Pengertian, Jenis dan Penerapan Hukum Fluida Dinamis

Yuk... belajar lagi bareng Formula Fisika. Kali ini kita akan belajar tentang Fluida Dinamis.

FLUIDA DINAMIS

Hidrodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang fluida bergerak. Sebelum mempelajari fluida bergerak perlu diketahui fluida ideal dan jenis-jenis aliran fluida.

1. Fluida Ideal

Fluida ideal yaitu fluida yang tidak kompresibel, berpindah tanpa mengalami gesekan, dan aliranya stationer.

1. Tidak kompresible, artinya bahwa dengan adanya perubahan tekanan volume fluida tidak berubah.


2. Tidak mengalami gesekan (non viskositas), artinya bahwa saat fluida mengalir, gesekan antara fluida dengan dinding tempat mengalir dapat diabaikan.


3. Aliran stationer (non turbulensi), artinya tiap partikel fluida mempunyai garis alir tertentu dan untuk luas penampang yang sama mempnyai laju aliran yang sama.

2.   Jenis Aliran Fluida

Ada beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang bergerak disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran  fluida.

1. Aliran lurus atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. Pada aliran ini partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau slang.

Aliran turbulen yaitu aliran yang ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai di sungai-sungai dan selokan-selokan.

3.  Persamaan Kontinuitas

Debit aliran yaitu besaran yang merupakan laju volume atau jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu.



Keterangan:

Q              = debit aliram (m³/s)

ΔV            = perubahan volume fluida (m³)

Δt             = selang waktu (s)

Mengingat volume fluida yang mengalir merupakan perkalian antara luas penampang dengan jarak aliran fluida debit dapat dirumuskan sebagai berikut.

Q = Av

Keterangan:

A  = luas penampang pipa (m²)

v   = laju aliran fluida (m/s)

Berdasarkan persamaan kontinuitas menyatakan bahwa debit aliran fluida selalu konstan.

A₁ v₁ = A₂ v₂ = . . . = A_N V_N

A_v = konstan

4.   Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli menyatakan hubungan beasaran fluida dalam pipa antara tekanan, ketinggian, dan laju dinamika. Hukum Bernoulli dirumuskan sebagai berikut.

p + ρgh + ½ ρv² = konstan

Keterangan:

p   = tekanan (Pa)

ρ   = massa jenis fluida (kg/m³)

h   = tinggi pipa (m)

v   = laju fluida (m/s)

g   = percepatan gravitaasi bumi (m/s²)

5.   Penerapan Hukum Dasar Fluida Dinamis pada Masalah Fisika Sehari-hari

a.   Persamaan Kontinuitas

1. Slang Penyemprotan

Ujung slang ditekan yang berarti memperkecil penampang agar diperoleh laju aliran yang lebih besar.

2. Penyempitan Pembuluh Darah

Pada pembuluh darah yang mengalami penyempitan, laju aliran darah pada pembuluh yang menyempit akan lebih besar daripada laju aliran pada pembuluh normal.

b.   Penerapan Hukum Bernoulli

1. Teorema Toricelli (laju efflux)

Laju air yang menyembur dari lubang sama dengan air yang jatuh bebas dari ketinggian h. Laju air yang menyembur dari lubang dinamakan laju efflux. Fenomena ini dinamakan teorema Toricelli.

          

2. Efek Venturi

Efek venturi terjadi pada fluida yang mengalir melalui sebuah pipa yang menyempit kemudian melebar lagi pada ketinggian yang sama. Efek venturi menyatakan “Bila laju fluida bertambah, tekanan berkurang”. Efek venturi dirumuskan sebagai berikut.

p + ½ ρv² = konstan

Keterangan:

p   = tekanan (Pa)

ρ   = massa jenis fluida (kg/m³)

v   = laju fluida (m/s)

3. Venturimeter

Venturimeter merupakan alat pengukur laju aliran suatu fluida dalam sebuah pipa

1. Venturimeter dengan manometer

Laju fluida yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan berikut.



Keterangan:

v₁       = laju fluida pada penampang besar (m/s)

A₁      = luas penampang besar (m2)

A₂      = luas penampang kecil (m²)

ρ_F       = massa jenis fluida (kg/m³)

ρ_Hg     = massa jenis Hg (kg/m³)

h        = selisih tinggi permukaan Hg (m)

1. Venturimeter tanpa manometer

Laju fluida yang mengalir dihitung dengan persamaan berikut.



Keterangan:

v₁       = laju fluida pada penampang besar (m/s)

ρ_F       = massa jenis fluida (kg/m³)

Δp      = selisih tekanan (N/m²)

A₁      = luas penampang besar (m²)

A₂      = luas penampang kecil (m²)

4. Tabung Pitot

Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara. Alat ini dilengkapi dengan manometer raksa. Dengan mengetahui perbedaan ketinggian raksa pada kedua kaki manometer, aliran gas dapat ditentukan kelakuannya. Kelajuan aliran fluida dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

v   = kecepatan aliran udara (m/s)

ρ   = massa jenis fluida (kg/m³)

ρ’  = massa jenis Hg (kg/m³)

h   = selisih tinggi permukaan Hg (m)

g   = percepatan gravitasi (m/s³)

5. Gaya Angkat Pesawat Terbang

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat bagian sisi atas lebih besar daripada bagian sisi bawah. Pada penampang sayap pesawat terbang, bagian belakang lebih datar dan sisi bagian atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Keadaan ini mengakibatkan garis arus bagian atas lebih rapat daripada bagian bawahnya. Hal ini berarti kecepatan aliran udara pada bagian sisi atas lebih besar daripadaa sisi bagian bawah sayap. Sehingga tekanan bagian atas lebih kecil daripada tekanan bagian bawah. Perbedaan tekanan ini menimbulkan gaya angkat.

Tweet