Fluida Dinamis – Media Masyarakat

Fluida dinamis merupakan fluida yg dianggap:

Tidak kompresibel, jika diberi tekanan maka volumenya tak berganti

Tidak mengalami gesekan, Pada ketika mengalir, gesekan fluida degan dinding dapat diabaikan.

alirannya stasioner, tiap paket fluida memiliki arah pemikiran tertentu & tak terjadi turbulensi (pusaran-pusaran).

alirannya tunak (steady), ajaran fluida memiliki kecepatan yg konstan kepada waktu.

Lihat pula bahan Wargamasyarakat.org yang lain:

Medan Magnet

Kapasitor

Daftar Isi

Jenis Aliran Fluida

Jenis aliran fluida dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

Aliran laminer, yakni ajaran dimana paket fluida meluncur bersama-sama dgn paket fluida di sebelahnya, setiap jalur paket fluida tak berseberangan dgn jalur yang lain. Aliran laminer adalah fatwa ideal & terjadi pada ajaran fluida dgn kecepatan rendah.

Aliran turbulen, yaitu pemikiran dimana paket fluida tak meluncur berbarengan dgn paket fluida di sebelahnya, setiap jalur paket fluida dapat bersebrangan dgn jalur yang lain. Aliran turbulen ditandai dgn adanya pusaran-pusaran air (vortex atau turbulen) & terjadi kalau kecepatan alirannya tinggi.

jenis aliran fluida dinamis

Komponen-komponen dlm Fluida Dinamis

Debit (Q)

Debit adalah jumlah volume fluida yg mengalir persatuan waktu (biasanya per detik). Besar debit pedoman fluida dapat dicari dgn menggunakan satu dr dua formula ini:

$Q = \frac V T$

$Q = Av$

dimana:

Q adalah debit ajaran fluida (m³/s)

V adalah volume fluida (m³)

t yakni selang waktu (s)

A yaitu luasan penampang ajaran (m²)

v yaitu kecepatan aliran fluida (m/s)

Persamaan Kontinuitas

Karena fluida tak bisa dimampatkan (inkompresibel), maka ajaran fluida di sembarang titik sama. Jika ditinjau dr dua daerah, maka debit fatwa 1 sama dgn debit anutan 2.

Hukum Bernoulli

persamaan kontinuitas

Hukum Bernoulli merupakan hukum yg berlandaskan kekekalan energi per unit volume pada fatwa fluida. Hukum ini menyatakan bahwa fluida pada keadaan tunak, ideal, & inkompresibel; jumlah tekanan, energi kinetik, & energi potensialnya mempunyai nilai yg sama di sepanjang pemikiran. Jika ditinjau dr dua daerah, maka aturan Bernoulli dapat dinyatakan dengan:

$Em_1 = Em_2$

$P_1 + Ek_1 + Ep_1 = P_2 + Ek_2 + Ep_2$

$P_1 + \frac 1 2 \rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac 1 2 \rho v_2^2 + \rho g h_2$

dimana:

P yaitu tekanan (Pa)

$\rho$ adalah massa jenis fluida (kg/m³)

g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

h yaitu ketinggian air (m)

v ialah kecepatan aliran fluida (m/s)

Karena fluida disini merupakan fluida inkompresibel, maka massa jenisnya tak berganti, sehingga persamaannya mampu disederhanakan menjadi:

$\frac P_1 \rho + \frac 1 2 v_1^2 + gh_1 = \frac P_2 \rho + \frac 1 2 v_2^2 + gh_2$

$\frac P_1 - P_2 \rho = \frac 1 2 (v_2^2 - v_1^2) + g(h_2 - h_1)$

Penerapan Hukum Bernoulli

Berikut ini merupakan fenomena yg terjadi maupun alat-alat yg menggunakan prinsip/hukum Bernoulli.

Teorema Toricelli

penerapan hukum bernoulli

Fenomena air yg memancar keluar dr lubang penyimpanan/tangki air dinamakan dgn teorema Toricelli. Besar energi kinetik air yg menyembur keluar dr lubang tangki air sama dgn besar energi potensialnya. Dengan begitu, kecepatan air pada lubang penyemburan sama dgn air yg jatuh bebas dr batas ketinggian air. Sehingga semakin besar perbedaan ketinggian lubang dgn batas ketinggian air, maka akan kian cepat semburan airnya. Berdasarkan gambar diatas, mampu diformulasikan kecepatan air pada lubang tangki air sebesar:

$\frac 1 2 \rho v^2 = \rho g h$

$v^2 = 2 g h$

$v = \sqrt 2gh$

Venturimeter

Sebuah alat yg berfungsi untuk mengukur debit aliran fluida dinamis yg mengalir di pipa dgn mengandalkan hukum bernoulli. Venturimeter berbentuk mirip pipa dimana bagian tengahnya menyempit kemudian kemudian melebar kembali.

Tabung pitot

Sebuah alat yg berfungsi untuk mengukur kelajuan pedoman fluida dinamis dgn cara mengukur perbedaan tekanan pemikiran dgn dengan tekanan statisnya.

Penyemprot

Seperti pada penyemprot obat nyamuk ataupun parfum, ketika lubang kecil diberikan tekanan, maka akan mengalir udara dgn kecepatan tinggi di atas lubang tersebut sehingga tekanannya akan lebih rendah dr tekanan di dlm botol. Dengan demikian, fluida di dlm botol akan terhisap keluar & ikut berhembus dgn pemikiran udara berkecepatan tinggi tersebut.

Sayap pesawat terbang (Gaya Angkat Pesawat)

Pesawat dapat mengudara alasannya gaya angkat yg dihasilkan sayap ketika pesawat tersebut melaju. Saat pesawat melaju, pedoman fluida (udara) akan melewati sayap pesawat; fatwa udara yg melalui sayap kepingan atas melintas lebih jauh dibanding pedoman udara yg melewati sayap bagian bawah; perbedaan kecepatan ini mengakibatkan perbedaan tekanan dimana tekanan di sayap serpihan atas akan lebih rendah dibanding tekanan pada sayap penggalan bawah. Oleh karena sayap mendapatkan tekanan dr bawah, maka sayap terdorong keatas (gaya angkat) yg pula ikut mendorong pesawat ke atas sehingga pesawat mampu mengudara.

gaya angkat pesawat

Dengan memakai aturan Bernoulli untuk sayap pesawat dibagian atas & sayap pesawat di belahan bawah dimana tak terdapat perbedaan ketinggian sehingga energi potensialnya sama-sama nol, didapat:

$P_1 + \frac 1 2 \rho v_1^2 = P_2 + \frac 1 2 \rho v_2^2$

$P_1 - P_2 = \frac 1 2 \rho (v_2^2 - v_1^2)$

$F_ angkat = F_1 - F_2 = \frac 1 2 \rho (v_2^2 - v_1^2)A$

dimana:

$F_ angkat = F_1 - F_2$ adalah gaya angkat pesawat (N)

$\rho$ yakni massa jenis udara (kg/m³)

A ialah luasan sayap pesawat (m²)

v₁ adalah kecepatan anutan udara pada penggalan atas sayap (m/s)

v₂ yaitu kecepatan anutan udara pada potongan bawah sayap (m/s)

Contoh Soal Fluida Dinamis

Contoh Soal 1

contoh soal fluida dinamis & pembahasan

Pada gambar diatas dikenali kecepatan fluida pada penampang besar 5 m/s. Berapa kecepatan fatwa fluida pada penampang kecil kalau diameter penampang besar dua kali dr diameter penampang kecil?

Pembahasan:

Dengan menggunakan persamaan kontinuitas didapat:

$Q_1 = Q_2$

$v_1 A_1 = v_2 A_2$

$v_2 = \frac v_1 A_1 A_2 = \frac (5 m/s)A_1 0,5 A_1$

$v_2 = 10 m/s$

Contoh Soal 2

Sebuah pesawat dgn total luasan sayap sebesar 80 melaju dgn kecepatan 250 m/s. Jika kecepatan anutan udara pada penggalan bawah pesawat sebesar 210 m/s, pastikan berapa besar maksimal berat total pesawat yg diperbolehkan semoga pesawat dapat mengudara. ( $\rho_ udara = 1,2 kg/m^3$ ).