FISIKA DASAR Fluida statis dan fluida dinamis

Fluida statis dan fluida dinamis

FISIKA DASAR

Karawang, 25 Desember 2023 Team Teaching:

Dr. Ir. Ridwan Rachmat, Magr Weni Tri Sasmi, M.Pd

FAKULTAS TEKNIK

PRODI TEKNIK INDUSTRI

Fluida Statis

Fluida statis mengacu pada fluida yang dalam keadaan diam atau tidak bergerak. Ketika

fluida statis, tekanan di dalamnya sama di

semua titik dan tidak ada pergerakan aliran.

Namun, fluida statis masih dapat mengalami perubahan bentuk jika diberikan gaya atau tekanan yang cukup besar.

Fluida dinamis

Fluida dinamis adalah fluida yang mengalir dan bergerak. Aliran fluida dinamis dapat terjadi

karena perbedaan tekanan atau gaya yang diberikan. Dalam fluida dinamis, terdapat perbedaan tekanan antara titik-titik yang

berbeda dan ada pergerakan aliran yang dapat

diamati.

Fluida zat alir, contohnya : zat cair dan gas

Fluida merupakan sesuatu yang dapat mengalir sehingga sering disebut sebagai zat alir. Fasa zat cair dan gas termasuk ke dalam jenis fluida

Fluida Statis

CAIR:

• Molekul-molekul terikat secara longgar namun tetap berdekatan

• Tekanan yg terjadi karena ada gaya gravitasi bumi yg bekerja padanya

• Tekanan terjadi secara tegak lurus pada bidang

GAS:

• Molekul bergerak bebas dan saling bertumbukan

• Tekanan gas bersumber pada perubahan momentum disebabkan tumbukan molekul gas pada dinding

• Tekanan terjadi tidak tegak lurus pada bidang

Fluida selalu mempunyai bentuk yang dapat berubah secara

kontinu seperti wadahnya

TEKANAN RATA-RATA pada pada suatu permukaan dengan luas A didefenisikan sebagai gaya dibagi dengan luas, dimana dinyatakan bahwa gaya harus tegak lurus (normal) terhadap permukaan

satuan SI untuk tekanan adalah pascal (Pa), dan 1 Pa = 1 N/m²

Tekanan rata-rata

 

P =

 

Contoh soal

Sebuah silinder logam 80 kg dengan panjang 2,0 m dan luas 25 pada kedua ujungnya, berdiri secara vertikal pada satu ujungnya. Berapakah tekanan yang diberikan silinder terhadap lantai ?

Jawab :

  

P =

 

P =

 

P =

 

P =

 

P = 32 x

 

P = 3,2 x

 

Jadi besarnya tekanan yang diberikan silinder terhadap lantai adalah : 3,2 x

 

Contoh soal

Tekanan atmosfer adalah sekitar 1,0 x Pa. berapa besar gaya yang diberikan udara diam dalam ruangan pada bagian dalam kaca jendela yang berukuran 40 cm x 80 cm ?

Jawab :

Atmosfer memberikan gaya normal pada permukaan apapun yang ditempatkan di dalamnya.

Sebagai konsekuensinya, gaya pada kaca jendela adalah tegak lurus terhadap permukaan kaca jendela tersebut.

F = P . A

  

P =

 

Dik : P = 1,0 X Pa = 1,0 X N/

A = panjang . Lebar = 0,4 m x 0,8 m = 0,32 Dit : F….?

Jawab : F = P A

F = (1,0 x N/) (0,32 ) F = 3,2 x N

 

TEKANAN ATMOSFER STANDAR (P_A) adalah 1,01 x 10⁵ Pa.

Satuan-satuan tekanan lain adalah : 1 atmosfer (atm) = 1,013 x 10⁵ Pa

1 torr = 1 mm air raksa (mmHg) = 133,32 Pa

MASSA JENIS (ρ) suatu bahan adalah massa per satuan volume. Massa jenis merupakan sifat penting dari suatu zat

ρ = =

Satuan SI massa jenis adalah kg/, meskipun g/c juga digunakan.

Massa jenis air : 1000 kg/ = 1 g/c

Dalam dunia medis, satuan densitas lebih sering dinyatakan sebagai gr/cc (specific gravity / SG) 1 gr/cc = 1000 kg/

  

TEKANAN HIDROSTATIK (P) akibat kolom fluida setinggi h dan massa jenis ρ adalah P = ρgh

h

P = Tekanan (1 N/m

²

= 1 Pa) F = Gaya (N)

A = Luas penampang (m

²

)

Contoh soal

Tentukan tekanan akibat fluida pada kedalaman 76 cm dalam (a) air diam (ρ

w

= 1,00 g/) dan (b) air raksa diam (ρ = 13,6 g/)

Jawab :

Dik : ρ

w

= 1,00 g/ = 1000 kg/

ρ = 13,6 g/c = 13600 kg/

h = 76 cm = 0,76 m

Dit : P…?

Jawab :

(a)

P = ρ

w

gh = (1000 kg/)(10)(0,76 m) = 7600 Pa = 7,6 kPa

(b)

P = ρgh = (13600 kg/)(10)(0,76 m) = 103360 Pa = 1,03 x Pa

  

P = ρgh

Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:

a. air,

ρ

_w

= 1,00 g/)

b. raksa,

(ρ = 13,6 g/)

c. gliserin. (

ρ= 1.260 Kg/

⁾

 

PRINSIP PASCAL : Ketika tekanan pada bagian manapun suatu fluida (larutan atau gas) yang tertutup berubah, tekanan pada setiap bagian fluida juga berubah dengan jumlah yang sama.

Tekanan adalah sama di setiap titik pada kedalaman yang sama

F 1 F 2

�

_�

= �

_�

 

�

_�

�

_�

= �

_�

�

_�

 

PRINSIP ARCHIMEDES : suatu benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam suatu fluida akan mengalami gaya apung ke atas dengan gaya setara dengan berat fluida yang dipindahkan. Gaya apung dapat dianggap bekerja secara vertikal ke atas melalui pusat gravitasi fluida yang dipindahkan.

F

_B

= gaya apung = berat fluida yang dipindahkan

Gaya apung suatu benda dengan volume V yang sepenuhnya terendam dalam suatu fluida dengan massa jenis ρ_f adalah ρ_f Vg, dan berat benda adalah ρ₀Vg, dimana ρ₀ adalah massa jenis benda. Oleh karena itu, gaya total ke atas pada benda yang terendam adalah

F_net (ke atas) = Vg (ρ_f - ρ₀)

Fluida Dinamis



Syarat fluida ideal (Bernoulli) :

1.

Zat cair tanpa adanya geseran dalam (cairan tidak viskous)

2.

Zat cair mengalir secara stasioner (tidak berubah) dalam hal kecepatan, arah maupun besarnya (selalu konstan)

3.

Zat cair mengalir secara steady yaitu melalui lintasan tertentu

4.

Zat cair tidak termampatkan (incompressible) dan mengalir

sejumlah cairan yang sama besarnya (kontinuitas)

Aliran atau Debit Fluida (Q)

Debit fluida = laju volume aliran (volume fluida yang mengalir tiap satuan waktu)

Besarnya aliran atau debit fluida ketika suatu fluida yang mengisi sebuah pipa mengalir di dalam pipa dengan laju rata-rata v adalah :

Q =

Q = A v

Ket :

Q = Aliran atau debit fluida () V = Volume ()

t = waktu (s)

A = luas penampang melintang pipa () v = laju rata-rata fluida (m/s)

  

Contoh soal :

Darah mengalir dalam pembuluh darah yang jari-jarinya 1,0 cm dengan kelajuan 30 cm/s. berapakah laju aliran volumenya.?

Dik :

r =1,0 cm = 0,01 m

v = 30 cm/s = 0,30 m/s Dit : Q….?

Jawab Q = A.v A = π

= (3,14)

= 3,14 x

  

Q = A.v

= (3,14 x m/s)

= 9,42 /s

Biasanya laju pemompaan jantung dinyatakan dalam liter permenit.

1 L =

1 menit = 60 sekon Q = 9,42 /s x

= 5,65 L /menit

Jadi laju aliran volume darah yang mengalir pada pembuluh darah tersebut adalah sebesar 5,65 L setiap menitnya

 

Persamaan kontinuitas

Jika sebuah fluida yang memiliki massa jenis konstan mengisi sebuah pipa dan mengalir di dalamnya dengan besar luas penampang pipa pada satu titik adalah dan pada titik lainnya, maka aliran yang melalui harus setara dengan aliran yang melalui

=

  

PERSAMAAN KONTINUITAS

V

₁

A

₁

V

₂

A

²

Contoh soal :

Darah mengalir dari pembuluh darah yang besar dengan jari-jari 0,3 cm dengan kelajuan 10 cm/s.

aliran darah tersebut masuk ke dalam daerah dimana jari-jari berkurang menjadi 0,2 cm karena penebalan dinding (arteriosceloris). Berapakah kelajuan darah di bagian yang lebih kecil..?

Jawab :

Jika dan adalah kelajuan awal dan akhir dan dan adalah luas awal dan akhir, maka : =

  

�

_�

= �

_�

�

_�

�

_�

 

= 22,5 cm/s

 

Persamaan Bernoulli

Energi per unit volume before = energy per unit volume after

  

Pada ujung pipa bekerja tekanan dan pada ujung bekerja tekanan . Agar fluida dapat bergerak dari permukaan ke permukaan diperlukan usaha total yang besarnya sama dengan jumlah perubahan energi kinetic dan energi potensial.

 

Contoh soal :

Berapakah volume air yang akan keluar permenit dari dalam sebuah tangki terbuka melalui sebuah lubang dengan diameter 3,0 cm dan jarak dari permukaan air ke lubang adalah 5 m.

Jawab :

dapat Persamaan Bernoulli dengan titik 1 mewakili bagian atas dan 2

pada lubang. Tekanan pada saluran adalah tekanan atmosfer. Maka sama dengan dan = 5 m,= 0

Karena laju fluida pada titik 1 adalah nol, maka :  

(-

= ) = 2 ) =

Jadi :

=

= 10 m/s

  

�

^❑_�

=�

 

Didapat besar kelajuan fluida pada titik 2 adalah 10 m/. Maka volume air yang keluar permenit adalah :

Q =

= 7,06 x 10 m/

= 7,06

= 0,42

Jadi besarnya volume air yang keluar permenit adalah 0,42

  

= π

= π

= 7,06  

Tugas

 Diameter dalam pembuluh nadi seseorang telah berkurang setengah kali diameter aslinya akibat endapan-endapan pada dinding nadi pembuluh bagian dalam. Seberapakah darah yag mengalir melalui pembuluh nadi akan berkurang jika perbedaan tekanan di pembuluh nadi tidak berubah.

 Minyak mengalir di dalam sebuah pipa berdiameter dalam 4,0 cm dengan laju rata-rata 2,5 m/s. tentukan aliran dalam dan c

 Berapa banyak air yang mengalir dalam 30,0 detik melalui sebuah tabung kapiler 200 mm dengan diameter dalam 1,50 mm. jika perbedaan tekanan di sepanjang tabung adalah 5,00 cm air raksa? Viskositas air adalah 0,801 Cp dan ρ untuk air raksa adalah 13600 kg/

