Tampilkan postingan dengan label FISIKA. Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label FISIKA. Tampilkan semua postingan

Selasa, 10 April 2012

FLUIDA DINAMIK

 

— FLUIDA IDEAL

Fluida ideal adalah suatu model. Jadi, bukan fluida yang sebenarnya.

— Sifat sifat model fluida

— 1.Fluida bersifat tidak kompresibel

— 2.Aliran fluida tidak turbulen

— 3.Aliran fluida bersifat stasioner

— 4.Fluida tidak kental

— KONTINUITAS

Debit

Banyaknya elemen massa fluida yang melalui suatu luas permukaan tertentu dalam waktu tertentu.

Rumus untuk debit Q dapat kita turunkan dengan cara ukuran banyak volume fluida yang mengalir persatuan waktu

Q= ∆v/∆t

Jika debit fluida dengan kecepatan aliran v melalui pipa penampang A adalah Q = v x A , jika fluida yang mengalir melalui kedua pipa sama besar

Persamaannya adalah

v1.A1 = v2.A2

Persamaan diatas disebut persamaan kontinuitas.

— Contoh soal

1.Sebuah pipa besar yang luas penampangnya 6 cm2 yang mempunyai ujung sebuah keran yang luas penampangnya 2 cm2. kecepatan air yang mengalir pada pipa besar adalah 0,2 m/s. dalam waktu 10 menit berapakah banyaknya air yang keluar dari keran.

Diket : A1 = 6 cm2

A2 = 2 cm2

v = 0,2 m/s

t = 10 menit

Ditanya : V……………………?

Jawab :

A1V1=

0,0006.0,2=

0,00012 =

=0,072 m3

— Asas Bernouli

Bunyi hukum Bernouli

“bahwa semakin besar kecepatan fluida semakin kecil tekanannya”.

Persamaan Bernouli:

Keterangan:

P : Tekanan (atm)

: Massa jenis fluida (kg/m3)

g :percepatan grvitasi bumi (m/s2)

h : Tinggi (m)

— Aplikasi Persamaan Bernouily

• Alat penyemprot

karena prinsip kerja alat ini bahwa semakin cepat memperkecil luas penampang semakin besar tekanan yang diperoleh.

• Gaya angkat sayap pesawat

sesuai dengan persamaan bernouli bahwa pada saat terbang sayap pesawat tekanan fluida pada bagian atas berkurang sedangkan bagian bawah tekanan fluida bertambah sehingga menghasilkan gaya keatas yang tegak lurus.

• Alat pengukur kecepatan aliran fluida

venturimeter dan tabung pitot

Persamaan Bernoulli pada Bidang Datar

 

Sebelumnya kita telah belajar mengenai prinsip Om Bernoulli. Nah, Om Bernoulli juga mengembangkan prinsipnya itu secara kuantitatif. Untuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita anggap aliran fluida tunak & laminar, tak-termampatkan alias tidak bisa ditekan, viskositas alias kekentalannya juga kecil sehingga bisa diabaikan.

Pada pembahasan mengenai Persamaan Kontinuitas, kita sudah belajar bahwa laju aliran fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip om Bernoulli yang dijelaskan di atas, tekanan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung laju aliran fluida tersebut. Selain itu, dalam pembahasan mengenai Tekanan Pada Fluida (Fluida Statis), kita juga belajar bahwa tekanan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung pada ketinggian fluida tersebut. Nah, hubungan penting antara tekanan, laju aliran dan ketinggian aliran bisa kita peroleh dalam persamaan Bernoulli. Persamaan bernoulli ini sangat penting karena bisa digunakan untuk menganalisis penerbangan pesawat, pembangkit listrik tenaga air, sistem perpipaan dkk.

Agar persamaan Bernoulli yang akan kita turunkan berlaku secara umum, maka kita anggap fluida mengalir melalui tabung alir dengan luas penampang yang tidak sama dan ketinggiannya juga berbeda (lihat gambar di bawah). Untuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita terapkan teorema usaha dan energi pada fluida dalam daerah tabung alir (ingat kembali pembahasan mengenai usaha dan energi). Selanjutnya, kita akan memperhitungkan banyaknya fluida dan usaha yang dilakukan untuk memindahkan fluida tersebut.

clip_image001

Warna buram dalam tabung alir pada gambar menunjukkan aliran fluida sedangkan warna putih menunjukkan tidak ada fluida.
Fluida pada luas penampang 1 (bagian kiri) mengalir sejauh L1 dan memaksa fluida pada penampang 2 (bagian kanan) untuk berpindah sejauh L2. Karena luas penampang 2 di bagian kanan lebih kecil, maka laju aliran fluida pada bagian kanan tabung alir lebih besar (Ingat persamaan kontinuitas). Hal ini menyebabkan perbedaan tekanan antara penampang 2 (bagian kanan tabung alir) dan penampang 1 (bagian kiri tabung alir) – Ingat prinsip Bernoulli. Fluida yang berada di sebelah kiri penampang 1 memberikan tekanan P1 pada fluida di sebelah kanannya dan melakukan usaha sebesar :

clip_image002
Maka persamaan W1 bisa ditulis menjadi :
W1 = P1A1L1
Pada penampang 2 (bagian kanan tabung alir), usaha yang dilakukan pada fluida adalah :
W2 = -P2A2L2

Tanda negative menunjukkan bahwa gaya yang diberikan berlawanan dengan arah gerak. Jadi fluida melakukan usaha di sebelah kanan penampang 2.
Di samping itu, gaya gravitasi juga melakukan usaha pada fluida. Pada kasus di atas, sejumlah massa fluida dipindahkan dari penampang 1 sejauh L1 ke penampang 2 sejauh L2, di mana volume fluida pada penampang 1 (A1L1) = volume fluida pada penampang 2 (A2L2). Usaha yang dilakukan oleh gravitasi adalah :

W3 = -mg(h2-h1)
W3 = mgh1 – mgh2

Tanda negative disebabkan karena fluida mengalir ke atas, berlawanan dengan arah gaya gravitasi. Dengan demikian, usaha total yang dilakukan pada fluida sesuai dengan gambar di atas adalah :

W = W1 + W2 + W3
W = P1A1L1 – P2A2L2 + mgh1 – mgh2

Teorema usaha-energi menyatakan bahwa usaha total yang dilakukan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi kinetiknya. Dengan demikian, kita bisa menggantikan Usaha (W) dengan perubahan energi kinetik (EK2 – EK1). Persamaan di atas bisa kita tulis lagi menjadi :

W = P1A1L1 – P2A2L2 + mgh1 – mgh2
EK2 – EK1 = P1A1L1 – P2A2L2 + mgh1 – mgh2
½ mv22 – ½ mv12 = P1A1L1 – P2A2L2 + mgh1 – mgh2

Ingat bahwa massa fluida yang mengalir sejauh L1 pada penampang A1 = massa fluida yang mengalir sejauh L2 (penampang A2). Sejumlah massa fluida itu, sebut saja m, mempunyai volume sebesar A1L1 dan A2L2, di mana A1L1 = A2L2 (L2 lebih panjang dari L1).

clip_image003

clip_image004

clip_image005

Ini adalah persamaan Om Bernoulli. Persamaan om Bernoulli ini kita turunkan berdasarkan prinsip usaha-energi, sehingga merupakan suatu bentuk Hukum Kekekalan Energi

clip_image006

Ruas kiri dan ruas kanan pada persamaan Bernoulli di atas bisa mengacu pada dua titik di mana saja sepanjang tabung aliran sehingga kita bisa menulis kembali persamaan di atas menjadi :

clip_image007Persamaan ini menyatakan bahwa jumlah total antara besaran-besaran dalam persamaan mempunyai nilai yang sama sepanjang tabung alir.

Sekarang mari kita tinjau persamaan Bernoulli untuk beberapa kasus.

Persamaan Bernoulli pada Fluida Diam

Kasus khusus dari persamaan Bernoulli adalah untuk fluida yang diam (fluida statis). Ketika fluida diam alias tidak bergerak, fluida tersebut tentu saja tidak punya kecepatan. Dengan demikian, v1 = v2 = 0. Pada kasus fluida diam, persamaan Bernouli bisa kita rumuskan menjadi :

clip_image008

Persamaan Bernoulli pada Tabung Alir atau Pipa yang ketinggiannya sama

Jika ketinggian tabung alir atau pipa sama, maka persamaan Bernoulli bisa dioprek menjadi :

clip_image009