Fluida fisdas

8/18/2019 Fluida fisdas

1/18

FLUIDA


2/18

Fluida

• Pokok Bahasan

– Fluida statik

– Tekanan

– Prinsip Pascal

– Prinsip Archimedes

– Fluida dinamik – Persamaan Bernoulli


3/18

Fluida

• Pada temperatur normal, zat dapat berwujud: – Padatan/Solid

– Cair/Liquid

– Gas

“Fluida”?• “Zat yang dapat mengalir dan memiliki bentuk seperti

wadah yang menampungnya”

• Atom-atom dan molekul-molekul bebas bergerak

Fluida


4/18

Fluida• Besaran penting untuk mendeskripsikan fluida?

– Rapat massa (densitas)

V

m

satuan:

kg/m3 = 10 -3 g/cm3

(air) = 1.000 x10 3 kg/m3 = 1.000 g/cm3

(es) = 0.917 x10 3 kg/m3 = 0.917 g/cm3

(udara) = 1.29 kg/m3 = 1.29 x10 -3 g/cm3

(Hg) = 13.6 x10 3 kg/m3 = 13.6 g/cm3


5/18

Fluida

n F ˆ pA An

• Tekanan adalah ukuran penjalaran gaya oleh fluida, yang

didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu

permukaan persatuan luas permukaan

A

F p

satuan :

1 N/m2 = 1 Pa (Pascal)

1 bar = 10 5 Pa

1 mbar = 10 2 Pa

1 torr = 133.3 Pa

1atm = 1.013 x10 5 Pa

= 1013 mbar

= 760 Torr

= 14.7 lb/ in2 (=PSI)

• Besaran penting untuk mendeskripsikan fluida?

– Tekanan


6/18

• Anggapan: fluida tak

termampatkan (incompressible)

• Rapat massa konstan

Hubungan tekanan dengan kedalaman fluida

• Bayangkan volume fluida khayal (kubus, luas penampang A)

– Resultan semua gaya pada volume tersebut harus NOL

keadaan setimbang: F 2 - F 1 - mg = 0

y1

y2

Ap1

p2

F1

F2

mg

0p

A p A pF F 12 12 Ag )y y ( mg 12

)y y ( g p p 12 12


7/18

Fluida dalam keadaan diam

setimbang

tak ada perubahan tekanan

pada kedalaman yang sama

p(y)

y


8/18

Prinsip Pascal• Dengan Hk. Newton:

– Tekanan merupakan fungsi kedalaman: p = g y

• Prinsip Pascal membahas bagaimana perubahantekanan diteruskan melalui fluida

Perubahan tekanan fluida pada suatu bejana tertutup akanditeruskan pada setiap bagian fluida dan juga pada dindingbejana tersebut.

• Prinsip Pascal tuas/pengungkit hidrolik – Penerapan gaya yang cukup kecil di tempat tertentu dapat

menghasilkan gaya yang sangat besar di tempat yang lain.

– Bagaimana dengan kekekalan energi?


9/18

• Perhatikan sistem fluida di samping:

– Gaya ke bawah F1 bekerja pada

piston dengan luas A1. – Gaya diteruskan melalui fluida

sehingga menghasilkan gaya keatas F2.

– Prinsip Pascal: perubahan tekanan

akibat F1 yaitu F1/A1 diteruskanpada fluida.

F F

1

2

d

2d

1

A A 21

• F2 > F1 : pelanggaran hukum kekekalan

energi??

2

2

1

1

A

F

A

F

1

2 12

A

AF F


10/18

• Misalkan F1 bekerja sepanjang

jarak d1.

– Berapa besar volume fluidayang dipindahkan?

F F

1

2

d

2d

1

A A21

• Usaha yang dilakukan F1 sama dengan usaha

yang dilakukan F2

kekekalan energi

volume ini menentukan seberapa jauhpiston di sisi yang lain bergerak

111 d V A

12 V V 2

112

A

Ad d

12

11

1

2 12 2 2 W

A

Ad

A

AF d F W


11/18

Prinsip Archimedes

• Mengukur berat suatu benda di udara (W1) ternyata

berbeda dengan berat benda tersebut di air (W2)

W2?W1

W1 > W2

– Mengapa?

• Karena tekanan pada bagian

bawah benda lebih besar

daripada bagian atasnya, airmemberikan gaya resultan ke

atas, gaya apung, pada benda.


12/18

• Gaya apung sama dengan selisih tekanan dikalikan

luas.

)Ay-g(y)( 12 A p pF 12 B

Archimedes:

Gaya apung sama denganberat volume fluida yangdipindahkan oleh benda.

• Besar gaya apung menentukan

apakah benda akan terapung atau

tenggelam dalam fluida

y1

y2

A

p1

p2

F1

F2

fluida pindah _ fluida fluida _ dlm _ benda fluida B W g mV g F


13/18

Terapung atau tenggelam?

F mgB

y

• Kita dapat menghitung bagian benda

terapung yang berada di bawahpermukaan fluida:

– Benda dalam keadaan setimbang

mg F B

fluida

benda

benda

bf

V

V

bendabendabf fluida V g V g


14/18

Fluida Dinamik

Beberapa anggapan (model) yang digunakan:

•Tak kompressibel (incompressible)

•Temperaturnya tidak bervariasi

• Alirannya tunak, sehingga kecepatan dan tekanan

fluida tidak bergantung terhadap waktu

• Alirannya laminer • Alirannya tidak berrotasi (irrotational )

•Tidak kental

Statik: rapat massa & tekanan

kecepatan alir

Fluida dinamik/bergerak


15/18

Persamaan Kontinuitas

Kekalan massa pada

aliran fluida ideal

A 1, v 1A 2, v 2

1

2

Volume fluida yang melewati permukaanA 1 dalam waktu t sama dengan volume melewati permukaanA 2:

2211

2211

2211

)()(

v A v A

t v A t v A

A A

Dalam besaran debit konstanAv Q


16/18

Persamaan Bernoulli

• Menyatakan kekekalan energi pada aliran fluida

B

A

A A, p

A

B

A

h B

h A

• Fluida pada titik B mengalir sejauh Bdan mengakibatkan fluida di A mengalir

sejauh A.

• Usaha yang dilakukan pada fluida di B:

• Usaha yang dilakukan pada fluida di A:

BBBBBB A p F W

AAAAAA A p F W

• Usaha oleh gaya gravitasi adalah )( BAgrav h h mg W


17/18

BAAAABBB2

B2

A

BAAAABBBgravABtotal

2

1

2

1mgh mgh A p A p mv mv K

mgh mgh A p A p W W W W

Usaha total:

B

2

BBA

2

AA 2

1

2

1 gh v p gh v p

(Persamaan Bernoulli)


18/18

Contoh aplikasi

• Gaya angkat sayap pesawat terbang

• Optimalisasi kinerja olahraga

• Fenomena lebih kompleks: turbulens

Documents

Fluida fisdas