PENDAHULUAN
Suatu ilmu yang mempelajari sifat-sifat / karakteristik fluida di bawah pengaruh gaya yang bekerja yang disebut: Mekanika Fluida.
Pengetahuan dasar mekanika fluida sangat berguna dan bermanfaat bagi para ilmuan dalam mengaplikasikan ilmunya, hal ini disebabkan karena mekanika fluida baik secara langsung ataupun tidak dalam memecahkan masalah mengenai mekanika fluida.
Aplikasi mekanika fluida antara lain:
- Transpor / pemindahan sedimen yang melibatkan medium air
- Penyebaran panas di daerah pesisir pantai , contohnya pembuatan inlet dan output bagi PLTU, dimana beberapa karakteristik fliuda sangat berpengaruh, sehingga penyebaran panasnya merata dan efisien.
- Pergerakan gelombang laut yang diakibatkan oleh gaya gesek angin.
- Aliran sungai
- Dasar pesawat terbang / Aerodinamik dasar
Beberapa sifat fluida
- Fluida adalah suatu zat / materi yang dapat berubah secara kontinu bila diberi gaya geser beberapapun besarnya pada setiap besaran / magnitude pada fluida tersebut.
- Fluida mudah berubah bentuk, sesuai dengan tempatnya, seperti fluida dalam botol berbeda dengan fluida dalam bak.
- Gaya tarik antar molekul fluida lebih kecil daripada molekul padat, sehingga molekul-molekulnya mudah bergerak dengan bebas.
- Zat cair dapat dengan mudah berubah bentuk tapi tidak mudah mengalami pemanpatan, salah satu penyebabnya adalah jarak antar molekul yang bekerja pada permukaan air berbeda. Gaya normal (Fn) menyebabkan pemanpatan tapi tidak merubah molekul air. Sedangkan gaya shear (Fs) menyebabkan perubahan bentuk pada molekul air.
1
- Pada zat padat biasanya mengalami proses perubahan yang sangat kecil tapi bukan perubahan yang kontinu.
- Partikel fluida adalah kumpulan dari sejumlah besar molekul – molekul fluida tersebut yang memiliki sifat-sifat fluida yang sama atau merupakan satuan massa yang terkecil dari fluida yang diasumsikan sebagai benda kecil sehingga semua elemen dapat ditinjau memiliki kecepatan (V), percepatan (a) dan densitas yang sama ( )
- Kecepatan fluida adalah: kecepatan partikel (elemen dasar / massa yang paling kecil yang ditinjau dalam mekanika fluida). Kecepatan rata-rata dari molekul – molekul fluida pada tiap partikelnya. Setiap molekul pada 1 partikel memiliki kecepatan molekul masing-masing, sehingga kecepatan partikel kecepatan rata- rata molekul.
N n
i
p M
V N V
1
1
- Karakteristik (P, V, T) pada fluida diasumsikan berubah secara kontinu di dalam suatu ruang fluida, dimana jika volume terus menerus diperkecil hingga ukuran partikel maka karakteristik (P, T, V, ) sudah tidak berubah lagi ( konstan).
1 1
1 V
m
,
2 2
2 V
m
,
3 3
3 V
m
,
4 4
4 V
m
, dimana setiap densitas berbeda, dengan
kata lain densitas pada kontrol volume itu berubah hingga konstan
s s
s V
m
,
maka Vs V 0 (densitas tidak berubah lagi)
1. Konsep Dasar
Partikel fluida adalah kumpulan dari sejumlah besar molekul-molekul fluida tersebut yang memiliki sifat-sifat fluida yang sama atau merupakan satuan massa yang terkecil dari fluida yang diasumsikan sebagai benda kecil sehingga semua elemen dapat ditinjau memiliki kecepatan, percepatan, densitas dan karakteristik fluida yang lain yang sama.
2 Permukaan air
Fs Fn
Partikel fluida dapat berubah bentuk dalam setiap pergerakanya yang dikarenakan gerakan partikel lain. Ada gaya yang menyebabkanya, yaitu gaya tekanan dan gaya geser ( ),
dn
dV
2. Persamaan Dasar
Gerakan fluida merupakan resultan gerak dari partikel-partikel fluida.
Pada koordinat Metoda Euler, x,y, z digunakan untuk megekspresikan V dan P sebagai fungsi ruang dan waktu.
V = F(x, y, z, t) Kecepatan partikel fluida P = F(x, y, z, t) Tekanan partikel fluida
P = Fn / A
Ada dua persamaan dasar, yaitu:
- Persamaaan gerak momentum = m.v - Persamaan kekekalan massa (kontinuitas)
Persamaan keadaan; Persamaan yang menyatakan hubungan parameter fisis fluida (berbagai parameter), misalnya dengan T, pada gas ideal, sedangkan persamaan keadaan di oseanografi adalah densitas salinitas dan temperatur
) , , (S T P
Prinsip kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnakan, hanya perubahan bentuk.
Contoh: perubahan energi potensial (EP) energi kinetik (EK) Energi listrik
Persamaan keadaan dan persamaan kekekalan energi berlaku untuk fluida compresible, maka terjadi perubahan-perubahan. Contohnya; udara, hal ini karena apabila udara dipanaskan maka volumenya akan meningkat, sedangkan densitasnya akan menurun.
Kerena densitas merupakan fungsi dari temperatur, maka temperaturnya juga
3
meningkat sehingga terjadi pergerakan partikel (Ek) dari energi panas. Sedangkan air adalah incompresibel.
Prinsip dari kekontinuitasan menyatakan kekekalan massa fluida, prinsip ini tidak berlaku dalam mekanika Einstein (Relativitas), karena E = m c2 , dimana massa dapat berubah menjadi energi, tapi prinsip ini berlaku untuk mekanika Newton.
Dalam fluida incompresible, tidak ada perubahan volume
in
volV m
m
out
volV m
Transport momentum per volume = 1 partikel
in
volV m
<
out
volV m
, m < 0
in
volV m
=
out
volV m
, m = 0
in
volV m
>
out
volV m
, m > 0
Prinsip dari kontinuitas memberikan hubungan kecepatan, densitas (m / vol) dari ruang (kontrovolium).
Untuk incompresible: xu yv wz 0 , apabila 0
x
u , yv 0, maka 0
z w
Perubahan volume tidak selalu harus in = out, misalnya in >>>> maka out <<<<
Dari kemungkinan m > 0, m < 0, dan m= 0, kekekalan massanya terjadi pada;
m = in – out
m - in +out = 0
4
