fluida dinamis

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.

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:

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.

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:

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.

Gambar 8.11 Aliran fluida pada pipa dengan ketinggian yang
berbeda