• Tidak ada hasil yang ditemukan

Ferianto Raharjo Fisika Dasar Mekanika (1)

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2018

Membagikan "Ferianto Raharjo Fisika Dasar Mekanika (1)"

Copied!
15
0
0

Teks penuh

(1)

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 .

(2)

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.

(3)

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

(4)

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.

(5)

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

(6)

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.

(7)

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

(8)

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

(9)

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.

(10)

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

(11)

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.A22.

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:

A11 = A22

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 :

(12)

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

(13)

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:

(14)

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

(15)

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 .

Referensi

Dokumen terkait

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kontribusi dari trait kepribadian terhadap pembentukan dimensi komitmen organisasi pada operator SPBU Pertamina COCO Kota

TBS untuk divisi peternakan sapi potong dapat terdiri dari seorang menejer yang membawahi 5 unit yaitu unit pakan, unit produksi, unit reproduksi, unit kompos

Di dalam kegiatan proses belajar mengajar, guru matematika bisa menggunakan model pembelajaran yang bisa membuat siswa ikut aktif di dalam kegiatan proses

Misalnya apakah artinya indah?, apakah yang menumbuhkan rasa indah itu?, Dari mana datangnya rasa indah itu?, Apa yang menyebabkan barang yang satu indah dan yang

Meskipun hasil dari penelitian ini menunjukan adanya hubungan yang negatif antara kecanduan bermain game online dan prestasi belajar pada siswa SMP Negeri 4 Salatiga,

[r]

Observasi pra-PPL menyangkut perangkat pembelajaran (meliputi kurikulum, silabus, dan RPP), proses pembelajaran (meliputi cara membuka pelajaran, menyajikan materi,

angka 36.5 yang berbunyi, setelah pemberitahuan adanya pelelangan gagal, maka Pokja ULP atau Pokja ULP Pengganti (apabila ada) meneliti dan menganalisis penyebab terjadinya