Fluida Dinamis

Pengertian 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). JENIS ALIRAN FLUIDA DINAMIS Ada beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang bergerak disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida. Aliran lurus atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama laindengan mulus. Pada aliran partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau selang. Aliran turbulen yaitu aliran yang ditandai dengan adamnya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai disungai-sungai dan selokan-selokan BESARAN DALAM FLUIDA DINAMIS Dimana : Q = debit aliran (m3/s) A = luas penampang (m2) V = laju aliran fluida (m/s) Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran Dimana : Q = debit aliran (m3/s) V = volume (m3) t = selang waktu (s) B . PERSAMAAN KONTINUITAS Persamaaan kontinuitas adalah persamaan yang menghubungkan kecepatan fluida dalam dari suatu tempat ke tempat lain. Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka: Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau : HUKUM BERNOULLI Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi : Keterangan : P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2) ρ = massa jenis cairan (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = ketinggian (m) PENERAPAN DALAM TEKNOLOGI Persamaan Kontinuitas 1). Slang penyemprotan Ujung slang ditekan yang berarti memperkecil penampang agar diperoleh laju aliran yang lebih besar. 2). Penyempitan Pembuluh darah Pada pembuluh darah yang mengalami penyempitan, laju aliran darah pada pembuluh yang menyempit akan lebih besar daripada laju aliran pada pembuluh normal. Hukum Bernoulli Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi : Dimana : p = tekanan air (Pa) v = kecepatan air (m/s) g = percepatan gravitasi h = ketinggian air Penerapan Hukum Bernoulli 1). Teorema Toricelli (laju effluk) Laju air yang menyembur dfari lubang sama dengan air yang jatuh bebas dari ketinggianh. Laju air yang menyembur dari lubang dinamakan laju effluk. Fenomena ini dinamakan dengan teorema Toricelli. Keterangan : A = luas kebocoran lubang (m/s) h = ketinggian (m) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2) 2). Venturimeter Venturimeter merupakan alat pengukur aliran suatu fluida dalam sebuah pipa. Venturimeter dengan manometer Laju fluida yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan berikut : Keterangan : V1 = laju fluida pada penampang besar (m/s) A1 = luas penampang besar (m2) A2 = luas penampang kecil (m2) = massa jenis fluida (kg/m3) = Massa jenis fluida dlm manometer h = selisih tinggi permukaan Hg (m) g = percepatan graavitasi (m/s2) Venturimeter tanpa manometer laju fluida yang mengalir dihitung dengan persamaan berikut : keterangan : A1 = laju fluida pada penampang besar (m/s) A2 = laju fluida pada penampang kecil (m/s) h = selisih tinggi permukaan Hg (m) g = percepatan graavitasi (m/s2) 3). Tabung pitot Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara. Alat ini dilengkapi dengan manometer raksa. Dengan mengetahui perbedaan ketinggian raksa pada kedua kaki manometer ,aliran gas sapat ditentukan kelajuannya. 4). Penyemprot Pada alat penyemprot alat nyamuk dan parfum, saat batang penghisap ditekan, udara akan mengalir dengan kecepatan tinggi dfan melewati dimulut pipa. Akibatnya ,tekanan diujung mulut pipa menjadi kecil. Perbedaan tekanan ini mengaklibatkan cairan didalam tangki naik dan dihamburkan dengan halus oleh aliran udara dari tabung pengisap. – Pesawat Terbang Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah. Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di bawah di kali dengan luas efektif pesawat. Keterangan : ρ = massa jenis udara (kg/m3) va= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s) vb= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s) F= Gaya angkat pesawat (N) E. CONTOH SOAL BESERTA PEMBAHASAN Pipa untuk menyalurkan air menempel pada sebuah dinding rumah seperti terlihat pada gambar berikut! Perbandingan luas penampang pipa besar dan pipa kecil adalah 4 : 1. Posisi pipa besar adalah 5 m diatas tanah dan pipa kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36 km/jam dengan 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 Diketahui : 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