fluida dinamis persamaan kontinutas

Apakah Hukum Bernoulli?

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa tekanan dari fluida yang bergerak seperti udara berkurang ketika fluida tersebut bergerak lebih cepat. Hukum Bernoulli ditemukan oleh Daniel Bernoulli, seorang matematikawan Swiss yang menemukannya pada 1700-an. Bernoulli menggunakan dasar matematika untuk merumuskan hukumnya.

Terdapat beberapa Asumsi Hukum Bernoulli diantaranya:

• Fluida tidak dapat dimampatkan (incompressible) dan nonviscous. 
• Tidak ada kehilangan energi akibat gesekan antara fluida dan dinding pipa. 
• Tidak ada energi panas yang ditransfer melintasi batas-batas pipa untuk cairan baik sebagai keuntungan atau kerugian panas. 
• Tidak ada pompa di bagian pipa
• Aliran fluida laminar (bersifat tetap)

Rumus Hukum Bernoulli:

 

Dari persamaan diatas, Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal.

Keterangan:

P = Tekananal (Pascal)
v = kecepatan (m/s)
p = massa jenis fluida (kg/m^3)
h = ketinggian (m)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)

Aplikasi Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli bermanfaat bagi kehidupan manusia, beberapa aplikasi penerapan hukum bernoulli adalah sebagai berikut: (klik linknya untuk mempelajarinya)

• Torriceli/Tangki Air
• Venturimeter
• Manometer
• Gaya Angkat Pesawat
• Tabung Pitot

Fluida Ideal

Fluida ideal adalah fluida yang tunak,tak termampatkan,tak kental dan streamline (garis arus)

Ciri-ciri umum fluida ideal

1.Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak
(nonsteady)
2.Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan
(incompressible)
3.Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental
(nonviscous)
4.Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streamline) atau aliran
turbulen

GARIS ARUS

Adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya. Garis arus disebut juga aliran berlapis (aliran laminar = laminar flow)

Definisi aliran turbulen

Ketika melebihi suatu kelajuan tertentu, aliran fluida menjadi turbulen. Aliran turbulen ditandai oleh adanya aliran berputar.

Persamaan Kontinuitas

Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.

Debit = Volume Fluida / Selang Waktu

Q = V / t

Persamaan debit kontinuitas

Pada fluida tak termampatkan debit fluida dititik mana saja selalu konstan

Perbandingan kecepatan fluida dengan luas dan diameter penampang- kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang dilaluinya.- kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari penampang atau diameter penampang.

Daya oleh debit fluida

Debit fluida yang mengalir pada ketinggian tertentu dipengaruhi oleh gravitasi dan massa jenis air.

JADI PERSAMAAN KONTINUITAS
P1A1V1 = P2A2V2
TAK TERMAMPATKAN MAKA P1 = P2 KONSTAN
A1V1 = A2V2 = A3V3………..KONSTAN
JUGA PERSAMAAN DEBIT AIR DAPAT DIKATAKAN
Q = A . V
Q1 = Q2 = Q3……….KONSTAN

PENERAPAN HUKUM KONTINUITAS

- UJUNG SELANG PEMADAM KEBAKARAN YANG BERPENAMPANG KECIL.
- MENYEMPITKAN UJUNG SELANG SAAT MENYIRAM TANAMAN.
- PIPA ALIRAN AIR PADA PLTA BERPENAMPANG KECIL SEBAGAI PENGGERAK TURBIN

FLUIDA STATIS

Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu.

Definisi Tekanan

Tekanan dalam mekanika benda titik unsur dinamika yang utama adalah gaya, maka dalam mekanika fluida unsur itu adalah tekanan.Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu titk pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematik tekanan P didefinisikan melalui hubungan

dF=pdA

dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida.

Rumus Tekanan

p = F/A

Ket :
P = Tekanan (Pa)
F = Gaya (N)
A = Luas Benda (m2)

Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal,penemu hukum Pascal.

1Pa = 1 Nm-2

Aplikasi

Tekanan ini biasanya diaplikasikan pada pemain seluncur es, dan pemain ski, dimana pada sepatu pemain seluncur terdapat pisau dibagian bawah yang berfungsi untuk memberikan tekanan besar pada lapisan salju dan pada pemain ski alas yang digunakan memberikan tekanan pada salju sehingga ketika seseorang meluncur maka papan seluncur tidak terbenam di dalam salju .

Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.

Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:
P = ρgh
dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.

Pemahaman tekanan Hidrostatis dengan melakukan percobaan yang menggunakan kaleng bekas tanpa tutup yang diberi lubang berbeda pada ketinggian,tetapi terletak pada satu garis vertical

Maka seluruh lubang akan memancarkan air.Tetapi,masing-masing lubang memancarkan air dengan jarak yang berbeda.Lubang paling dasarlah yang memancrakan air paling deras.
Jadi,Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam wadah selalu tertarik kebawah.Makin tinggi zat cair dalam wadah,makin besar zat cair itu,sehingga makin besar juga tekanan zat cair pada dasar wadahnya.

Tekanan Gauge

Tekanan Gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar).Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge.Adapun tekanan sesungguhnya disebut dengan tekanan mutlak.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

P = Pgauge + Patm

Tekanan Mutlak Pada Suatu Kedalaman Zat Cair

Tekanan hidrostatis zat cair dapat kita miripkan dengan tekanan gauge.Dengan demikian,tekanan mutlak pada kedalam h dirumuskan oleh,

P =P0 + ρgh

Ket :
P = Tekanan Hidrostatika (Pa)
P0 = Tekanan Atmosfer (0,01 x 105 Pa)
ρ = Massa jenis (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi 9,8 m/s2
h = Kedalaman (m)


Pemahaman tekanan gauge dengan melakukan percobaan yang menggunakan sebuah kaleng/wadah yang diberikan dua lubang pada sisinya kemudian diisi dengan air hingga penuh.

Pabsolut = Patmosfer + Phidrostatis
P = p atm + p gh

Air terpancar dari lubang-lubang kedua sisi kaleng.Ketika kaleng diangkat dan dipercepat keatas maka jarak pancaran air dari kedua lubang semakin jauh dengan lubang.Tapi,ketika kaleng dijatuhkan dari suatu ketinggian,jarak pancaran air dari kedua lubang menjadi dekat dengan lubang.

Alat Ukur Tekanan Dan Pengukuran Tekanan

Beberapa alat telah diciptakan untuk mengukur tekanan, diantaranya yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka, seperti diperlihatkan pada Gambar 9.5. Manometer tersebut digunakan untuk mengukur tekanan tera yang terdiri dari sebuah tabung yang berbentuk U yang berisi cairan, umumnya mercury (air raksa) atau air. 

Fluida: Materi Fisika Kelas XI SMA Semester 2

Fluida:

Fluida dapat disebut juga sebagai zat alir. Atau lebih lengkapnya disebuta zat yang dapat mengalir. Kita ketahui bahwa zat atau benda terbagi menjadi tiga jenis yakni padat, cair dan gas.

Manakah yang termasuk pada Fluida?

dari ketiga jenis zat tersebut yang merupakan fluida adalah gas dan cair.

Konsep Awal:

Tekanan Pada Zat Padat

Apa yang dimaksud dengan tekanan?

Tekanan adalah gaya yang diberlakukan terhadap satuan luas tertentu. Tekanan berbanding lurus dengan gaya yang diberikannya dan berbanding terbalik dengan luas daerahnya. Semakin besar gaya maka semakin besar tekanan, kebalikan dengan luas, semain luas daerah yang ditekan maka semakin kecil tekanannya.

Sesuai dengan persamaan berikut: Rumus Tekanan pada Zat Padat

Ket:

P = Tekanan (N/m*2) atau Pascal (Pa)

F = Gaya (N)

A = Luas Permukaan (m*2)

Apakah buktinya bahwa dengan luas permukaan yang besar tekanan kecil? Coba tebak apa yang terjadi saat seorang perempuan menginjak tanah lumpur dengan memakai sepatu hak tinggi dengan sepatu tidak memiliki hak? jawabannya pastilah dengan memakai sepatu berhak tinggi akan membuat tanah lumpur tertekan lebih dalam dibandingkan dengan yang tidak berhak.

Atau contoh lain, manakah yang lebih sakit saat ditusuk jarum suntik ketika diobati dokter dengan ditusuk tangan telunjuk? jelas suntikan lebih sakit karena luas permukaannya sangat kecil.

Lalu Apa Hubungannya Tekanan dengan Fluida?

Tekanan Pada Ban, gambar: ck-12.org

Semua fluida memberikan tekanan seperti udara di dalam ban. Partikel-partikel dari fluida terus bergerak ke segala arah secara acak, pergerakan tersebut menabrak partikel satu sama lain. Tabrakan ini menyebabnkan tekanan, dan tekanan yang diberikan merata ke segala arah. 

Ketika partikel dikumpulkan di dalam satu bagian dari ruang tertutup, seperti partikel udara yang memasuki ban, partikel-partikel tersebut dengan cepat menyebar untuk mengisi semua ruang yang tersedia. Itu karena partikel udara selalu bergerak dari daerah tekanan tinggi ke daerah tekanan rendah. Hal ini menjelaskan mengapa udara yang masuk ban melalui lubang kecil dengan cepat mengisi ban keseluruhan.

Jenis-Jenis Fluida
Fluida digolongkan menjadi dua jenis yaitu: Fluida Statis dan Fluida Dinamis. Apa perbedaannya? Fluida statis adalah fluida dalam keadaan diam sedangkan fluida dinamis adalah fluida dalama keadaan bergerak.

Kita Pelajari Materi ini di Halaman posting berikutnya:(Klik Link di Bawah Untuk Mempelajari Materi Fluida).

Fluida Statis:
Berikut adalah beberapa hal yang dipelajari dalam fluida statis:

1. Tekanan Hidrostatis
2. Tekanan Mutlak
3. Asas Bejana Berhubungan
4. Hukum Pascal
5. Hukum Archimides
6. Tegangan Permukaan
7. Kapilaritas

Fluida Dinamis:

Berikut adalah materi yang dipelajari dalam fluida dinamis:

1. Debit Air
2. Persamaan Kontinuitas
3. Azas Bernoulli yang terdiri dari: Toricelli, Venturimeter, Manometer, dan Tabung Pitot serta Gaya Angkat Pesawat.
4. Viskositas

Tambahan:
Contoh soal Tekanan Pada Zat Padat:

jika seorang penari break-dancer seperti gambar diatas memiliki berat badan  500N menekan lantai dengan luas permukaan yang tersebar merata sebesar 0.75 m² berapakah tekanan yang diberikan?

Jawaban:

= 670 Pa, or 0.67 kPa    

WORK AND ENERGY

lwork

nis done when an object moves while force is acting on it : W = F • d

n F = (net) force acting on object;

n d = distance object moves while force is acting;

n (note: F is really the component of the force in the direction of motion;)

l energy

n = the ability to do work; energy of a system = amount of work that the system can do;

nenergy is “stored work”: work done on a system  Þsystem's energy increased Þ system can give back energy by doing work.

l Power

n= work done per unit time

l units of work and energy:

nSI unit of work, energy = 1 Joule = 1 J = 1 N m

n1 “calorie” = 1 cal = 4.18 J                              (original definition: 1 cal = amount of energy necessary to increase temperature of 1 g of water by 1 degree Celsius;) the calorie of dieticians is really a kilocalorie = 1000 calories

nEnglish units: foot-pound, BTU;

uBTU = amount of energy needed to raise temperature of 1 lb of water by 1 deg. Fahrenheit;

nSI unit of power = 1 Watt = 1 W = 1 J/s

n1 kWh = 1 kilo-Watt-hour = 3.6 MJ 

POTENTIAL AND KINETIC ENERGY  

llifting object:

nwork done against gravitational force;raised object can drop down and do work (e.g. pull a cart) 

ni.e. raising object (doing work on it), increased its potential to do work Þ “gravitational potential energy”;

lfalling of raised object:

nobject is accelerated -- loses potential energy --          gains energy of motion - “kinetic energy”;

nobject can do work by virtue of its motion.

lquantitatively:

nW = F  h, F = m g  Þ W = m g h

nlet object drop: kinetic energy K = mv2 /2

lconservation of (mechanical) energy:

nwhen lifting the object, its gravitational potential energy is increased by the amount of work done lifting;

nwhen the object falls, this energy is converted (transformed) into “kinetic energy” (energy of motion)

ngravitational potential energy: Ug = m g h

nkinetic energy K = mv2 /2

TYPES OF ENERGY

lMany different kinds of energy; can be transformed back and forth into each other:

nkinetic energy = energy of motion = work that system can do because of its motion;      (translational or rotational)

npotential energy = energy of position or state; (gravitational, elastic, electric, chemical, nuclear)

ngravitational  energy = work system can do due to objects having been raised against gravitational force; depends on “reference level” i.e. on how far object can fall down;

nelastic energy due to ability of deformed (stretched, squeezed,..) system to snatch back (e.g. rubber band, spring..)

nthermal energy = kinetic energy of random motion of molecules;  brought into system by “heating”; different from other forms of energy - not all of it can be converted back.

nelectromagnetic energy (electric energy) =  energy due to electromagnetic forces;

nradiant energy = energy carried by electromagnetic radiation;

nchemical energy = energy stored in molecular structure of chemical compounds; can be “liberated” by chemical reactions converting compound into other compounds with less stored chemical energy.

nnuclear energy = energy due to nuclear structure, i.e. how protons and neutrons are bound to each other to form nuclei.

CONSERVATION OF ENERGY 

lEnergy conservation:

nthe total energy of all participants in any process is unchanged throughout that process. Energy can be transformed (changed from one energy form to another), and transferred (moved from one place to another), but cannot be created or destroyed.  In an isolated system the total amount of energy is conserved.

l Conservation laws in physics:

n“conserved quantities”: = quantities that do not change - “are conserved”

nConservation laws are related to “symmetry” property of system -also called “invariance” property.

nEvery invariance property is associated with a conserved quantity.

n Energy conservation is related to “invariance under translation in time” (i.e. laws of physics do not change as time passes).

nOther conserved quantities:

umomentum (invariance under translation in space);

uangular momentum (rotation);

uelectric charge (“gauge transformation”);

ucertain properties of subatomic particles     (e.g. “Isospin”, “color charge”, ...)

  

 

USAHA DAN ENERGI

Energy Kinetik Rotasi

Sebuah benda yang bergerak rotasi memiliki energy kinetic karena partikel-partikelnya bergerak terus walaupun secara keseluruhan benda tersebut tetap di tempatnya (tidak bergerak translasi).

Energy kinetic sebuah partikel dalam benda adalah : E_k = ½ m v² = ½ m ω² r²

Maka energy kinetic seluruh partikel benda, atau energy kinetic rotasi benda adalah : E_k = Σ ½ m v² = ½ (Σm r²) ω² atau E_k = ½ I ω²

2.1.1. Kombinasi Gerak Translasi dan Gerak Rotasi

Bila sebuah benda tegar bergerak melalui sebuah ruang dan pada saat yang bersamaan melakukan gerak rotasi (menggelinding), maka energy kinetic benda itu adalah total antara energy kinetic translasinya dengan energy kinetic rotasinya.

E_k = E_k translasi + E_k rotasi

Jadi, E_k = ½ m v² + ½ I ω²

2.2. Usaha dan Gaya pada Gerak Rotasi

Usaha yang dilakukan oleh gay F pada benda adalah :

W = F s = F r θ

→ W = τ θ

Sedangkan daya :

P= W/t = Frθ/t = Fr θ/t

Jika kecepatan anguler konstan, maka

→ P = τ ω

HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM

Hukum kekekalan momentum diterapkan pada proses tumbukan semua jenis, dimana prinsip impuls mendasari proses tumbukan dua benda, yaitu I₁ = -I₂.

Jika dua benda A dan B dengan massa masing-masing M_A dan M_B serta kecepatannya masing-masing V_A dan V_B saling bertumbukan, maka :

M_A V_A + M_B V_B = M_A V_A + M_B V_B

V_A dan V_B = kecepatan benda A dan B pada saat tumbukan

V_A dan V_B = kecepatan benda A den B setelah tumbukan.

Dalam penyelesaian soal, searah vektor ke kanan dianggap positif, sedangkan ke kiri dianggap negatif.

Dua benda yang bertumbukan akan memenuhi tiga keadaan/sifat ditinjau dari keelastisannya,

a. ELASTIS SEMPURNA : e = 1

e = (- VA' - VB')/(VA - VB)

e = koefisien restitusi.
Disini berlaku hukum kokokalan energi den kokekalan momentum.

b. ELASTIS SEBAGIAN: 0 <>Disini hanya berlaku hukum kekekalan momentum.

Khusus untuk benda yang jatuh ke tanah den memantul ke atas lagi maka koefisien restitusinya adalah:

e = h'/h

h = tinggi benda mula-mula
h' = tinggi pantulan benda

C. TIDAK ELASTIS: e = 0
Setelah tumbukan, benda melakukan gerak yang sama dengan satu kecepatan v',

M_A V_A + M_B V_B = (M_A + M_B) v'

Disini hanya berlaku hukum kekekalan momentum

PRINSIP KERJA ROKET

Pada awal perkembangan roket, roket digerakan dari hasil pembakaran bahan bakar minyak gas dan oksigen cair, untuk menghasilkan gas panas yang meledak ke bawah dan mendorong roket ke atas. Untuk roket V-2 yang dikembangkan Hitler, menggunakan turbin uap untuk memompa alkohol dan oksigen cair ke dalam ruang bakar yang menghasilkan ledakan beruntun yang mendorong roket ke atas. Prinsip kerja roket merupakan penerapan dari Hukum Newton III tentang gerak, dimana energi panas diubah menjadi energi gerak.

Prinsip kerja dari roket berbahan bakar cair dan padat sama, di mana hasil pembakaran menghasilkan gaya dorong ke atas. Kelebihan dari roket berbahan bakar padat mampu menyimpan bahan bakar dengan dengan jumlah besar untuk ruang penyimpanan yang sama, karena telah dipadatkan, sedangkan bahan bakar cair tidak bisa dimampatkan.