√ Fluida Dinamis – Blog Ilmu Pengetahuan

Suatu zat yg mempunyai kesanggupan mengalir dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yg mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang sebab gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas pula merupakan fluida yg interaksi antar partikelnya sungguh lemah sehingga diabaikan.

fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel & kita mampu menelaah sifatnya dgn memakai konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida dinamis contohnya pada semprotan wewangian. Berdasarkan uraian diatas, maka pada makalah ini akan dibahas tentang fluida dinamis.

Daftar Isi

Pengertian Fluida Dinamis

Fluida dinamis yakni fluida (bisa berupa zat cair, gas) yg bergerak. Untuk memudahkan dlm mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yg konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tak kental, tak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).Dalam kehidupan sehari-hari, berbagai hal yg berhubungan dgn fluida dinamis ini.

Ciri-Ciri Fluida Dinamis

Berikut ini terdapat beberapa ciri-ciri fluida dinamis, terdiri atas:

Alirannya tunak (steady), yakni kecepatan setiap partikel fluida pada satu titik tertentu yakni tetap, baik besar maupun arahnya. Aliran tunak terjadi pada fatwa yg pelan.

Alirannya tak rasional, artinya pada setiap titik partikel fluida tak memiliki momentum sudut terhadap titik tersebut. Alirannya mengikuti garis arus (streamline).

Tidak komprisibel (tidak termampatkan), artinya fluida tak mengalami perubahan volume (massa jenis) alasannya efek tekanan.

Tak kental, artinya tak mengalami tabrakan baik dgn lapisan fluida disekitarnya maupun dgn dinding daerah yg dilaluinya. Kekentalan pada fatwa fluida berhubungan dgn viskositas.

Jenis-Jenis Fluida Dinamis

Berikut ini terdapat beberapa macam-jenis fluida dinamis, terdiri atas:

Aliran lurus atau laminer, yakni pedoman fluida mulus. Lapisan-lapisan yg bersebelahan meluncur satu sama laindengan mulus. Pada pedoman partikel fluida mengikuti lintasan yg mulus & lintasan ini tak saling bersilangan. Aliran laminer ditemui pada air yg dialirkan melalui pipa atau selang.

Aliran turbulen, yaitu ajaran yg ditandai dgn adamnya bundar-bulat tak menentu & mirip pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai disungai-sungai & selokan-selokan.

Besaran-Besaran Fluida Dinamis

Berikut ini terdapat beberapa besaran-besaran fluida dinamis, terdiri atas:

Debit Aliran (Q)

Jumlah volume fluida yg mengalir persatuan waktu, atau:

Keterangan:

Q = debit ajaran (m³/s)

A = luas penampang (m²)

V = laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dlm debit aliran

Keterangan:

Q = debit pedoman (m³/s)

V = volume (m³)

t = selang waktu (s)

Persamaan Kontinuitas

Persamaaan kontinuitas adalah persamaan yg menghubungkan kecepatan fluida dlm dr suatu kawasan ke kawasan lain. Air yg mengalir di dlm pipa air dianggap mempunyai debit yg sama di sembarang titik.

Perhatikan fluida yg mengalir dlm sebuah pipa yg mempunyai ukuran penampang berlawanan.

Pipa terletak mendatar dgn ukuran simetris. Partikel fluida yg semula di A₁ sesudah Dt berada di A₂. Karena Dt kecil & alirannya stasioner maka banyaknya fluida yg mengalir di tiap daerah dlm waktu yg sama mesti sama pula.

Banyaknya fluida yg mengalir di A₁ sama dgn banyaknya fluida yg mengalir di A₂ karena mengikuti kekekalam massa.

massa di A₁= massa di A₂

r.A₁v₁ ∆t = r.A₂v₂ ∆t

A₁v₁= A₂v₂

Bagaimana dgn pipa yg mempunyai penampang berlainan & terletak pada ketinggian yg berlainan. Perhatikan tabung alir a-c di bawah ini. A₁ yakni penampang lintang tabung alir di a. A₂ = penampang lintang di c. v₁ = kecepatan alir fluida di a, v₂ = kecepatan alir fluida di c.

Air yg mengalir di dlm pipa air dianggap mempunyai debit yg sama di sembarang titik. Atau bila ditinjau 2 tempat, maka:

Debit aliran 1 = Debit ajaran 2

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli yakni hukum yg berlandaskan pada hukum kekekalan energi yg dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, & energi memiliki peluang per satuan volume memiliki nilai yg sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dlm persamaan menjadi :

Keterangan:

p = tekanan air (Pa)

v = kecepatan air (m/s)

g = percepatan gravitasi

h = ketinggian air

Dalam hal ini berlaku Hukum Bernoulli yg menyatakan bahwa jumlah dr tekanan (p), energi kinetik per satuan volum ( ½rv²) & energi potensial per satuan volum (rgh) mempunyai nilai yg sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

p₁ + ½ rv₁² + rgh₁= p₂ + ½ rv₂² + rgh₂

atau p + ½ r v² + r g h = Konstan

Persamaan tersebut diketahui sebagai hukum Bernoulli.

Dalam hal fluida tak bergerak (statis), v1 = v2 = 0, persamaan Bernoulli diturunkan menjadi :

p1 + ½ r 02 + r g h1 = p2 + ½ r 02 + r g h2

p1 – p2 = rg(h2- h1)

Dalam hal fluida mengalir dlm pipa mendatar (horisontal) di mana h1 = h2

p1 – p2 = r (v22- v12)

Penerapan Hukum Bernoulli

Pesawat Terbang

Gaya angkat pesawat terbang bukan alasannya mesin, namun pesawat bisa terbang alasannya adalah memanfaatkan hukum bernoulli yg membuat laju aliran udara sempurna di bawah sayap, alasannya laju anutan di atas lebih besar maka menimbulkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah. Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dr hasil selisih antara tekanan di atas & di bawah di kali dgn luas efektif pesawat.

Keterangan:

– ρ = massa jenis udara (kg/m³)

–  v_a= kecepatan anutan udara pada serpihan atas pesawat (m/s)

–  v_b= kecepatan pemikiran udara pada potongan bawah pesawat (m/s)

–  F= Gaya angkat pesawat (N)

Pembahasan gaya angkat pada sayap pesawat melayang dgn memakai persamaan Bernoulli dianggap bentuk sayap pesawat terbang sedemikian rupa sehingga garis arus pedoman udara yg melalui sayap adalah tetap (streamline).

Penampang sayap pesawat terbang mempunyai serpihan belakang yg lebih tajam & sisi belahan yg atas lebih melengkung dibandingkan dengan sisi belahan bawahnya. Bentuk ini menyebabkan kecepatan pemikiran udara di bagian atas lebih besar dibandingkan dengan di pecahan bawah (v₂ > v₁).

Dari persamaan Bernoulli kita dapatkan :

p₁ + ½ r.v₁² + r g h₁ = p₂+ ½ r.v₂² + r g h

Ketinggian kedua sayap mampu dianggap sama (h₁ = h₂), sehingga

r g h₁= r g h₂.

dan persamaan di atas mampu ditulis :

p₁ + ½ r.v₁² = p₂ + ½ r.v₂²

p₁ – p₂ = ½ r.v₂² – ½ r.v₁²

p₁ – p₂ = ½ r(v₂² – v₁²)

Dari persamaan di atas mampu dilihat bahwa v₂ > v₁ kita dapatkan p₁ > p₂ untuk luas penampang sayap F₁ = p₁ A & F₂ = p₂ A & kita dapatkan bahwa F₁ > F₂. Beda gaya pada serpihan bawah & pecahan atas (F₁ – F₂) menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang. Makara, gaya angkat pesawat terbang dirumuskan sebagai :

F₁ – F₂ = ½ r A(v₂²-v₁²)

Dengan r = massa jenis udara (kg/m³)

Penyemprot Parfum & Obat Nyamuk

Prinsip kerja yg dikerjakan dgn menciptakan laju yg lebih besar pada ujung atas selang botol sehingga menciptakan tekanan di atas lebih kecil ketimbang tekanan di bawah. Akibatnya cairan dlm wadah tersebut terdesak ke atas selang & lama kelamaan akan menyembur keluar.

Teorema Toricelli (laju effluk)

Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) & titik 2 (permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dr diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (v1 = 0). Permukaan wadah & permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama dgn tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini ialah :

Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa laju pedoman air pada lubang yg berjarak h dr permukaan wadah sama dgn laju pedoman air yg jatuh bebas sejauh h (bandingkan Gerak jatuh Bebas).

Efek Venturi

Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli pula bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni tatkala fluida mengalir dlm potongan pipa yg ketinggiannya nyaris sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini, amati gambar di bawah.

Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik cuilan pipa yg penampangnya besar maupun kepingan pipa yg penampangnya kecil, nyaris sama sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berkembang menjadi :

Ketika fluida melewati serpihan pipa yg penampangnya kecil (A2), maka laju fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, kalau kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Makara tekanan fluida di potongan pipa yg sempit lebih kecil tetapi laju pemikiran fluida lebih besar.

Ini diketahui dgn julukan efek Venturi & menujukkan dengan-cara kuantitatif bahwa bila laju pedoman fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, bila laju ajaran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar.

Contoh Soal Fluida Dinamis

Soal 1

Tangki air dgn lubang kebocoran diperlihatkan gambar berikut!

Jarak lubang ke tanah yakni 10 m & jarak lubang ke permukaan air yakni 3,2 m. Tentukan :

a) Kecepatan keluarnya air

b) Jarak mendatar terjauh yg dicapai air

c) Waktu yg dibutuhkan bocoran air untuk menjamah tanah

Pembahasan

a) Kecepatan keluarnya air

v = √(2gh)

v = √(2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yg diraih air

X = 2√(hH)

X = 2√(3,2 x 10) = 8√2 m

c) Waktu yg diperlukan bocoran air untuk menjamah tanah

t = √(2H/g)

t = √(2(10)/(10)) = √2 sekon

Soal 2

Pipa untuk menyalurkan air melekat pada sebuah dinding rumah seperti terlihat pada gambar berikut! Perbandingan luas penampang pipa besar & pipa kecil ialah 4 : 1.

Posisi pipa besar ialah 5 m diatas tanah & pipa kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan pedoman air pada pipa besar ialah 36 km/jam dgn tekanan 9,1 x 105 Pa. Tentukan :

a) Kecepatan air pada pipa kecil

b) Selisih tekanan pada kedua pipa

c) Tekanan pada pipa kecil

(ρair = 1000 kg/m3)

Pembahasan

Data :

h1 = 5 m

h2 = 1 m

v1 = 36 km/jam = 10 m/s

P1 = 9,1 x 105 Pa

A1 : A2 = 4 : 1

a) Kecepatan air pada pipa kecil

Persamaan Kontinuitas :

A1v1 = A2v2

(4)(10) = (1)(v2)

v2 = 40 m/s

b) Selisih tekanan pada kedua pipa

Dari Persamaan Bernoulli :

P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2

P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1)

P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5)

P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000

P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecil

P1 − P2 = 7,1 x 105

9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105

P2 = 2,0 x 105 Pa

−V12)

P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5)

P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000

P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecil

P1 − P2 = 7,1 x 105

9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105

P2 = 2,0 x 105 Pa

P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5)

P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000

P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecil

P1 − P2 = 7,1 x 105

9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105

P2 = 2,0 x 105 Pa

)2) + ρg(h2 − h1)

P1 − P2 = 1/2(1000)((40)2 − (10)2) + (1000)(10)(1 − 5)

P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000

P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecil

P1 − P2 = 7,1 x 105

9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105

P2 = 2,0 x 105 Pa

Soal 3

Ahmad mengisi ember yg mempunyai kapasitas 20 liter dgn air dr sebuah kran mirip gambar berikut!

Jika luas penampang kran dgn diameter D2 yaitu 2 cm2 & kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s pastikan:

a) Debit air

b) Waktu yg diharapkan untuk mengisi baskom

Pembahasan

Data :

A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2

v2 = 10 m/s

a) Debit air

Q = A2v2 = (2 x 10−4)(10)

Q = 2 x 10−3 m3/s

b) Waktu yg diharapkan untuk mengisi bejana

Data :

V = 20 liter = 20 x 10−3 m3

Q = 2 x 10−3 m3/s

t = V / Q

t = ( 20 x 10−3 m3)/(2 x 10−3 m3/s )

t = 10 sekon

Demikianlah pembahasan mengenai Fluida Dinamis – Pengertian, Ciri, Jenis, Besaran,
Rumus, Penerapan & Contoh Soal supaya dgn adanya ulasan tersebut mampu menambah wawasan & pengetahuan anda semua, terima kasih banyak atas kunjungannya. 🙂 🙂 🙂

Baca Juga Artikel Lainnya: