta
Soedradjat, S. 1983. Mekanika
Fluida dan Hidrolika. Bandung : Nova.
Streeter, VL., dan Wylie, EB. 1985.
Mekanika Fluida jilid 1. Erlangga. Jakarta.
Streeter,V. L., dan Wyle, E. B.
2002. “Mekanika Fluida Jilid 1 dan Jilid 2 Edisi
Kedelapan.
Erlangga : Jakarta
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Secara ideal, semua fluida adalah
kompressibel, sehingga densitas akan berubah terhadap tekanan, tetapi
dalam kondisi aliran steady dan apabila perubahan densitaas adalah kecil.
Maka pendeakatan yang mempermudah untuk menganalisa permasalahan ini adalah
sering menggunakan pendekataan fluida inkompressibel dan mempunyai densitas
konstan. Fluida gas adalah sangat mudah sangat mudah dikompres, kecuali apabila
perubahan tekanan dan densitas adalah sangat kecil. Sehingga sudah barang
tentu fluida gas akan lebih logis apabila dipakai pendekatan fluida dan alirang
kompressibel. Sekarang membicarakan tentang regim aliran. Karakter aliran dalam
fluida bisa dikenali dan dikelompokkan dalam dua bentuk aliran yakni aliran
Laminar dan aliran Turbular. Tabung gelas ditidurakan dalam reservoir air,
ujung satu tertutup didalam reservoir sedangkan ujung yang lain diluar tabung
gelas yang dihubungkan dengan katup. Tinta berwarna di Injeksikan dalam tabung
melalui ujung tertutup di dalam reservoar.
Dengan
mengatur perubahan permukaan kutub, maka akan terjadi perubahan aliran
air dalam tabung. Apabila pintu katup dibuka hanya dengan sedikit air yang
mengalir, maka yang terjadi adalah pergerakkan filament tinta pewarnna
akan lurus dengan tanpa terjadi pencampuran dengan air. Ketika kecepatan air
yang mengalir dalam pipadiperbesar dengan cara membuka katub lebih lebar, maka
akan terjadi derajat pencampuran membesar beserta berubahnya aliran yakni tidak
membentuk lintasan garis lurus dan membentuk gelombang. Apabila kecepatan
ditambah lagi maka bentuk gelomabang sebagai lintasan aliran akan semakin
tampak, tetapi dengan kecepatan yang lebih besar lagi akan memperlihatkan
derajat pencampuran yang lebih besar sehingga pola gelembung akan semakimn
tidak tampak dan pola aliran menjadi komplek.
Reynold membuat
kesimpulan bahwa dengan aliran yang kecepatannya relative rendah maka lintasan
aliran akan membentuk lintasan lurus dan membentuk lapisan datar atau laminar.
Sedangkan dengan kecepatan aliran yang relative besar akan menghasilkan aliran
yang tidak laminar melinkan komplek (lintasan gerak partikel individual adalah
komplek dan saling tidak teratur antara satu dengan yang lain), pada term ini
disebut juga aliran turbulen. sehingga cirri khas dari aliran turbbulen adalah
tidak adanya ketelaturan dalam lintasannya pada skala kecil.
kinematika adalah tinjauan gerak
partikel zat cair tanpa memperhatikan gaya yang menyebabkan gerak tersebut.
Kinematika mempelajari kecepatan di setiap titik dalam medan aliran pada setiap
saat. Di dalam aliran zat cair, pergerakan partikel-partikel zat tersebut sulit
diamati, oleh karena itu biasanya digunakan kecepatan pada suatu titik sebagai
fungsiwaktu untuk mendefinisikan pergerakan partikel. Setelah kecepatan
didapat, maka dapat diperoleh distribusi tekanan dan gaya yang bekerja pada zat
cair. Aliran fluida adalah suatu proses yang banyak ditemui pada bidang teknik,
lingkungan, dan kehidupan manusia. Proses ini memainkan peranan penting dalam
kehidupan, misalnya analisis pencemaran pada sungai oleh polutan. Untuk itu
dibutuhkan pengetahuan tentang aliran fluida secara kualitatif dan kuantitatif.
1.2 Tujuan
Tujuan dibuatnya makalah ini adalah
agar mahasiswa mengetahui bagian-bagian dari fluida, kinematika aliran fluida
dan macam-macam aliran fluida.
BAB 2
PEMBAHASAN
Fluida
secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran lurus alias
laminar dan aliran turbulen. Aliran lurus bisa 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 secar teratur (mulus), beberapa saat kemudian asap sudah
tidak bergerak secara teratur lagi tetapi berubah menjadi aliran turbulen.
Aliran turbulen ditandai dengan adanya lingkran-lingkaran kecil dan menyerupai
pusaran dan kerap disebut sebagai arus eddy. Contoh lain dari aliran turbulen
adalah pusaran air. Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran
tak tunak (non-steady). Maksudnya aliran fluida dikatakan aliran tunak jika
kecepatan setiap partikel di suatu titik sesalu sama. Katakanlah partikel
fluida dengan kecepatan tertentu di titik B. Ketika partikel fluida lainnya
yang nyusul dari belakang melewati titik A, kecepatan alirannya sama dengan
partikel fluida yang bergerak mendahului mereka. Hal ini terjadi apabila laju
aliran fluida rendah. Contohnya adalah aliran air yang mengalir dengan tenang.
Lalu bagaimanakah dengan aliran tak-tunak? aliran tak tunak berlawanan dengan
aliran tunak. Jadi kecepatan partikel fluida di suatu titik yang sama selalu berubah.
Kecepatan partikel fluida yang duluan berbeda dengan kecepatan partikel fluida
yang belakang.
- Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran tak-termapatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volume (atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan. Kebanyakan zat cari yang mengalir bersifat tak-termampatkan.
- Aliran fluidaa bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak bertolak (irrotational).
- Aliran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Kekentalan dalam fluida itu mirip seperti gesekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekan antara partikel fluida makin besar. Mengenai viskositas atau kekentalan akan kita kupas tuntas dalam pokok bahasan tersendiri.
2.1 Aliran Invisit dan Viskositas
Aliran
invisid adalah aliran dimana kekentalan zat cair, µ, dianggap nol(zat cair
ideal). Sebenarnya zat cair dengan kekentalan nol tidak ada di alam, tetapi
dengan anggapan tersebut akan sangat menyederhanakan permasalahan yang
sangatkompleks dalam hidraulika. Karena zat cair tidak mempunyai kekentalan
maka tidak terjadi tegangan geser antara partikel zat cair dan antara zat
cair dan bidang batas.Pada kondisi tertentu, anggapan µ=0 dapat diterima untuk
zat cair dengan kekentalan kecil seperti air. Aliran Invisid suatu fluida
diasumsikan mempunyai viskositas nol. Jika viskositas nol maka kondiuktivitas
thermal fluida tersebut juga nol dan tidak akan terjadi perpindahan kalor
kecuali dengan cara radiasi. Dalam prakteknya, fluida inviscid tidak ada,
karena pada setiap fluida timbul tegangan geser apabila padanya dikenakan juga
suatu laju perpindahan regangan.
Aliran
viskos adalah aliran di mana kekentalan diperhitungkan (zat cair riil).
Keadaan ini menyebabkan timbulnya tegangan geser antara patikel zat cair
yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Apabila zat cair riil mengalir
melalui bidang batas yang diam, zat cair yang berhubungan langsung dengan
bidang batas tersebutakan mempunyai kecepatan nol (diam). Kecepatan zat cair
akan bertambah sesuaidengan jarak dari bidang tersebut. Apabila medan aliran
sangat dalam/lebar, di luar suatu jarak tertentu dari bidang batas, aliran
tidak lagi dipengaruhi oleh hambatan bidang batas. Pada daerah tersebut
kecepatan aliran hampir seragam. Bagian aliranyang berada dekat dengan bidang
batas, di mana terjadi perubahan kecepatan yang besar dikenal dengan lapis
batas (boundary layer ). Di daerah lapis batas ini tegangangeser terbentuk
di antara lapis-lapis zat cair yang bergerak denga kecepatan berbedakarena
adanya kekentalan zat cair dan turbulensi yang menyebabkan partikel zat
cair bergerak dari lapis yang satu ke lapis lainnya. Di luar lapis
batas tersebut pengaruhtegangan geser yang terjadi karena adanya bidang batas
dapat diabaikan dan zat cair dapat dianggap sebagai zat cair ideal.
2.2 Aliran Kompresibel dan Tak
Kompresibel
Semua
fluida (termasuk zat cair) adalah kompresibel sehingga rapat massanya berubah
dengan perubahan tekanan. Pada aliran mantap dengan perbuhan rapat massa kecil,
sering dilakukan penyederhanaan dengan menganggap bahwa zat cair adalah tak
kompresibel dan rapat massa adalah konstan. Oleh karena zat cair mempunyai
kemampatan yang sangat kecil, maka dalam analisis mantap sering dilakukan
anggapan zat cair tak kompresibel. Tetapi pada aliran tak mantap sering
dilakukan melalui pipa di mana bisa terjadi perubahan tekanan yang sangat
besar, maka kompresibilitas zat cair harus diperhitungkan.
Bila
kerapatan massa fluida berubah terhadap perubahan tekanan fluida maka dikatakan
aliran bersifat kompresibel. Sedang bila praktis tak berubah terhadap perubahan
tekanan yang ada dalam sistem, maka aliran itu dikatakan bersifat tak
kompresibel. Zat cair umumnya dapat dianggap mengalir secara tak kompresibel
sedang gas secara umum dipandang mengalir secara kompresibel.Walaupu
kasus-kasus tertentu mungkin aliran gas dapat pula dipandang sebagai tak
kompresibel, yaitu bila perubahan kerapatan massa dalam sistem yang ditinjau
praktis dapat diabaikan.
2.3 Aliran Laminer dan Turbulen
Aliran fluida mengikuti bentuknya, sewaktu mengalir
aliran fluida membentuk suatu jenis / bentuk. Jenis dan bentuk dari pergerakan
fluida adalah :
1. Aliran Laminar
Aliran laminar adalah aliran fluida yang membentuk menyerupai garis lurus. Aliran laminer terjadi apabila
partikel-partikel zat cair bergerak teratur dengan membentuk garis
lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan. Aliran laminer terjadi apabila
kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil dan zat cair mempunyai
kekentalan besar.
2. Aliran Turbulen
Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang tidak membentuk
suatu garis lurus. Aliran ini terbentuk ketika menemui hambatan. Aliran dimana pergerakan dari
partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran
serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum
dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam
keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan
geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian
aliran.
Pada
aliran turbulen , partikel-partikel zat cair bergerak tidak teratur dan garis
lintasannya saling berpotongan. Aliran turbulen terjadi apabila kecepatan
aliran besar, saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan kecil.
Aliran di sungai, saluran irigasi/drainasi, dan di laut adalah contor dari aliran
turbulen. Aliran yang angka Reynold (Re)-nya besar pada umumnya
bersifat turbulen.
Transisi dari
Aliran Laminar ke Turbulen
Penyebab suatu aliran laminar berubah menjadi aliran
turbulen adalah ketika stabilitas pada aliran laminar mengalami sedikit gangguan
(gaya) yang diberikan sehingga aliran tersebut menjadi tidak stabil. Untuk
menjelaskan fenomena tersebut terdapat teori hydrodynamic instability yang
digunakan untuk menganalisis aliran transisi ini. Suatu aliran dengan kecepatan
tertentu, didalamnya terdapat titik perubahan dapat terlihat pada Gambar 2(a).
Aliran ini tidak stabil karana gangguan yang diberikan dan jika dihitung
Reynolds angkanya cukup besar. Ketidakstabilan ini dapat diidentifikasi pertama
tentang aliran yang invicid oleh sebab itu tipe aliran seperti ini disebut
aliran inviscid instability.tipe aliran seperti ini terjadi pada aliran jet,
baling-baling, dan lapisan batas antara dua plat sejajar dengan gradien
temperatur yang berlawanan. Aliran dengan kecepatan yang laminar tanpa adanya
point of inflexion disebut viscous instability. Pendekatan tentang aliran tipe
ini dapat didekati dengan beberapa aliran seperti aliran disepanjang dinding
yang solid seperti pipa, dan lapisan batas tanpa adanya gradien tekanan balik.
2.4 Aliran Mantap dan Tak Mantap
Aliran
mantap (steady flow) terjadi jika variabel dari aliran (seperti kecepatanV,
tekanan p, rapat massa r, tampang aliranA, debit Q, dsb) disembarang titik pada
zat cair tidak berubah dengan waktu.
Aliran
tak mantap (unsteady flow) terjadi jika variabel aliran pada setiap titik
berubah dengan waktu. Contoh aliran tak mantap adalah perubahan debit di dalam
pipa atausaluran, aliran banjir di sungai, aliran di estuari (muara sungai)
yang dipengaruhi pasang surut. Analisis dari aliran ini adalah sangat
kompleks, biasanya penyelesainnya dilakukan secara numerik dengan
menggunakan komputer.
2.5 Aliran Seragam dan Tak Seragam
Aliran disebut seragam (uniform
flow) apabila tidak ada perubahan besar dan arah dari kecepatan dari satu titik
ke titik yang lain di sepanjang aliran. Demikian juga dengan
variabel-variabel lainnya seperti tekanan, rapat massa, kedalaman, debit, dsb.
Aliran di saluran panjang dengan debit dan penampang tetap adalah contoh dari
aliran seragam. Aliran seragam merupakan aliran yang tidak
berubah berubah menurut menurut tempat tempat. Konsep Konsep aliran
seragam dan aliran kritis sangat diperlukan dalam peninjauan aliran berubah
dengan cepat atau berubah lambat laun. Perhitungan kedalaman kritis dan
kedalaman normal sangat penting untuk menentukan
perubahan permukaan aliran akibat gangguan pada aliran.
Aliran tak seragam (non uniform
flow) terjadi jika semua variabel aliran berubah dengan jarak. Contoh dari
aliran tak seragam adalah aliran di sungai atau di saluran di daerah dekat
terjunan atau bendung.
2.6 Aliran 1D, 2D, 3D
Dalam
aliran satu dimensi (1-D), kecepatan di setiap titik pada tampang lintang
mempunyai besar dan arah yang sama. Sebenarnya jenis aliran semacam ini sangat
jarang terjadi. Tetapi dalam analisa hidraulika, aliran tiga dimensi dapat
disederhanakan menjadi satu dimensi berdasarkan beberapa anggapan, misalnya
mengabaikan perubahan kecepatan vertikal dan melintang terhadap kecepatan pada
arah memanjang. Keadaan pada tampang lintang adalah nilai rerata dari
kecepatan, rapat massa, dan sifat-sifat lainnya. Aliran satu dimensi jika
parameter aliran (seperti kecepatan, tekanan, kedalaman, dll) pada suatu saat
tertentu dalam waktu hanya bervariasi dalam arah aliran dan tidak di seluruh
penampang. Flow mungkin goyah, dalam hal ini parameter berbeda dalam waktu tetapi
masih belum di seluruh penampang. Contoh aliran satu dimensi adalah aliran
dalam pipa .
Dalam
aliran dua dimensi (2-D), semua partikel dianggap mengalir dalam bidang
sepanjang aliran, sehingga tidak ada aliran tegak lurus pada bidang tersebut.
Untuk aliran di saluran yang sangat lebar, misalnya di pantai, maka anggapan
aliran dua dimensi mendatar adalah lebih sesuai. Aliran dua dimensi jika dapat
diasumsikan bahwa parameter aliran bervariasi dalam arah aliran dan dalam satu
arah di sudut kanan ke arah ini. Arus dalam aliran dua dimensi melengkung garis
pada pesawat dan adalah sama pada semua pesawat paralel. Contohnya adalah
aliran atas musuh bendung arus yang khas.
Aliran tiga dimensi (3D) komponen kecepatan ditinjau pada
koordinat ruang X,Y,Z yaitu u,v,w.
2.7 Aliran Kritis, Subkritis, dan
Superkritis
Aliran
kritis merupakan kondisi aliran yang dipakai sebagai pegangandalam menentukan
dimesi bangunan ukur debit. Pada kondisi tersebut, yang disebutsebagai keadaan
aliran modular bilamana suatu kondisi debutnya maksimum danenergi spesifiknya
adalam minimum.
Aliran
subkritis dan aliran superkritis dapat diketahui melalui nilai bilangan
Froude (F) . Bilangan Froude tersebut membedakan jenis aliran menjaditiga jenis
yakni: Aliran kritis, Subkritis dan superkritis (Queensland Department
of Natural Resources and Mines, 2004). Ketiga jenis aliran dapat
dijelaskan sebagai berikut:
a) Aliran kritis, jika bilangan
Froude sama dengan 1 (Fr = 1) dan gangguan permukaan (cth: riak yang
terjadi jika sebuah batu di lempar ke dalam sungai)tidak akan bergerak/menyebar
melawan arah arus.
b) Aliran subkritis, jika bilangan
Froude lebih kecil dari 1 (Fr<1). Untuk aliransubkritis, kedalaman biasanya
lebih besar dan kecepatan aliran rendah (semua riak yang timbul dapat
bergerak melawan arus). Kecepatan air < kecepatangelombang hulu aliran
dipengaruhi pengendali hilir.
c) Aliran superkritis, Jika bilangan
Froude lebih besar dari 1 (Fr>1). Untuk aliransuperkritis kedalaman relatife
lebih kecil dan kecepatan relative tinggi (segala riak yang ditimbulkan
dari suatu gangguan adalah mengikuti arah arus. Kecepatan air >
kecepatan gelombanghulu aliran tidak dipengaruhi pengendali hilir.
Contoh
penerapan aliran kritis, subkritis dan superkritis yaitu Aliran Melalui Pintu
Sorong / Gerak. Kondisi aliran melalui pintu sorong (Sluice gate) akan tampak
jelas apakah dalam kondisi aliran bebas atau tenggelam, tergantung dari
kedalaman air di hilir pintu yang secara bergantian ditentukan oleh kondisi
aliran dihilir pintu tersebut. Kondisi aliran bebas ( free flow) dicapai
bila aliran di hulu pintu adalah sub kritis, sedangkan aliran di hilir pintu
adalah super kirtis.
Prinsip
bernoulli penyetakan bahwa dimana kecepatan aliran fluida tinggi,
Ketika sepeda motor bergerak dengan cepat, maka kecepatan udara dari bagian depan dan samping tubuh kita tinggi. Dengan demikian, tekanan udara menjadi rendah. bagian belakang tubuh kita terhalangi bagian depan tubuh kita, sehingga kecepatan udara dari belakang tubuhmu tidak berubah menjadi tinggi (tetap di bagian belakang tubuhmu). Akibatnya tekanan udara, dimana tepat di bagian belakang tubuh tekanan undara lebih besar maka udara mendorong baju kita ke belakang sehingga baju kita kembung. Bagaimana dengan daun pintu rumah yang menutu sendiri ketika angin bertiup kencang di luar rumah? udara yang ada di luar rumah bergerak lebih cepat daripada udara yang ada di dalam rumah. Akibatnya, tekanan udara di luar rumah labih kecil dari tekanan udara dalam rumah. Karena ada perbedaan tekanan, dimana tekanan udara di dalam rumah lebih besar, makan pintu didorong keluar. Dengan kata lain, daun pintu bergerak dari tempat yang tekanan udaranya besar menuju tempat yang sebenarnya. Sebelumnya kita telat belajar mengenai prinsip Bernoulli. Nah, Om bernoulli juga mengembangkan prinsipnya itu secara kuantitatif. Untuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita anggap aliran fluida tunak & laminar, tak-termampatkan alias tidak ditekan, viskositas alias kekentalannya juga kecil sehingga bisa diabaikan.
Pada pembahasan mengenai Persamaan Kontinuitas, kita sudah belajar bahwa laju alaira fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip Bernoulli yang dijelaskan di atas tekan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung laju aliran fluida tersebut. Selain itu, dalam pembahasan mengenai tekan 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, sisteperpipaan.
Aliran persamaan Bernoulli yang akan kita turunkan berlaku secara umum, maka kita anggap fluida mengalir elalui 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 air (ingat kembali pembahasan usaha dan energi). Selanjutnya, kita akan memperhitungkan banyaknya fluida dan usaha yang dilakukan untuk memindahkan fluida tersebut.
Ketika sepeda motor bergerak dengan cepat, maka kecepatan udara dari bagian depan dan samping tubuh kita tinggi. Dengan demikian, tekanan udara menjadi rendah. bagian belakang tubuh kita terhalangi bagian depan tubuh kita, sehingga kecepatan udara dari belakang tubuhmu tidak berubah menjadi tinggi (tetap di bagian belakang tubuhmu). Akibatnya tekanan udara, dimana tepat di bagian belakang tubuh tekanan undara lebih besar maka udara mendorong baju kita ke belakang sehingga baju kita kembung. Bagaimana dengan daun pintu rumah yang menutu sendiri ketika angin bertiup kencang di luar rumah? udara yang ada di luar rumah bergerak lebih cepat daripada udara yang ada di dalam rumah. Akibatnya, tekanan udara di luar rumah labih kecil dari tekanan udara dalam rumah. Karena ada perbedaan tekanan, dimana tekanan udara di dalam rumah lebih besar, makan pintu didorong keluar. Dengan kata lain, daun pintu bergerak dari tempat yang tekanan udaranya besar menuju tempat yang sebenarnya. Sebelumnya kita telat belajar mengenai prinsip Bernoulli. Nah, Om bernoulli juga mengembangkan prinsipnya itu secara kuantitatif. Untuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita anggap aliran fluida tunak & laminar, tak-termampatkan alias tidak ditekan, viskositas alias kekentalannya juga kecil sehingga bisa diabaikan.
Pada pembahasan mengenai Persamaan Kontinuitas, kita sudah belajar bahwa laju alaira fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip Bernoulli yang dijelaskan di atas tekan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung laju aliran fluida tersebut. Selain itu, dalam pembahasan mengenai tekan 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, sisteperpipaan.
Aliran persamaan Bernoulli yang akan kita turunkan berlaku secara umum, maka kita anggap fluida mengalir elalui 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 air (ingat kembali pembahasan usaha dan energi). Selanjutnya, kita akan memperhitungkan banyaknya fluida dan usaha yang dilakukan untuk memindahkan fluida tersebut.
BAB 3
KESIMPULAN
DAN SARAN
3.1 Kesimpulan
1.
Fluida
secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran lurus alias
laminar dan aliran turbulen. Aliran lurus bisa 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.
2.
Aliran
viskos adalah aliran di mana kekentalan diperhitungkan (zat cair riil).
Keadaan ini menyebabkan timbulnya tegangan geser antara patikel zat cair
yang bergerak dengan kecepatan berbeda.
- Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran tak-termapatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volume (atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan. Kebanyakan zat cari yang mengalir bersifat tak-termampatkan.
4.
Aliran persamaan Bernoulli yang akan
kita turunkan berlaku secara umum, maka kita anggap fluida mengalir elalui
tabung alir dengan luas penampang yang tidak sama dan ketinggiannya juga
berbeda
3.2 Saran
Adapun Saran penulis sehubungan
dengan bahasan makalah ini, kepada rekan-rekan mahasiswa agar lebih
meningkatkan, menggali dan mengkaji lebih dalam tentang bagaimana kinematika
aliran fluida.
DAFTAR PUSTAKA
Gibbs, K. 1990. Advanced
Physics. New York: Cambridge Press
Martin Kanginan. 2000. Fisika
Dasar. Jakarta: Erlangga
Ishaq Mohammad. 2007. Fisika
Dasar Edisi 2. Yogyakarta: Graha Ilmu
Tranggono Agus.2005.Sains
Fisika 2B Untuk SMA Kelas 2. Jakarta. Bumi Aksara
Tipler.P.A.1998. Fisika
Untuk Sains dan Teknik Jilid. Jakarta : Erlangga
0 komentar on "laporan mekanika fluida"
Posting Komentar