fluida dinamis

Senin, 22 Februari 2010

C. FLUIDA DINAMIS


C.1. Aliran Fluida

Dinamika fluida adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan bergerak. Ini merupakan salah satu cabang yang penting dalam mekanika fluida. Dalam dinamika fluida dibedakan dua macam aliran yaitu aliran fluida yang relatif sederhana yang disebut aliran laminer dan aliran yang komplek yang disebut sebagai aliran turbulen. Gambar 8.9 melukiskan suatu bagian pipa yang mana fluida mengalir dari kiri ke kanan. Jika aliran dari type laminer maka setiap partikel yang lewat titik A selalu melewati titik
B dan titik C. Garis yang menghubungkan ketiga titik tersebut disebut garis arus atau streamline. Bila luas penampang pipa berlainan maka besarnya kecepatan partikel pada setiap titik juga berlainan. Tetapi kecepatan partikel-partikel pada saat melewati titik A akan sama besarnya. Demikian juga saat melewati titik B dan C.

Image:tc.jpg

Gambar 8.9 Aliran sederhana


Bila fluida mempunyai viskositas (kekentalan) maka akan mempunyai aliran fluida yang kecepatannya besar pada bagian tengah pipa dari pada di dekat dinding pipa. Untuk pembahasan disini, pertama dianggap bahwa fluida tidak kental sehingga kecepatan pada smeua titik pipa penampang melintang yang juga sama besar. C.2. Persamaan Kontinuitas Pada Gambar 8.8 dilukiskan suatu aliran fluida dalam pipa yang mempunyai penampang berbeda. Jika A1 adalah luas penampang pada titik 1, dan v1 kecepatannya, maka dalam t detik, partikel yang berada pada titik 1 akan berpindah sejauh (v1.t) dan volume fluida yang lewat penampang A1 adalah (A1v1t). Volume fluida yang lewat penampang A1 persatuan waktu adalah A1v1 demikian pula volume fluida yang lewat penampang A2 per satuan waktu adalah A2 v2. Jika fluida bersifat tak kompresibel, maka besarnya volume fluida yang lewat penampang A1 dan A2 persatuan waktu adalah sama besar sehingga diperoleh:

Image:udk.jpg

Besaran Av dinamakan debit (Q) yang mempunyai satuan m3/s (MKS) atau cm3/s (CGS). Persamaan (8.13) dikenal sebagai persamaan kontinuitas untuk aliran yang mantap dan tak kompresibel. Konsekuensi dari hubungan di atas adalah bahwa kecepatan akan membesar jika luas penampang mengecil demikian juga sebaliknya.

Image:ujia.jpg

Gambar 8.10 Aliran fluida pada pipa dengan penampang yangberbeda

Contoh soal 8.7.
Pipa berdiameter 0,2 m terhubung dengan pipa yang berdiameter 0,1 m. Jika kecepatan aliran fluida yang melewati pipa berdiameter 0,2 m sebesar 10 m/s, hitung kecepatan aliran fluida ketika melewati pipa yang berdiameter 0,1 m dan berapa besar debit fluidayang lewat pipa tersebut?
Penyelesaian:

Image:nyaa.jpg

Kegiatan 5.
1. Ambil sebuah selang plastik.
2. Salah satu ujung selang disambungkan dengan sebuah kran dengan penampang lubang berdiameter 1 cm2.
3. Buka kran / alirkan air.
4. Air yang keluar dari ujung selang gunakan untuk mengisi sebuah tempat air yang bervolume (30 x 30 x 30) cm3.
5. Catat waktu yang dibutuhkan untuk mengisi tempat air tersebut hingga penuh.
6. Tentukan debit air yang melewati selang tersebut.
7. Hitung kecepatan aliran air yang melewati selang tersebut.


Tugas 5.
Hitung debit dan kecepatan aliran air pada kran yang dipakai untuk mengisi bak mandi di rumah Anda.


C.3. Persamaan Bernoulli
Persamaan Bernoulli merupakan persamaan dasar dari dinamika fluida di mana berhubungan dengan tekanan (p), kecepatan aliran (v) dan ketinggian (h), dari suatu pipa yang fluidanya bersifat tak kompresibel dan tak kental, yang mengalir dengan aliran yang tak turbulen. Tinjau aliran fluida pada pipa dengan ketinggian yang berbeda seperti Gambar 8.9.
Bagian sebelah kiri pipa mempunyai luas penampang A1 dan sebelah kanan pipa mempunyai luas penampang A2. Fluida mengalir disebabkan oleh perbedaan tekanan yang terjadi padanya. Pada bagian kiri fluida terdorong sepanjang dl1 akibat adanya gaya F1 = A1p1 sedangkan pada bagian kanan dalam selang waktu yang sama akan
berpindah sepanjang dl2.

Image:jsi.jpg

Gambar 8.11 Aliran fluida pada pipa dengan ketinggian yang
berbeda


fluida statis

A. FLUIDA STATIS

A.1. Cek Kemampuan Pra Syarat
Sebelum mempelajari materi subbab ini, silahkan anda mengerjakan soal-soal berikut ini di buku latihan. Jika anda dapat mengerjakan dengan baik dan benar, akan mempermudah dalam mempelajari materi berikutnya.
1. (a). Definisi dan satuan dalam SI dari massa jenis?
(b). Nyatakan satuan dari massa jenis 1 gram/cm3 ke dalam satuan kg/m3.
2. Sebuah bola beton berdiameter 20 cm memiliki massa 5 kg.


Berapakah nilai massa jenis bola beton tersebut?
3. Apa yang dimaksud dan satuan dalam SI dari tekanan?


A.2. Tekanan
Tekanan adalah besaran fisika yang merupakan perbandingan antara gaya normal (tegak lurus) yang bekerja pada suatu bidang permukaa dengan luas bidang permukaan tersebut.

Rumus tekanan:

Image:lupa.jpg


Kegiatan 1.
1. Ambil benda berbentuk kubus sebarang ukuran.
2. Ukur luas sisi balok.
3. Timbang massa balok.
4. Hitung berat balok.
5. Letakkan balok di permukaan lantai.
6. Tentukan besar tekanan yang diberikan balok terhadap lantai yang diberikan oleh gaya berat balok terhadap permukaan lantai. Nyatakan satuan tekanan dalam SI.

Tugas 1.
Tentukan besar tekanan yang diberikan oleh berat badan orang yang mempunyai massa 60 kg yang berdiri pada dua kakinya pada lantai, anggap luas kedua telapak kaki orang tersebut 2 x 250 cm2.


A.3. Hukum Pokok Hidrostatika

Tekanan zat cair dalam keadaan tidak mengalir dan hanya disebabkan oleh beratnya sendiri disebut tekanan hidrostatika. Besarnya tekanan hidrostatika suatu titik dalam zat cair yang tidak bergerak dapat diturunkan sebagai berikut:

Image:mrmbu.jpg

Tinjau zat cair dengan massa jenis Image:pl.jpgberada dalam wadah silinder dengan luas alas A dan ketinggian h seperti pada Gambar 8.1. Volume zat cair dalam wadah V - Ah sehingga berat zat cair dalam wadah adalah:

Image:odo.jpg

dengan demikian tekanan hidrostatika di sebarang titik pada luas bidang yang diarsir oleh zat cair dengan kedalaman h dari permukaan adalah

Image:sgl.jpg

dengan g : percepatan gravitasi, m/s2 dan h : kedalaman titik dalam zat cair diukur dari permukaan zat cair, m.

Biasanya tekanan yang kita ukur adalah perbedaan tekanan dengan tekanan atmosfir, yang disebut TEKANAN GAUGE atau tekanan pengukur. Adapun tekanan sesungguhnya disebut tekanan mutlak, di mana : Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

Image:ri.jpg

A.4. Hukum Pascal
Tekanan yang bekerja pada fluida statis dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata, hal ini dikenal sebagai prinsip PASCAL.

Tinjau sistem kerja penekan hidrolik seperti pada Gambar 8.2. apabila dikerjakan tekanan p1 pada penampang A1 maka tekanan yang sama besar akan diteruskan ke penampang A2 sehingga memenuhi p1 = p2 dan diperoleh perumusan sebagai berikut :

Image:goo.jpg

Alat-alat teknik yang menggunakan sistem prinsip Pascal adalah rem hidrolik dan pengangkat mobil dalam bengkel.


Contoh soal 8.2
Seorang pekerja bengkel memberikan gaya tekan pada pompa hidrolik dengan gaya 200 N. apabila perbandingan penampang silinder kecil dan besar 1 : 10, berapa berat beban yang dapat diangkat oleh pekerja tersebut.


Penyelesaian:
Dengan menggunakan persamaan (8.4) diperoleh :

Image:yaa.jpg


Kegiatan 2.
1. Amati pompa hidrolik sebarang di bengkel pencucian mobil.
2. Tentukan perbandingan penampang kecil dongkrak dan penampang pengangkat beban.
3. Tempatkan sebuah mobil pada penampang pengangkat beban.
4. Catat berat mobil yang tertera di bodi mobil.
5. Hitung berapa besar beban yang harus diberikan agar mobil dapat terangkat

Tugas 2.
Jika diperoleh perbandingan radius penampang kecil dan besar dari sebuah pompa hidrolik 1:20, berapa besar gaya yang harus diberikan pada penampang kecil pompa agar dapat mengakat beban sebesar 3000 N?


A.5. Hukum Archimedes
Prinsip Archimedes
Di dalam fluida yang diam, suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruh volumenya akan mengalami gaya tekan ke atas (gaya apung) sebesar berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut, yang lazim disebut gaya Archimedes. Perhatikan elemen fluida yang dibatasi oleh permukaan s (Gambar 8.3)

Image:man.jpg

Pada elemen ini bekerja gaya-gaya :
- gaya berat benda W
- gaya-gaya oleh bagian fluida yang bersifat menekan
permukaan s, yaitu gaya angkat ke atas Fa.

Kedua gaya saling meniadakan, karena elemen berada dalam keadaan setimbang dengan kata lain gaya-gaya keatas = gaya-gaya kebawah.
Artinya resultante seluruh gaya pada permukaan s arahnya akan keatas, dan besarnya sama dengan berat elemen fluida tersebut dan titik tangkapnya adalah pada titik berat elemen. Dari sini diperoleh prinsip Archimedes yaitu bahwa suatu benda yang seluruhnya atau sebagian tercelup didalam satu fluida akan mendapat gaya apung sebesar dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Image:ujk.jpg

Perhatikan:
- Hukum Archimedes berlaku untuk semua fluida termasuk gas
dan zat cair.
- Jika benda tercelup semua maka Vbf = volume benda.
Benda yang dimasukkan ke dalam zat cair, akan terjadi tiga kemungkinan keadaan yaitu terapung, melayang dan tenggelam. Ketiga kemungkinan keadaan tersebut terjadi ditentukan oleh perbandingan massa jenis benda dengan massa jenis fluida, syaratnya adalah:

Image:aik.jpg

tugas blog doldi

Minggu, 21 Februari 2010

Fluida

Fluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik.

Fluida memilik sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser dalam ekulibrium statik. Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum paskal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengkarakterisasi bentuk fluid. Dapat disimpulkan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan geser itu.

Fluid dapat dikarakterisasikan sebagai:

  • fluida newtonian
  • fluida non-newtonian

- bergantung dari cara "stress" bergantung ke "strain" dan turunannya.

Fluida juga dibagi menjadi cairan dan gas. Cairan membentuk permukaan bebas (yaitu, permukaan yang tidak diciptakan oleh bentuk wadahnya), sedangkan gas tidak.

Dinamika fluida

Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama carian dan gas. Penyelsaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan,tekanan,kepadatan dan suhu, sebagai fungsi ruang dan waktu. Disiplini ini memiliki beberapa subdisiplin termasuk aerodinamika (penelitian gas) dan hidrodinamika (penelitian cairan). Dinamika fluida memliki aplikasi yang luas. Contohnya, ia digunakan dalam menghitung gaya dan moment pada pesawat, mass flow rate dari petroleum dalam jalur pipa, dan perkiraan pola cuaca, dan bahkan teknik lalulintas, di mana lalu lintas diperlakukan sebagai fluid yang berkelanjutan. Dinamika fluida menawarkan struktur matematika yang membawahi disiplin praktis tersebut yang juga seringkali memerlukan

Fluida Statis

Fluida ( zat alir ) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan dinamis.