FLUIDA Fluida Pokok Bahasan Fluida statik Tekanan Prinsip

FLUIDA

Fluida • Pokok Bahasan – – – Fluida statik Tekanan Prinsip Pascal Prinsip Archimedes Fluida dinamik Persamaan Bernoulli

Fluida • Pada temperatur normal, zat dapat berwujud: – Padatan/Solid – Cair/Liquid Fluida – Gas “Fluida”? • “Zat yang dapat mengalir dan memiliki bentuk seperti wadah yang menampungnya” • Atom-atom dan molekul-molekul bebas bergerak

Fluida • Besaran penting untuk mendeskripsikan fluida? – Rapat massa (densitas) satuan: kg/m 3 = 10 -3 g/cm 3 r(air) = 1. 000 x 103 kg/m 3 r(es) = 0. 917 x 103 kg/m 3 r(udara) r(Hg) = 1. 29 kg/m 3 = 13. 6 x 103 kg/m 3 = 1. 000 g/cm 3 = 0. 917 g/cm 3 = 1. 29 x 10 -3 g/cm 3 = 13. 6 g/cm 3

Fluida • Besaran penting untuk mendeskripsikan fluida? – Tekanan satuan : 1 N/m 2 = 1 Pa (Pascal) 1 bar = 105 Pa 1 mbar = 102 Pa 1 torr = 133. 3 Pa 1 atm = 1. 013 x 105 Pa = 1013 mbar = 760 Torr = 14. 7 lb/ in 2 (=PSI) • Tekanan adalah ukuran penjalaran gaya oleh fluida, yang didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan persatuan luas permukaan n A

Hubungan tekanan dengan kedalaman fluida • Anggapan: fluida tak termampatkan (incompressible) • Rapat massa konstan • Bayangkan volume fluida khayal (kubus, luas penampang A) – Resultan semua gaya pada volume tersebut harus NOL keadaan setimbang: F 2 - F 1 - mg = 0

Fluida dalam keadaan diam setimbang tak ada perubahan tekanan pada kedalaman yang sama

Prinsip Pascal • Dengan Hk. Newton: – Tekanan merupakan fungsi kedalaman: Dp = rg. Dy • Prinsip Pascal membahas bagaimana perubahan tekanan diteruskan melalui fluida Perubahan tekanan fluida pada suatu bejana tertutup akan diteruskan pada setiap bagian fluida dan juga pada dinding bejana tersebut. • Prinsip Pascal tuas/pengungkit hidrolik – Penerapan gaya yang cukup kecil di tempat tertentu dapat menghasilkan gaya yang sangat besar di tempat yang lain. – Bagaimana dengan kekekalan energi?

• Perhatikan sistem fluida di samping: – Gaya ke bawah F 1 bekerja pada piston dengan luas A 1. – Gaya diteruskan melalui fluida sehingga menghasilkan gaya ke atas F 2. – Prinsip Pascal: perubahan tekanan akibat F 1 yaitu F 1/A 1 diteruskan pada fluida. F 1 F = 2 A 1 A 2 F 2 = F 1 A 2 A 1 • F 2 > F 1 : pelanggaran hukum kekekalan energi? ?

• Misalkan F 1 bekerja sepanjang jarak d 1. – Berapa besar volume fluida yang dipindahkan? DV 1 = d 1 A 1 volume ini menentukan seberapa jauh piston di sisi yang lain bergerak D V 2 = D V 1 d 2 = d 1 W 2 • A 1 A 2 = F 2 d 2 = F 1 A 2 A 1 = W 1 d 1 A 2 Usaha yang dilakukan F 1 sama dengan usaha yang dilakukan F 2 kekekalan energi

Prinsip Archimedes • Mengukur berat suatu benda di udara (W 1) ternyata berbeda dengan berat benda tersebut di air (W 2) W 1 > W 2 – Mengapa? • Karena tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada bagian atasnya, air memberikan gaya resultan ke atas, gaya apung, pada benda. W 1 W 2 ?

• Gaya apung sama dengan selisih tekanan dikalikan luas. Archimedes: Gaya apung sama dengan berat volume fluida yang dipindahkan oleh benda. • Besar gaya apung menentukan apakah benda akan terapung atau tenggelam dalam fluida

Terapung atau tenggelam? • Kita dapat menghitung bagian benda terapung yang berada di bawah permukaan fluida: – Benda dalam keadaan setimbang V bf V benda r benda = r fluida y FB mg

Fluida Dinamik Statik: rapat massa & tekanan kecepatan alir Fluida dinamik/ bergerak Beberapa anggapan (model) yang digunakan: • Tak kompressibel (incompressible) • Temperaturnya tidak bervariasi • Alirannya tunak, sehingga kecepatan dan tekanan fluida tidak bergantung terhadap waktu • Alirannya laminer • Alirannya tidak berrotasi (irrotational) • Tidak kental

Persamaan Kontinuitas Kekalan massa pada aliran fluida ideal A 1 , v 1 A 2 , v 2 2 1 Volume fluida yang melewati permukaan A 1 dalam waktu t sama dengan volume melewati permukaan. A 2: Dalam besaran debit

Persamaan Bernoulli • Menyatakan kekekalan energi pada aliran fluida A AA, p B B A h. A A • Fluida pada titik B mengalir sejauh B dan mengakibatkan fluida di A mengalir sejauh A. • Usaha yang dilakukan pada fluida di B: h. B • Usaha yang dilakukan pada fluida di A: • Usaha oleh gaya gravitasi adalah

Usaha total: (Persamaan Bernoulli)

Contoh aplikasi • Gaya angkat sayap pesawat terbang • Optimalisasi kinerja olahraga • Fenomena lebih kompleks: turbulens