3 fluidaideal 120604185602 phpapp01

FLUIDA DINAMIS

Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam. Pokok-pokok pembahasan yang berkaitan dengan fluidadinamis antara lain viskositas, debit, persamaan kontinuitas, hokum Bernoulli yang membahas tekanan pada fluida yang bergera, dan penerapan hokum bernaulli.

VISKOSITAS

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika Anda berbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas. Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6 π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam

Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung Fa, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes Fs. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah.

Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal. Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan :

a. Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contoh : air b. Fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contoh :

minyak goreng

DEBIT

Dalam kehidupan sehari-hari orang sering menggunakan istilah “Debit”. Debit itu menyatakan volume suatu fluida yang mengalir melalui penampang tertentu dalam selang waktu tertentu. Secara matematis, bisa dinyatakan sebagai berikut :

debit= volume

selang waktu→ Q= V

t

Untuk lebih jelasnya, kita gunakan contoh, misalnya fluida mengalir melalui sebuah pipa. Pipa biasanya berbentuk silinder dan memiliki luas penampang tertentu. Pipa tersebut juga mempunyai panjang (Lihat gambar di bawah).

Ketika fluida mengalir dalam pipa tersebut sejauh L, misalnya, maka volume fluida yang ada dalam pipa adalah V=A L

Dimana : V = volume fluida, A = luas penampang dan L = panjang pipa

Karena selama mengalir dalam pipa sepanjang (L) , fluida menempuh selang waktu tertentu (t) , maka kita bisa mengatakan bahwa besarnya debit fluida :

Q=V

Dengan demikian, ketika fluida mengalir melalui suatu pipa yang memiliki luas penampang dan panjang tertentu selama selang waktu tertentu, maka besarnya debit fluida (Q) tersebut sama dengan luas permukaan penampang (A) dikalikan dengan laju aliran fluida (v).

Persamaan Kontinutitas

Sekarang, mari kita belajar tentang persamaan kontinuitas. Dibawah ini gambar sebuah pipa yang mempunyai diameter berbeda.

Gambar 4. Pipa dengan diameter yang berbeda

Gambar ini menujukan aliran fluida dari kiri ke kanan (fluida mengalir dari pipa yang diameternya besar menuju diameter yang kecil). Garis putus-putus merupakan garis arus. Keterangan gambar :

A1 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter besar A2 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil, v1 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar, v2 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter kecil, L = jarak tempuh fluida.

pipa harus sama dengan massa fluida yang keluar di ujung lainnya. Jika fluida memiliki massa tertentu, masuk pada pipa yang diameternya besar, maka fluida tersebut akan keluar pada pipa yang diameternya kecil dengan massa yang tetap.

Sekarang, perhatikan kembali gambar pipa di atas. Kita tinjau bagian pipa yang diameternya besar dan bagian pipa yang diameternya kecil.

Selama selang waktu tertentu, sejumlah fluida mengalir melalui bagian pipa yang diameternya besar (A1) sejauh L1 L1=V1t .

Volume fluida yang mengalir adalah V1=A1L1=A1V1t

Selama selang waktu yang sama, sejumlah fluida yang lain mengalir melalui bagian pipa yang diameternya kecil (A2) sejauh L2=V2t .

Volume fluida yang mengalir adalah V₂=A₂L₂=A₂V₂t

1. Persamaan Kontinuitas untuk Fluida Tak-termampatkan (incompressible)

Pada fluida tak-termampatkan (incompressible), kerapatan atau massa jenis fluida tersebut selalu sama di setiap titik yang dilaluinya.

Massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki luas penampang A1 (diameter pipa yang besar) selama selang waktu tertentu adalah :

m₁=ρ A₁v₁t

Demikian juga, massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki luas penampang A2 (diameter pipa yang kecil) selama selang waktu tertentu adalah :

m₂=ρ A₂v₂t

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama dengan massa fluida yang keluar, maka : m₁=m₂

ρ A₁v₁t=ρ A₂v₂t A₁v₁=A₂v₂

Catatan : massa jenis fluida dan selang waktu sama sehingga dilenyapkan.

Jadi, pada fluida tak-termampatkan, berlaku persamaan kontinuitas : A₁v₁=A₂v₂

Di mana :

A1 = luas penampang 1 A2 = luas penampang 2

v2 = laju aliran fluida pada penampang 2

Persamaan diatas menunjukkan bahwa laju aliran volume atau debit selalu sama pada setiap titik sepanjang pipa/tabung aliran. Ketika penampang pipa mengecil, maka laju aliran fluida meningkat, sebaliknya ketika penampang pipa menjadi besar, laju aliran fluida menjadi kecil.

Pada bagian pengantar diatas sudah dibahas tentang kran air ketika sebagian mulut kran kita sumbat, aliran air menjadi lebih deras dibandingkan ketika sebagian mulut kran tidak kita tutup. Hal itu disebabkan karena luas penampang kran menjadi kecil ketika sebagian mulut kran kita tutup, sehingga laju aliran air bertambah (fluida mengalir deras). Demikian juga pada kasus selang. Namun perlu diketahui bahwa debit atau laju aliran volume selalu sama pada setiap tempat sepanjang aliran air, baik ketika sebagian mulut kran kita tutup maupun tidak. Jadi yang berubah adalah laju aliran fluida tersebut.

2. Persamaan Kontinuitas untuk Fluida Termampatkan (compressible)

Untuk kasus fluida yang termampatkan, massa jenis fluida tidak selalu sama. Dengan kata lain, massa jenis fluida berubah ketika dimampatkan. Jika pada fluida Tak-termampatkan massa jenis fluida tersebut kita hilangkan dari persamaan, maka pada kasus ini massa jenis fluida tetap disertakan. Dengan menggunakan persamaan yang telah diturunkan sebelumnya, mari kita turunkan persamaan untuk fluida termampatkan.

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama dengan massa fluida yang keluar, maka :

m₁=m₂

ρ A₁v₁t=ρ A₂v₂t

Selang waktu (t) aliran fluida sama, sehingga persamaannya menjadi : ρ A₁v₁=ρ A₂v₂

Persamaan diatas adalah persamaan untuk kasus fluida termampatkan. Bedanya hanya terletak pada massa jenis fluida. Apabila fluida termampatkan, maka massa jenisnya berubah. Sebaliknya, apabila fluida tak termampatkan, massa jenisnya selalu sama.

Fluida mengalir pada pipa dari ujung 1 ke

ujung 2

Kecepatan pada ujung 1 = v1 , ujung 2 = v2 Ujung 1 berada pada ketinggian h1 , ujung 2 = h2

Tekanan pada ujung 1 = P1 , ujung 2 = P2.

Hukum Bernoulli untuk fluida yang mengalir pada suatu tempat maka jumlah usaha, energi kinetik, energi potensial fluida persatuan volume fluida tersebut mempunyai nilai yang Gambar 7. Hukum Bernoulli

tetap pada setiap titik. Jadi jumlah dari tekanan, energi kinetik persatuan volume, dan energi potensial persatuan volume mempunyai nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

Pada pembahasan mengenai Persamaan Kontinuitas, kita sudah belajar bahwa laju aliran fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang tabung alir. Berdasarkan prinsip 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, dan lainnya. 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.

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 :

Pada penampang 2 (bagian kanan tabung alir), usaha yang dilakukan pada fluida adalah : W1 = – p2 A2 L2

Tanda negatif 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 = – mgh2 + mgh1 W3 = mgh1 – mgh2

Tanda negatif 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

Sekarang kita subtitusikan alias kita gantikan m pada persamaan di atas :

Persamaan ini bisa juga ditulis dalam bentuk seperti ini :

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

Keterangan :

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 :

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

Persamaan Bernoulli dapat digunakan untuk menentukan kecepatan zat cair yang keluar pada dinding tabung.

Gambar 10. Tabung berlubang

Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2 (permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (v1 = 0). Permukaan wadah dan permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah :

Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka persamaan ini kita oprek lagi menjadi :

Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa laju aliran air pada lubang yang berjarak h dari permukaan wadah sama dengan laju aliran air yang jatuh bebas sejauh h (bandingkan Gerak jatuh Bebas).

v=√2g h

Gambar 11. Lintasan

fluida (air) pada wadah

berlubang

Jika air keluar dari lubang B dengan kelajuan v yang jatuh di titik D, maka terlihat lintasan air dari titik B ke titik D berbentuk parabola. Berdasarkan analisis gerak parabola, kecepatan awal fluida pada arah mendatar sebesar vBX=v=

√2

g h .

Sedangkan kecepatan awal pada saat jatuh (sumbu Y) merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dengan percepatan ay = g. Berdasarkan persamaan jarak

Y=v_0yt+1 2ayt

2

dengan

Y = H –h, v0y = 0, dan ay = g

maka Anda peroleh persamaan untuk menghitung waktu yang diperlukan air dari titik B ke titik D sebagai berikut.

Gerak air (fluida) pada sumbu X merupakan gerak lurus beraturan (GLB) sehingga berlaku persamaan:

X=v_0Xt

1. Efek Venturi

Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berubah menjadi :

Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar. Ini dikenal dengan julukan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar.

2. Venturimeter

Penerapan menarik dari efek venturi adalah Venturi Meter. Alat ini dipakai untuk mengukur laju aliran fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Terdapat 2 jenis venturi meter, yakni venturi meter tanpa manometer dan venturi meter yang menggunakan manometer yang berisi cairan lain, seperti air raksa. Prinsip kerjanya sama saja.

a. Venturimeter Tanpa Manometer

Gambar di bawah menunjukkan sebuah venturi meter yang digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair dalam pipa.

Gambar 12. Venturimeter Tanpa Manometer

Sekarang kita oprek persamaan yang digunakan untuk menentukan laju aliran zat cair pada pipa di atas. Kita gunakan persamaan efek venturi yang telah diturunkan sebelumnya.

Ingat ya, kita hendak mencari laju aliran zat cair di penampang besar (v1). Kita gantikan v2 pada persamaan 1 dengan v2 pada persamaan 2.

Dalam pokok bahasan Tekanan Pada Fluida, gurumuda sudah menjelaskan bahwa untuk menghitung tekanan fluida pada suatu kedalaman tertentu, kita bisa menggunakan persamaan :

Karena zat cair-nya sama maka massa jenisnya juga pasti sama. Kita l enyapkan rho dari persamaan…

Persamaan ini kita gunakan untuk menentukan laju zat cair yang mengalir dalam pipa.

b. Venturimeter Dengan Manometer

Gambar 13. Venturimeter Tanpa Manometer

3. Tabung Pitot

Kalau venturi meter digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair, maka tabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran gas / udara. Perhatikan gambar di bawah ini. Lubang pada titik 1 sejajar dengan aliran udara. Posisi kedua lubang ini dibuat cukup jauh dari ujung tabung pitot, sehingga laju dan tekanan udara di luar lubang sama seperti laju dan tekanan udara yang mengalir bebas. Dalam hal ini, v1 = laju aliran udara yang mengalir bebas (ini yang akan kita ukur), dan tekanan pada kaki kiri manometer (pipa bagian kiri) = tekanan udara yang mengalir bebas (P1).

Gambar 14. Tabung Pitot

Lubang yang menuju ke kaki kanan manometer, tegak lurus dengan aliran udara. Karenanya, laju aliran udara yang lewat di lubang ini (bagian tengah) berkurang dan udara berhenti ketika tiba di titik 2. Dalam hal ini, v2 = 0. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan udara di titik 2 (P2).

mengukur laju gas alias udara. Karenanya, kita tetap menggunakan persamaan efek venturi. Sekarang kita oprek persamaannya :

Perbedaan tekanan (P2 – P1) = tekanan hidrostatis zat cair dalam manometer (warna hitam dalam manometer adalah zat cair, air raksa misalnya). Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Perhatikan persamaan 1 dan persamaan 2. Ruas kiri-nya sama (P2 – P1). Karenanya persamaan 1 dan 2 bisa dioprek menjadi seperti ini :

Persamaan ini digunakan untuk menghitung laju aliran gas alias udara menggunakan tabung pitot.

4. Alat Penyemprot

Gambar 15. Penyemprot parfum

Secara garis besar, prinsip kerja penyemprot parfum bisa digambarkan sebagai berikut (sambil melihat gambar). Ketika bola karet diremas, udara yang ada di dalam bola karet meluncur keluar melalui pipa 1. Karenanya, udara dalam pipa 1 mempunyai laju yang lebih tinggi. Karena laju udara tinggi, maka tekanan udara pada pipa 1 menjadi rendah. Sebaliknya, udara dalam pipa 2 mempunyai laju yang lebih rendah. Tekanan udara dalam pipa 2 lebih tinggi. Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika si cairan parfum tiba di pipa 1, udara yang meluncur dari dalam bola karet mendorongnya keluar cairan parfum akhirnya menyembur membasahi tubuh.

Biasanya lubang berukuran kecil, sehingga parfum meluncur dengan cepat ingat persamaan kontinuitas, kalau luas penampang kecil, maka fluida bergerak lebih cepat. Sebaliknya, kalau luas penampang pipa besar, maka fluida bergerak pelan.

Gambar 16. Penyemprot nyamuk

Apabila pengisap ditekan, udara keluar dengan cepat melalui lubang sempit pada ujung pompa. Berdasarkan hukum Bernoulli, pada tempat yang kecepatannya besar, tekanannya akan mengecil. Akibatnya, tekanan udara pada bagian atas penampung lebih kecil daripada tekanan udara pada permukaan cairan dalam penampung. Karena perbedaan tekanan ini cairan akan bergerak naik dan tersembur keluar dalam bentuk kabut bersama semburan udara pada ujung pompa.

5. Pipet

mempunyai laju yang lebih kecil. Karena lajunya kecil, maka tekanannya lebih besar. Perbedaan tekanan udara ini yang membuat air atau minuman yang kita minum mengalir masuk ke dalam mulut kita. Dalam hal ini, cairan itu bergerak dari bagian pipet yang tekanan udara-nya tinggi menuju bagian pipet yang tekanan udara-nya rendah.

6. Cerobong Asap

Pernah lihat cerobong asap ? yang tinggal di kota, seperti surabaya, semarang, jakarta pasti pernah lihat cerobong asap pabrik. Mengapa asap bisa bergerak naik melalui cerobong ?

Pertama, asap hasil pembakaran memiliki suhu tinggi alias panas. Karena suhu tinggi, maka massa jenis udara tersebut kecil. Udara yang massa jenisnya kecil mudah terapung alias bergerak ke atas. Alasannya bukan cuma ini. Prinsip bernoulli juga terlibat dalam persoalan ini.

Kedua, prinsip bernoulli mengatakan bahwa jika laju aliran udara tinggi maka tekanannya menjadi kecil, sebaliknya jika laju aliran udara rendah, maka tekanannya besar. Ingat bahwa bagian atas cerobong berada di luar ruangan. Ada angin yang niup di bagian atas cerobong, sehingga tekanan udara di sekitarnya lebih kecil. Di dalam ruangan tertutup tidak ada angin yang niup, sehingga tekanan udara lebih besar. Karenanya asap digiring ke luar lewat cerobong (udara bergerak dari tempat yang tekanan udaranya tinggi ke tempat yang tekanan udaranya rendah).

7. Tikus dan Prinsip Bernoulli

Perhatikan gambar di bawah. Ini gambar lubang tikus dalam tanah. Tikus juga tahu prinsip om bernoulli. Si tikus tidak mau mati karena sesak napas, karenanya tikus membuat 2 lubang pada ketinggian yang berbeda. Akibat perbedaan ketinggian permukaan tanah, maka udara berdesak-desakan dengan temannya (bagian kanan). Mirip seperti air yang mengalir dari pipa yang penampangnya besar menuju pipa yang penampangnya kecil. Karena berdesak-desakan maka laju udara meningkat (Tekanan udara menurun).

Karena ada perbedaan tekanan udara, maka udara dipaksa mengalir masuk melalui lubang tikus. Udara mengalir dari tempat yang tekanan udara-nya tinggi ke tempat yang tekanan udaranya rendah. Tikus merasa lega ada hembusan angin sepoi-sepoi kering, yang membuat tikus tidak kepanasan. Si tikus sudah diprogram Sang Pencipta Alam Semesta dan Seisinya demikian.

8. Gaya Angkat Pada Pesawat Terbang

Salah satu faktor yang menyebabkan pesawat bisa terbang adalah adanya sayap. Bentuk sayap pesawat melengkung dan bagian depannya lebih tebal daripada bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti ini dinamakan aerofoil. Ide ini ditiru dari sayap burung. Bentuk sayap burung juga seperti itu (sayap burung melengkung dan bagian depannya lebih tebal). Pernah lihat burung belum ? Bedanya, sayap burung bisa dikepakkan, sedangkan sayap pesawat tidak. Burung bisa terbang karena ia mengepakkan sayapnya, sehingga ada aliran udara yang melewati kedua sisi sayap. Agar udara bisa mengalir pada kedua sisi sayap pesawat, maka pesawat harus digerakkan maju. Manusia menggunakan mesin untuk menggerakan pesawat (mesin baling2 atau mesin jet).

Gambar 18. Aerofil

Bagian depan sayap dirancang melengkung ke atas. Udara yang ngalir dari bawah berdesak2an dengan temannya yang ada di sebelah atas. Mirip seperti air yang ngalir dari pipa yang penampangnya besar ke pipa yang penampangnya sempit. Akibatnya, laju udara di sebelah atas sayap meningkat. Karena laju udara meningkat, maka tekanan udara menjadi kecil. Sebaliknya, laju aliran udara di sebelah bawah sayap lebih rendah, karena udara tidak berdesak2an (tekanan udaranya lebih besar). Adanya perbedaan tekanan ini, membuat sayap pesawat didorong ke atas. Karena sayapnya nempel dengan badan si pesawat, maka si pesawat ikut terangkat.

Bagian atas sayap itu melengkung ke bawah lagi, sampai ke buntutnya. Itu juga punya tujuan. Karena bentuk sayap melengkung ke bawah sampai ke buntutnya, maka udara dipaksa oleh sayap untuk mengalir lagi ke bawah. Menurut Newton dalam Hukum III Newton, karena ada gaya aksi maka ada gaya reaksi. Karena sayap memaksa udara turun, maka udara harus memaksa sayap naik. Dalam hal ini, udara memberikan gaya angkat pada sayap. Jadi bukan cuma prinsip bernoulli saja yang

bikin pesawat bisa terangkat.

Gambar 19. Aerofil 2

Dengan A sebagai luas penampang pesawat, maka besarnya gaya angkat dapat Adna ketahui melalui persamaan berikut.

Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya.

Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara. Hal ini berarti gaya angkat sayap pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap makin besar pula gaya angkatnya. Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (F1 – F2) > m g. Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (F1 – F2) = m g.

9. Perahu Layar

Dirimu pernah naik perahu layar-kah ? perahu layar biasanya berlayar melawan angin. Kok bisa lawan angin ya ? Seharusnya angin meniup perahu dan sopirnya ke belakang bisa. Nelayan juga tahu prinsip bernoulli. Cuma nelayan tidak tahu, kalau cara menggerakan perahu dengan memanfaatkan angin itu namanya prinsip bernoulli.

Kapal Layar merupakan penerapan dari prinsip Bernoulli yang digunakan untuk menghitung daya angkat pada airfoil.Airfoil???airfoil adalah bentuk sayap atau pisau (dari baling-baling, rotor atau turbin).

Gambar 20. Kapal layar

Hull:: bagian dari kapal layar yang berisi semua komponen internal. Tiller:: bagian dari dalam Hull.

Rudder:: bagian yang melekat pada tiller (kemudi air).

Mainsail:: layar yang menangkap sebagian besar angin untuk mendorong kapal layar. Mast:: sisi vertikal yang menempel pada mainsail untuk mengamankan sisi horizontal pada boom.

Boom:: sejajar tiang panjang dek yang berguna untuk memanfaatkan angin sebaik mungkin.

Jib:: layar segitiga kecil yang menambahkan kekuatan tambahan untuk mainsail. Keel:: menyeimbangkan kapal agar tidak terbalik.

Bagaimana kapal layar bergerak dengan Hukum Bernoulli?

Ketika angin mengalir, disisi lain kapal layar bergerak dengan cepat dan mendorong dengan keras…dengan demikian layar menerima kekuatan yang tegak lurus terhadap arah angin di dukung oleh keel kapal yang melakukan gerak lateral sehingga kapal hanya bisa bergerak maju yang membuat kekuatan kapal layar lebih besar dari pada kekuatan angin.

Kapal layar dapat bergerak berlawanan dengan arah angin dengan memanfaatkan hukum Bernoulli. Untuk dapat bergerak ke arah yang diinginkan maka kapal layar harus mempunyai dua buah layar yang dapat diatur-atur.

Soal dan Pembahasan Fluida dinamis

1. Sebuah bola besi yang berjari-jari 0.2 cm (pb= 5000kg/m3) dijatuhkan ke dalam drum yang berisikan minyak. Jika koefisien visikositas minyak ƞ = 11 x 10-2 _{kg/ms dan} massa jenis fluida (pf = 900k9/m3_{), maka kecepatan terminalnya adalah …?}

2. Pada sebuah sungai bawah tanah air mengalir dari hulu ke hilir. Kita anggap sungai berbentuk lingkaran dengan diameter bagian hulu sebesar 6 m dan hilir 10 m. Jika kelajuanalir pada sungai bagian hulu sebesar 10 m/s, maka hitunglah kecepatan alir di hilir sungai

3. Suatu aliran fluida yang mengalir melalui sebuah pipa berjari jari 4 cm dengan kecepatan 5 m/s, berapakah debit air tersebut?

4. Sebuah tangki memiliki lubang kecil dimana tinggi tangki 10 m dan tinggi lubang dari dasar tangki 4 m, tentukan kecepatan aliran di lubang tersebut

5. Sebuah venturimeter tanpa manometer memiliki luas penampang A1= 10 m2 _{dan A2 =} 8 m2 _{dengan tinggi pipa 5 m, tentukan kecepatan alir pada luas penampang 1.}

Jawab

1. Dik. R =0.2 cm = 0.002m Pb = 5000 kg/m3 pf = 900kg/m3 ƞ = 11 x 10-2 _kg/ms

Dit. Vt = …?

Peny.

VT = 2gR

2

9ƞ (pb−pf)

= 2x9.8x0.0022

TUGAS FISIKA

FLUIDA DINAMIS

NAMA : I MADE ADI SAPUTRA NIM : F1A113074

FAKULTAS MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM MATEMATIKA

UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI