M EKAN I KA FLU I D A
Zat dibedakan dalam 3 keadaan dasar ( fase) , y ait u: 1. Fase padat , zat m em per t ahank an suat u bent uk
dan ukur an yang t et ap, sekalipun suat u gaya yang besar diker j akan pada benda padat .
2. Fase cair , zat t idak m em per t ahankan bent uk y ang t et ap m elaink an m engik ut i bent uk
w adahnya. Tet api seper t i halnya fase padat , pada fase ini zat t idak dengan m udah dapat
dim am pat kan, dan volum enya dapat diubah hanya j ika diker j akan gaya yang sangat besar pada zat cair .
Kar ena fase cair dan gas t idak m em per t ahank an suat u bent uk y ang t et ap, k eduany a m em puny ai k em am puan unt uk m engalir ; dengan dem ikian disebut fluida.
Dalam m ek anik a fluida ak an dibahas sifat - sifat fluida yang ber hubungan k engan k em am puanny a unt uk m engalir , m eliput i st at ik a fluida unt uk zat alir y ang diam dan dinam ik a fluida unt uk zat alir y ang ber ger ak.
STATI KA FLUI D A
Ker apat an dan Ber at Jenis
Ker apat an suat u benda, ρ, didefinisik an sebagai m assa per sat uan v olum e:
ρ = m
v
dengan m adalah m assa benda dan v adalah v olum eny a.
Sat uan k er apat an adalah k g/ m3.
Ber at j enis suat u benda didefinisikan sebagai per bandingan k er apat an benda t er sebut t er hadap k er apat an air pada suhu 4° C.
Con t oh 1 :
Ber apakah m assa bola besi pada dengan
ker apat an 7800 kg/ m3 yang m em punyai j ar i- j ar i 18 cm ?
Pe n y e le sa ia n :
STATI KA FLUI D A
Tek anan dalam Fluida
Tek anan, P, didefinisik an sebagai gay a per sat uan luas, dengan gaya F dianggap beker j a secar a t egak lur us t er hadap luas per m uk aan A:
P = F A
Sebagai cont oh per hit ungan t ek anan, seorang dengan ber at 60 kg yang kedua t elapak kakinya m enut upi luasan 500 cm2 akan m engakibat kan t ekanan t er hadap t anah sebesar
P = AF = m .gA = ( 60 k g) .( 10 m / s 2)
( 0,05 m2) = 12.000 N/ m2
Jika or ang t er sebut ber dir i dengan sat u k ak i,
gayanya akan t et ap sam a t et api k ar ena luasanny a m enj adi set engah, m aka t ekanannya akan m enj adi dua k aliny a y ait u 24.000 N/ m2.
Sifat pent ing lain pada fluida diam adalah gay a y ang disebabkan oleh t ekanan fluida selalu bek er j a secar a t egak lur us t erhadap set iap per m uk aan yang ber sent uhan.
Jik a ada k om ponen gay a y ang sej aj ar dengan per m ukaan benda padat , per m ukaan t er sebut akan m enggunakan gaya balik t er hadap fluida y ang j uga m em punyai kom ponen sej aj ar dengan dengan asum si bahw a fluida t er sebut dalam keadaan diam .
Tek anan dalam fluida y ang m em puny ai k er apat an ser agam akan ber var iasi t er hadap kedalam an.
Tek anan y ang disebabkan oleh cairan pada k edalam an h, disebabkan oleh ber at cair an di at asny a. Sehingga gaya yang bekerj a pada luasan baw ah adalah F = m .g = ρ.A.h.g.
h A
A
Kem udian t ek anan, P, adalah
Con t oh 2 :
Per m uk aan air pada t andon air 30 m di at as k r an air dapur sebuah r um ah. Hit unglah t ek anan air pada k r an t er sebut !
Pe n y e le sa ia n :
STATI KA FLUI D A
Pr insip Pascal
Pr insip Pascal m eny at ak an bahw a t ek anan y ang diker j akan pada suat u fluida akan m enyebabkan kenaikan t ekanan ke segala ar ah dengan sam a r at a.
Fin Fout
Pout
Pin
Ain Aout
Dengan pr insip ini, sebuah gaya y ang kecil dapat digunak an unt uk m enghasilk an gay a yang besar
Hal ini t er j adi k ar ena t ek anan pada m asuk an dan k eluar an ak an sam a pada k et inggian yang sam a. Dengan dem ik ian, akan diper oleh
Pin = Pout lebih besar dar ipada luas penam pang m asuk an.
Con t oh 3 :
Sebuah alat t ek an hidr olik y ang m em ilik i luas
penam pang penghisap besar , A1 = 200 cm2 dan luas penam pang penghisap k ecil, A2 = 5 cm2. Gay a
sebesar 250 N dilakukan pada penghisap kecil,
ber apakah gaya yang t er j adi pada penghisap besar ?
F2 F1
A2 A1
STATI KA FLUI D A
Gay a Apung ( Bouyancy) dan Pr insip Ar chim edes
Ber at benda y ang t enggelam di dalam fluida
t er lihat lebih r ingan dar ipada saat benda t er sebut ber ada di luar fluida. Hal ini t er j adi kar ena ada gay a apung ke at as y ang diker j akan oleh fluida. Gay a apung t er j adi k ar ena t ek anan dalam sebuah fluida naik sebanding dengan k edalam an. Dengan dem ikian t ekanan ke at as pada per m ukaan baw ah benda y ang t enggelam lebih besar dar ipada
t ekanan ke baw ah pada bagian per m ukaan at as.
Selisih gayanyadisebut sebagai gaya apung, FB, y ang beker j a ke at as dan m em punyai besar
FB = F2 – F1 = ρ.g.A.( h2 – h1) = ρ.g.A.h = ρ.g.V Dengan dem ik ian, gaya apung pada kubus sam a dengan ber at fluida yang dipindahk an, yang dik enal dengan pr insip Ar chim edes.
Pada per m uk aan at as k ubus, Fluida m elak uk an t ek anan sebesar P1 = ρ.g.h1, sehingga gaya yang diak ibat k an oleh t ek anan adalah F1 = P1.A = ρ.g.h1.A
STATI KA FLUI D A
Apungan dan Pr insip Ar chim edes
Pr insip Ar chim edes m eny ebut k an bahw a gaya apung pada suat u benda y ang dicelupkan dalam sebuah fluida sam a dengan ber at fluida yang dipindahkan oleh benda t er sebut .
Ar chim edes ( 287- 212 B.C.)
Con t oh 4 :
Balok kayu dengan ker apat an 0,6 g/ cm3 ber upa k ubus dengan panj ang sisi 10 cm t er apung di at as air. Tent uk an bagian k ayu yang ber ada di baw ah per m ukaan air.
D I N AM I KA FLUI D A
Alir an fluida dibedak an m enj adi dua t ipe, y ait u:
Ter j adi j ik a alir an lancar , sehingga lapisan fluida yang saling ber dek at an m engalir dengan lancar . Set iap par t ikel fluida m engikut i sebuah lint asan lur us yang t idak saling m enyilang sat u dengan lainny a. disebut sebagai ar us eddy at au k isar an.
D I N AM I KA FLUI D A
Laj u Alir dan Per sam aan Kont inuit as
Hal y ang sam a t er j adi pada t it ik 2, y ait u y ang m elew at i luasan A2, laj u alir m assa adalah ρ2.A2.υ2.
Kar ena t idak ada alir an fluida di dalam dan/ at au di luar sisi, laj u alir m elalui A1 dan A2 harus sam a. Dengan dem ik ian:
ρ1.A1.υ1 = ρ2.A2.υ2 y ang disebut per sam aan kont inuit as.
Jik a ρ1 = ρ2, m aka per sam aan kont inuit as m enj adi:
A1.υ1 = A2.υ2
υ1 υ2
A1 A2
∆L1 ∆L2
Con t oh 5 :
Pipa dengan penam pang lingk ar an penuh ber isi air seper t i pada gam bar . Diket ahui diam et er D1 dua kali diam et er D2. Jika diket ahui kecepat an alir an V1 = 5 m / s, hit unglah k ecepat an alir an V2!
Pe n y e le sa ia n :
Con t oh 6 :
Seber apa besar ukur an pipa pem anas j ika udar a y ang ber ger ak sepanj ang pipa t er sebut dengan k ecepat an 3 m / det dapat m engisi udar a lagi set iap 15 m enit dalam sebuah r uangan dengan v olum e 300 m3? Asum sikan bahw a ker apat an udar a t et ap.
Pe n y e le sa ia n :
DI NAMI KA FLUI DA Per sam aan Ber noulli
Jika t ekanan pada 1 dan 2 diukur , ak an diper oleh bahw a t ek anan di t it ik 2 lebih r endah dar ipada t ek anan di t it ik 1.
Ber noulli m eny at ak an bahw a bilam ana k ecepat an fluida t inggi, t ek ananny a r endah, dan
bilam ana k ecepat anny a r endah, t ek ananny a t inggi.
Ber noulli, Daniel ( 1700- 1782)
υ1 υ2
A1 A2
A1
Pada t it ik 2, usaha y ang dilakukan adalah:
W2 = – P2.A2.∆L2
Tanda negat if m enyat akan bahw a gaya y ang beker j a pada fluida ber law anan dengan ar ah ger ak an.
Fluida pada sisi kir i t it ik 1 m enger j ak an t ek anan P1 dan m elak uk an usaha sebesar :
W1 = F1.∆L1 = P1.A1.∆L1
Usaha j uga dilakukan pada fluida oleh gay a gr av it asi.
Usaha t ot al y ang dilakukan pada fluida adalah:
Sesuai t eor em a usaha dan ener gi, usaha t ot al y ang dilakukan pada suat u sist em sam a dengan
per ubahan ener gi k inet ik ny a, sehingga:
Massa m m em punyai volum e A1.∆L1 = A2.∆L2,
Set elah disusun ulang ak an diper oleh:
Per sam aan t er sebut disebut persam aan Ber noulli. 1
2
P1 + .ρ.υ12 + ρ.g.y
Con t oh 7 :
Air ber sir kulasi ke selur uh r um ah dalam sist em pem anasan air panas. Jika air dipom pakan pada k ecepat an 0,5 m / det m elalui pipa ber diam et er 4 cm di lant ai dasar pada t ek anan 3 at m , berapa kecepat an alir dan t ekanan dalam pipa
ber diam et er 2,6 cm di lant ai dua pada k et inggian 5 m .