Fluida Dinamis -

Fluida dinamis merupakan fluida yg dianggap:

Tidak kompresibel, kalau diberi tekanan maka volumenya tak berubah

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

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

alirannya tunak (steady), aliran fluida mempunyai kecepatan yg konstan terhadap waktu.

Lihat pula materi Sosiologiku.com yang lain:

Medan Magnet

Kapasitor

Daftar Isi

Jenis Aliran Fluida

Jenis aliran fluida dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

Aliran laminer, yakni pedoman dimana paket fluida meluncur serentak dgn paket fluida di sebelahnya, setiap jalur paket fluida tak berseberangan dgn jalur lainnya. Aliran laminer adalah aliran 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 bila kecepatan alirannya tinggi.

jenis aliran fluida dinamis

Komponen-komponen dlm Fluida Dinamis

Debit (Q)

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

$Q = \frac V T$

$Q = Av$

dimana:

Q adalah debit anutan fluida (m³/s)

V yakni volume fluida (m³)

t yakni selang waktu (s)

A yakni luasan penampang aliran (m²)

v yaitu kecepatan aliran fluida (m/s)

Persamaan Kontinuitas

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

Hukum Bernoulli

persamaan kontinuitas

Hukum Bernoulli merupakan hukum yg berlandaskan kekekalan energi per unit volume pada pedoman fluida. Hukum ini menyatakan bahwa fluida pada kondisi tunak, ideal, & inkompresibel; jumlah tekanan, energi kinetik, & energi potensialnya mempunyai nilai yg sama di sepanjang aliran. Jika ditinjau dr dua tempat, maka aturan Bernoulli mampu 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)

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

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

h yaitu ketinggian air (m)

v yaitu kecepatan pedoman 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 menyembur keluar dr lubang penyimpanan/tangki air dinamakan dgn teorema Toricelli. Besar energi kinetik air yg memancar 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 kian besar perbedaan ketinggian lubang dgn batas ketinggian air, maka akan kian cepat semburan airnya. Berdasarkan gambar diatas, dapat 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 anutan fluida dinamis yg mengalir di pipa dgn mengandalkan hukum bernoulli. Venturimeter berupa mirip pipa dimana pecahan tengahnya menyempit kemudian kemudian melebar kembali.

Tabung pitot

Sebuah alat yg berfungsi untuk mengukur kelajuan anutan fluida dinamis dgn cara mengukur perbedaan tekanan pedoman 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 mampu mengudara sebab gaya angkat yg dihasilkan sayap saat pesawat tersebut melaju. Saat pesawat melaju, anutan fluida (udara) akan melalui sayap pesawat; fatwa udara yg melalui sayap penggalan atas melintas lebih jauh dibanding pemikiran udara yg melalui sayap belahan bawah; perbedaan kecepatan ini mengakibatkan perbedaan tekanan dimana tekanan di sayap kepingan atas akan lebih rendah dibanding tekanan pada sayap penggalan bawah. Oleh alasannya adalah sayap menerima 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 hukum Bernoulli untuk sayap pesawat dibagian atas & sayap pesawat di penggalan 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:

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

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

A adalah luasan sayap pesawat (m²)

v₁ ialah kecepatan anutan udara pada serpihan atas sayap (m/s)

v₂ adalah kecepatan pemikiran udara pada bagian bawah sayap (m/s)

Contoh Soal Fluida Dinamis

Contoh Soal 1

contoh soal fluida dinamis & pembahasan

Pada gambar diatas dimengerti 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 ajaran udara pada bagian bawah pesawat sebesar 210 m/s, pastikan berapa besar optimal berat total pesawat yg diperbolehkan supaya pesawat mampu mengudara. ( $\rho_ udara = 1,2 kg/m^3$ ).