PENERAPAN ASAS BERNOULLI

PENERAPAN ASAS BERNOULLI

PENERAPAN ASAS BERNOULLI

DALAM KEHIDUPAN SEHARI – HARI

DALAM KEHIDUPAN SEHARI – HARI

D

DI

I S

SU

US

SU

UN

N O

OL

LE

EH

H

::

D

DIIN

NU

U S

SA

A’’A

AD

DIIL

LL

LA

AH

H

(

( 1

14

4 )

)

Y

YU

US

SU

UF

F H

HA

AIID

DA

AR

R A

AL

LII (

( 3

39

9 )

)

SMA NEGERI 1 BLITAR

SMA NEGERI 1 BLITAR

RINTISAN SMA BERTARAF

RINTISAN SMA BERTARAF

INTERNATIONAL

INTERNATIONAL

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan   bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan  penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.

Hukum Bernoulli

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk    persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible

flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya  besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida

tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:

v  = kecepatan fluida

g = percepatan gravitasi bumi

h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi  p = tekanan fluida

ρ = densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai  berikut:

• Aliran bersifat tunak (steady state) •  Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:

Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida

termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:

= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan maka

= entalpi fluida per satuan massa

Catatan: , di mana adalah energi termodinamika per satuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.

Penerapan asas bernoulli pada mesin uap

Mesin uap adalah mesin yang menggunakan energi panas dalam uap air dan mengubahnya menjadi energi mekanis. Mesin uap digunakan dalam  pompa, lokomotif  dan kapal laut, dan sangat penting dalam Revolusi Industri.

Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam. Karburator masih digunakan dalam mesin kecil dan dalam mobil tua atau khusus seperti yang dirancang untuk balap mobil stock. Kebanyakan mobil yang diproduksi pada awal 1980-an telah menggunakan injeksi bahan bakar elektronik terkomputerisasi. Mayoritas motor masih menggunakan karburator dikarenakan lebih ringan dan murah, namun pada 2005 sudah banyak model baru diperkenalkan dengan injeksi bahan bakar. Karburator dapat dikelompokan menurut arah aliran udara, barel dan tipe venturi. Tiap-tiap karburator mengkombinasikan ketiganya dalam desainnya.

•

Arah aliran udara

1. Aliran turun (downdraft), udara masuk dari bagian atas karburator lalu keluar melalui  bagian bawah karburator.

2. Aliran datar (sidedraft), udara masuk dari sisi samping dan mengalir dengan arah mendatar lalu keluar lewat sisi sebelahnya.

3. Aliran naik (updraft), kebalikan dari aliran turun, udara masuk dari bawah lalu keluar  melalui bagian atas.

•

Barel

Barel adalah saluran udara yang didalamnya terdapat venturi.

1. Single barel, hanya memiliki satu barel. Umumnya digunakan pada sepeda motor  atau mobil dengan kapasitas mesin kecil. 2. Multi barel, memimiliki lebih dari satu barel

(umumnya dua atau empat barel), untuk  memenuhi kebutuhan akan aliran udara yang lebih besar terutama untuk mesin dengan kapasitas mesin yang besar.

•

Venturi

1. Venturi Tetap, pada tipe ini ukuran venturi selalu tetap. Pedal gas mengatur katup udara yang menentukan besarnya aliran udara yang melewati venturi sehigga menentukan besarnya tekanan untuk menarik bahan bakar.

2. Venturi bergerak, pada tipe ini pedal gas mengatur besarnya venturi dengan menggunakan piston yang dapat naik-turun sehingga membentuk celah venturi yang dapat berubah-ubah. Naik-turunnya piston venturi ini disertai dengan naik-turunnya needle jet yang mengatur besarnya bahan bakar yang dapat tertarik serta dengan aliran udara. Tipe ini disebut juga "tekanan tetap" karena tekanan udara sebelum memasuki venturi selalu sama.

Prinsip Kerja

Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli: semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statis-nya namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Pedal gas pada mobil sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya aliran  bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran udara yang dapat masuk kedalam ruang

 bakar. Udara bergerak dalam karburator inilah yang memiliki tekanan untuk menarik serta  bahan bakar masuk kedalam ruang bakar.

Kebanyakan mesin berkarburator hanya memiliki satu buah karburator, namun ada  pula yang menggunakan satu karburator untuk tiap silinder yang dimiliki. Bahkan sempat menjadi trend  _{modifikasi sepeda motor di Indonesia penggunaan} multi-carbu _(banyak 

karburator) namun biasanya hal ini hanya digunakan sebagai hiasan saja tanpa ada fungsi teknisnya. Mesin-mesin generasi awal menggunakan karburator aliran keatas (updraft), dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator lalu keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat menghindari terjadinya mesin banjir , karena kelebihan  bahan bakar cair akan langsung tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam intake mainfold; keuntungan lainnya adalah bagian bawah karburator dapat disambungkan dengan saluran oli supaya ada sedikit oli yang ikut kedalam aliran udara dan digunakan untuk  membasuh filter udara; namun dengan menggunakan filter udara berbahan kertas  pembasuhan menggunakan oli ini sudah tidak diperlukan lagi sekarang ini.

Mulai akhir 1930-an, karburator aliran kebawah (downdraft) dan aliran kesamping (sidedraft) mulai popouler digunakan untuk otomotif.

Penerapan asas bernoulli pada semprotan nyamuk 

Contoh berlakunya Hukum Bernoulli adalah semprotan nyamuk. Pada saat udara dipompakan maka udara di atas selang cairan akan bergerak cepat. Akhirnya tekanan udara kecil dan cairan dapat tersedot ke atas.

Penerapan asas bernoulli pada kebocoran air 

Contoh peristiwa yang berlaku Hukum Bernoulli yang lain adalah seperti pada kebocoran air di tangki. Sebuah bejana berisi penuh air. Bejana bocor pada jarak h _{di bawah permukaan air. Kecepatan}

aliran kebocoran air dapat ditentukan dengan Hukum Bernoulli :

Tekanan di titik A maupun B sama dengan tekanan udara PA ≈ PB = Pu, di titik A kecepatannya dapat dianggap nol vA = 0 karena luas penampangnya jauh lebih besar disbanding kebocoran dan h = 0. Dari nilai-nilai ini dapat diperoleh :

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa semakin besar 

kecepatan fluida, maka semakin kecil tekanannya. Sebaliknya,

semakin kecil kecepatan fluida, maka semakin besar 

tekanannya.

Hukum Bernoulli tentang aliran dan tekanan udara

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yangmelalui sayap pesawat tersebut, berbeda dengan roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan roket dengan roket itu sendiri. Roket menyemburkan gas ke belakang (ke  bawah), sebagai reaksinya gas mendorong roket ke atas. Jadi roket tetap dapat terangkat ke

atas meskipun tidak ada udara, pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada udara. Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dari pada  bagian depan, dan sisi bagian atas yang lebih melengkung dari pada sisi bagian bawahnya.

Gambar di bawah adalah bentuk penampang sayap yang disebut dengan aerofoil.

Garis arus pada sisi bagaian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawahnya, yang berarti laju aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap (v1). Sesuai dengan asas Bernoulli

Tekanan pada sisi bagian atas pesawat (p2) lebih kecil daripada sisi bagian bawah pesawat (p1) karena laju udara lebih besar. Beda tekanan p1 – p2 menghasilkan gaya angkat sebesar: F1 - F2 = (p1 -p2)A , dengan A merupakan luas penampang total sayap jika nilai p1 – p2 dari  persamaan gaya angkat diperoleh , , dengan ρ adalah massa jenis udara.

Pesawat dapat terangkat keatas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat, jadi apakah suatu pesawat dapat atau tidak tergantung pada berat pesawat, kelajuan pesawat dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin kecepatan udara dan ini berarti  bertambah besar sehingga gaya angkat 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 Penerapan Hukum Bernoulli untuk mendesain pesawat ter bang

Pesawat terbang dirancang sedemikian rupa sehingga hambatan udaranya sekecil mungkin. Pesawat pada saat terbang akan menghadapi beberapa hambatan, diantaranya hambatan udara, hambatan karena berat badan pesawat itu sendiri, dan hambatan pada saat menabrak  awan. Setelah dilakukan perhitungan dan rancangan yang akurat dan teliti, langkah

selanjutnya adalah pemilihan mesin penggerak pesawat yang mampu mengangkat dan mendorong badan pesawat.

Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa.

Berat pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi. Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk pesawat.

Gaya ke depan yang disebabkan oleh gesekan udara. Gaya hambatan yang disebabkan oleh gesekan udara

Jika pesawat hendak bergerak mendatar dengan suatu percepatan, maka gaya ke depan harus lebih besar daripada gaya hambatan dan gaya angkat harus sama dengan berat pesawat. Jika  pesawat hendak menambah ketinggian yang tetap, maka resultan gaya mendatar dan gaya

vertical harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa gaya ke depan sama dengan gaya hambatan dan gaya angkat sama dengan berat pesawat.

Jenis-jenis mesin pesawat terbang

Pesawat terbang digerakan oleh sebuah sistem penggerak yang mampu mengangkat dan mendorong pesawat ke udara. Pemilihan sistem penggerak didasarkan pada besar kecilnya ukuran pesawat terbang. Adapun jenis-jenis mesin pesawat terbang adalah sebagai berikut: Turbo Propeller 

Pada awal-awal dioperasikannya pesawat komersial tahun 1950, sistem penggerak yang digunakan adalah turbo propeller atau yang biasa disebut dengan turboprop, yakni gabungan antara propeller (kipas) untuk menghisap udara masuk ke ruang bakar dengan turbin yang tertutup casing, sedangkan penggunaan mesin turboprop pesawat militer dimulai awal tahun 1930.

Awal dioperasikannya pesawat komersial 1950 Turbo Jet

Pengembangan sistem penggerak pesawat terbang mengalami peningkatan yang cukup  berarti dengan dikembangkannya mesin turbo jet, di mana propeller yang berfungsi untuk 

menghisap udara digantikan dengan kompresor bertekanan tinggi yang tertutup casing mesin menyatu dengan ruang bakar dan turbin pesawat. Dari gambar di bawah terlihat bagian- bagian dari mesin turbo jet, yang terdiri dari air inlet (saluran udara), sirip compressor dan

sirip stator, saluran bahan bakar (fuel in), ruang pembakaran (combuster), daun turbin dan saluran buang (exhaust).

Pesawat berbadan lebar dengan sistim penggerak mesin turbo Sistem kemudi pesawat terbang

Sistem kemudi pesawat terbang dipergunakan untuk melakukan manuver. Pada saat pesawat akan berbelok ke arah kanan maka daun kemudi digerakkan ke arah kiri, begitu juga saat  pesawat akan bermanuver ke kiri, maka daun kemudi digerakkan ke arah kiri. Bagian  belakang pesawat terdapat kemudi yang dirancang secara horizontal dan vertical.

Ekor Pesawa terbang untuk Manuver 

Pesawat bisa terbang ke segala arah, menanti gerak kemudi pilot. Kalau kemudi diputar ke kiri, pesawat akan banking ke kiri. Demikian pula sebaliknya. Gerakan ini ditentukan bilah aileron di kedua ujung sayap utama. Lalu, jika pedal kiri atau kanan diinjak, pesawat akan  bergerak maju ke kiri atau ke kanan. Dalam hal ini yang bergerak adalah bilah

rudder.Posisinya di belakang sayap tegak (di ekor).

Berbeda jika gagang kemudi di tarik atau didorong. Pesawat akan menanjak atau menukik. Penentu gerakan ini adalah bilah kemudi elevator yang terletak di kedua bilah sayap ekor  horizontal.

Tuas Kemudi Pesawat Terbang

Aileron yang berfungsi untuk manuver 

Menghitung kelajuan cairan dalam pipa memakai

venturimeter tanpa manometer 

v1 : kecepatan fluida pada pipa yang besar satuannya m/s h : beda tinggi cairan pada kedua tabung vertikal satuannya m A1 : luas penampang pipa yang besar satuannya m2

A2 : luas penampang pipa yang kecil (pipa manometer) satuannya m2

v : kecepatan fluida pada pipa yang besar satuannya m/s h : beda tinggi cairan pada manometer satuannya m A1 : luas penampang pipa yang besar satuannya m2

A2 : luas penampang pipa yang kecil (pipa manometer) satuannya m2

ρ : massa jenis cairan (fluida) yang mengalir pada pipa besar satuannya Kg/m3 ρ’ : massa jenis cairan (fluida) pada manometer satuannya Kg/m3

Cara menghitung kelajuan gas dalam pipa

v : kelajuan gas, satuan m/s

h : beda tinggi air raksa, satuan m

A2 : luas penampang pipa yang kecil (pipa manometer) satuannya m2 ρ : massa jenis gas, satuannya Kg/m3

ρ’ : massa jenis cairan pada manometer satuannya Kg/m3

Tambahan foil pada ekor pesawat