Pokok Bahasan. Fluida statik. Prinsip Pascal Prinsip Archimedes Fluida dinamik Persamaan Bernoulli

Transkripsi

1 FLUID

2 Fluida Pokok ahasan Fluida statik Tekanan Prinsip Pascal Prinsip rchimedes Fluida dinamik Persamaan ernoulli

3 Fluida Pada temperatur normal, zat dapat berwujud: Fluida? Padatan/Solid Cair/Liquid Gas Fluida Zat yang dapat mengalir dan memiliki bentuk seperti wadah yang menampungnya tom-atom dan molekul-molekul bebas bergerak

4 Fluida esaran penting untuk mendeskripsikan fluida? Rapat massa (densitas) ρ Δ m satuan: Δ V kg/m g/cm 3 ρ(air) ( i ).000 x0 3 kg/m g/cm 3 ρ(es) 0.97 x0 3 kg/m g/cm 3 ρ(udara).9 kg/m 3.9 x0-3 g/cm 3 ρ(hg) 3.6 x0 3 kg/m g/cm 3

5 Fluida esaran penting untuk mendeskripsikan fluida? Tekanan p ΔF Δ atm.03 x0 5 Pa 03 mbar 760 Torr 4.7 lb/ in (PSI) satuan : N/m Pa (Pascal) bar 0 5 Pa mbar 0 Pa torr Pa Tekanan adalah ukuran penjalaran gaya oleh fluida, yang didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan persatuan luas permukaan n F pnˆ

6 Hubungan tekanan dengan kedalaman fluida nggapan: fluida tak p 0 F termampatkan (incompressible) y y p Rapat massa konstan p mg F ayangkan volume fluida khayal (kubus, luas penampang ) Resultan semua gaya pada volume tersebut harus NOL keadaan setimbang: F - F - mg 0 F F p p mg ρ ( y y )g p p + ρ g ( y y )

7 Fluida dalam keadaan diam setimbang y tak ada perubahan tekanan pada kedalaman yang sama p(y)

8 Prinsip Pascal Dengan Hk. Newton: Tekanan merupakan fungsi kedalaman: Δp ρgδy Prinsip Pascal membahas bagaimana perubahan tekanan diteruskan melalui fluida Perubahan tekanan fluida pada suatu bejana tertutup akan diteruskan pada setiap bagian fluida dan juga pada dinding bejana tersebut. Prinsip Pascal tuas/pengungkit g hidrolik Penerapan gaya yang cukup kecil di tempat tertentu dapat menghasilkan gaya yang sangat besar di tempat yang lain. agaimana dengan kekekalan energi?

9 Perhatikan sistem fluida di samping: Gaya ke bawah F bekerja pada piston dengan luas. Gaya diteruskan melalui fluida sehingga menghasilkan gaya ke atas F. Prinsip Pascal: perubahan tekanan akibat F yaitu F / diteruskan pada fluida. d F F d F F F F F > F : pelanggaran hukum kekekalan energi??

10 Misalkan F bekerja sepanjang F F jarak d. erapa besar volume fluida yang dipindahkan? i d ΔV d d d Δ V volume ini menentukan seberapa jauh piston di sisi yang lain bergerak Δ V d d W F d F d W Usaha yang dilakukan F sama dengan usaha yang dilakukan F kekekalan energi

11 Prinsip rchimedes Mengukur berat suatu benda di udara (W ) ternyata berbeda dengan berat benda tersebut di air (W ) W > W Mengapa? Karena tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada bagian atasnya, air memberikan gaya resultan ke atas, gaya apung, pada benda. W W?

12 Gaya apung sama dengan selisih tekanan dikalikan luas. F ( p p ) ρg(y - y) F ρ g V m g fluida benda _ dlm _ fluida fluida _ pindah W fluida rchimedes: Gaya apung sama dengan berat volume fluida yang dipindahkan oleh benda. p F y y p esar gaya apung menentukan apakah benda akan terapung atau tenggelam dalam fluida F

13 Terapung atau tenggelam? Kita dapat menghitung bagian benda terapung yang berada di bawah permukaan fluida: enda dalam keadaan setimbang F mg y F mg ρ fluida g V bf ρ benda g V benda V V bf benda ρ ρ benda fluida

14 Fluida Dinamik Statik: rapat massa & tekanan kecepatan alir Fluida dinamik/ bergerak eberapa anggapan (model) yang digunakan: Tak kompressibel (incompressible) Temperaturnya tidak bervariasi lirannya tunak, sehingga kecepatan dan tekanan fluida tidak bergantung terhadap waktu lirannya laminer lirannya tidak berrotasi (irrotational) Tidak kental

15 Persamaan Kontinuitas Kekalan massa pada aliran fluida ideal, v, v l l Volume fluida yang melewati permukaan dalam waktu t sama dengan volume melewati permukaan : l l ( v t ) ( v t ) v v Dalam besaran debit Q v konstan

16 Persamaan ernoulli Menyatakan kekekalan energi pada aliran fluida,p Fluida pada titik mengalir sejauh l l dan mengakibatkan fluida di mengalir l sejauh l. h Usaha yang dilakukan pada fluida di : W F l p l h Usaha yang dilakukan pada fluida di : W F l p l Usaha oleh gaya gravitasi adalah Wgrav mg ( h ) h

17 Usaha total: grav total mgh mgh p p W W W W l l Usaha total: mgh mgh p p mv mv K + l l Δ gh v p gh v p ρ ρ ρ ρ (Persamaan ernoulli)

18 Contoh aplikasi Gaya angkat sayap pesawat terbang Optimalisasi kinerja olahraga Fenomena lebih kompleks: turbulens