Fluida.docx

FLUIDA 1.FLUIDA STATIS Fluida statis adalah ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam atau tidak bergerak. A.Massa Jenis Massa jenis zat merupakan ukuran kepadatan (densitas) dirumuskan sebagai perbandingan massa zat dengan volume zat tersebut.

Keterangan : Ρ = massa jenis zat (kg/m3) m= massa zat (kg) v = volume zat (m3) B.Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis merupakan gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas permukaan. Secara matematis,persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.

Keterangan : P = tekanan (N/m2) F = gaya (N) A = luas permukaan (m2) Hubungan satuan tekanan 1 N/m2 = 1 Pa 1 bar = 1 × 105 Pa 1 atm = 101.325 Pa 1 atm = 760 mmHg Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Dapat dirumuskan sebagai berikut. Ph = ρgh

Keterangan : Ph = tekanan hidrostatis (N/m2) ρ = massa jenis (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m) C.Tekanan Total Pada permukaan fluida yang terkena udara luar, bekerja tekanan udara luar yang dinyatakan dengan p. Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan, besarnya tekanan total atau tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida adalah ptot = po + ρgh Keterangan : ptot = tekanan total di suatu titik (tekanan mutlak) po = tekanan udara luar (1,013 N/m2) ρ = massa jenis (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m) D.Hukum Pascal Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan.

Tekanan oleh gaya sebesar F1 terhadap pipa 1 yang memiliki luas penampang pipa A1, akan diteruskan oleh fluida yang menjadi gaya angkat sebesar F2 pada pipa 2 yang memiliki luas penampang pipa A2 dengan besar tekanan yang sama. Hukum Pascal dapat dirumuskan sebagai berikut. p1 = p2

Keterangan : F1 = gaya pada penampang 1 (N) F2 = gaya pada penampang 2 (N) A1 = luas penampang 1 (m2) A2 = luas penampang 2 (m2) E.Hukum Archimedes Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebyt besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut. FA = wu - wf atau FA = ρf.g.Vb FA = gaya Archimedes/gaya ke atas (N) wu = berat benda ketika di udara (N) wf = berat benda ketika di dalam fluida (N) ρf = massa jenis fluida (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) Vb = volume benda tercelup (m3) F.Kondisi benda di dalam fluida Terapung

Terjadi jika : ρbenda ˂ ρfluida Fa = W Vbt ˂ Vb Dituliskan dalam persamaan : ρb. Vb = ρf. Vbt atau ρb.hb = ρf.hbt Keterangan : ρb = massa jenis benda (kg/m3)

Vb = volume benda (m3) hb = tinggi benda (m) ρf = massa jenis fluida (kg/m3) Vbt = volume benda tercelup (m3) hbt = tinggi benda tercelup (m) Melayang

Terjadi jika : ρbenda = ρfluida Fa = W Vbt = Vb Dituliskan dalam persamaan : ρb. Vb = ρf. Vbt Keterangan : ρb = massa jenis benda (kg/m3) Vb = volume benda (m3) ρf = massa jenis fluida (kg/m3) Vbt = volume benda tercelup (m3) Tenggelam

Terjadi jika : ρbenda ˃ ρfluida Berat benda saat berada di dalam fluida wbt = w – FA atau wbt = (ρb – ρf)Vb.g Keterangan : wbt = berat benda di dalam fluida (N) w = berat benda di udara (N) ρb = massa jenis benda (kg/m3) Vb = volume benda (m3) ρf = massa jenis fluida (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) FA = gaya Archimedes/gaya ke atas (N) G.Tegangan Permukaan Tegangan permukaan merupakan kemampuan zat cair untuk meregang sehingga permukaan cairan terlihat, seperti terdapat lapisan. Tegangan permukaan (γ) di dalam selaput didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya permukaan dan panjang permukaan yang tegak lurus gaya dan dipengaruhi oleh gaya tersebut, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan : γ = tegangan permukaan zat cair (N/m) F = gaya tegangan permukaan (N) l = panjang permukaan (m) Harga Tegangan Permukaan Berdasarkan Eksperimen

H.Kapilaritas Kapilaritas merupakan peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair di dalam pipa kapiler. Kapilaritas contoh-contoh gejala kapiler yaitu pada minyak tanah naik melalui sumbu lampu minyak tanah atau sumbu kompor, dinding rumah basah pada musim hujan, air tanah naik melalui pembuluh kayu.

Gaya tegangan permukaan pada fluida dalam tabung kapiler. Fluida naik jika θ ˂ 90o dan turun jika θ ˃ 90o. Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Keterangan : h = kenaikan zat cair γ = tegangan permukaan zat cair (N/m) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari pipa kapiler (m) I.Sudut Kontak Sudut kontak terjadi pada kelengkungan air maupun kelengkungan raksa yang ditarik garis lurus membentuk sudut θ terhadap dinding vertikal. Sudut kontak air adalah sudut lancip (θ ˂ 90o), sedangkan sudut kontak raksa adalah sudut tumpul (90o ˂ θ ˂ 180o). Sudut kontak terjadi pada gaya tarik-menarik antar partikel (kohesi) atau pada gaya tarik-menarik antar partikel berlainan (adhesi). Beberapa nilai sudut kontak antara zat cair dan dinding pipa kapilernya

2.FLUIDA DINAMIS Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak. Ciri-ciri umum dari fluida dinamis diantaranya : 1.Fluida dianggap tidak kompresibel 2.Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan) 3.Aliran fluida adalah aliran stasioner, yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida yang melalui suatu titik tertentu selalu tetap 4.Tak bergantung waktu (tunak), artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu dan membentuk aliran laminer (berlapis) A.Debit Debit yaitu volume fluida tiap satuan waktu yang mengalir dalam pipa, dirumuskan sebagai berikut. Q = A.v atau Q = V/t Keterangan : Q = debit (m3/s) V = volume fluida (m3) t = waktu (s) A = ;uas (m2) V = kecepatan (m/s) B.Persamaan Kontinuitas Persamaan kontinuitas berbunyi “Pada fluida yang tak termampatkan, hasil kali antara kelajuan aliran fluida dalam suatu wadah dengan luas penampang wadah selalu konstan”.

Jika suatu wadah memiliki penampang yang berbeda maka menurut persamaan kontinuitas berlaku Q1 = Q2 A1.V1 = A2.V2 Keterangan : Q1 = debit ketika masuk (m3/s) Q2 = debit ketika keluar (m3/s)

A1 = luas penampang 1 (m2) A2 = luas penampang 2 (m2) V1 = kecepatan fluida ketika masuk (m/s) V2 = kecepatan fluida ketika keluar (m/s) C.Persamaan Bernoulli

Bila dituliskan dalam suatu persamaan yaitu sebagai berikut. p1 + ρgh1 + ½ρv1 = p2 + ρgh2 + ½ρv2 Keterangan : p1,p2 = tekanan di titik 1 dan 2 (N/m2) v1,v2 = kecepatan aliran di titik 1 dan 2 (m/s) h1,h2 = ketinggian di titik 1 dan 2 (m) ρ = massa jenis fluida g = percepatan gravitasi (m/s2) Penerapan Persamaan Bernoulli Dalam Teknologi 1.Gaya angkat pesawat terbang

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kecepatan udara pada sayap bagian atas lebih besar dibandingkan dengan kecepatan udara pada sayap bagian bawah. Akibatnya tekanan bagian atas lebih kecil dibandingkan tekanan bagian bawah. F1 – F2 = ½ρA (v22-v12) Keterangan : F1 – F2 = gaya angkat pesawat terbang (N) P1,P2 = tekanan pada sayap bagian atas dan bawah (N/m2) A = luas penampang sayap (m2) v1,v2 = kecepatan udara pada sayap bagian atas dan bawah (m/s) ρ = massa jenis (kg/m3) 2.Venturimeter tanpa manometer

Kelajuan pada luas penampang A1 yaitu :

Keterangan : v1 = kelajuan fluida pada penampang 1 g = percepatan gravitasi (m/s2) h = perbedaan ketinggian pada fluida (m) A1,A2 = luas penampang 1 dan 2 (m2)

3.Venturimeter dengan manometer

Keterangan : v1,v2 = kelajuan fluida pada penampang 1 g = percepatan gravitasi (m/s2) h = perbedaan ketinggian pada fluida (m) A1,A2 = luas penampang 1 dan 2 (m2) ρr,ρu = massa jenis raksa dan udara (kg/ms3) 4.Tangki berlubang

𝑡= √

2ℎ2 𝑔

𝑣 = √2𝑔ℎ

𝑥 = √2ℎ. ℎ2

Keterangan : t = waktu yang dibutuhkan air mencapai tanah (s)

g = percepatan gravitasi (m/s2) h2 = ketinggian lubang diukur dari permukaan tanah (m) v = kecepatan semburan (m/s) h = tinggi lubang dari permukaan air (m) x = jarak jangkauan air (m)