MEKANIKA FLUIDA BAB I

Transkripsi

1 BAB I I.1 Pendahuluan Hidraulika berasal dari kata hydor dalam bahasa Yunani yang berarti air. Dengan demikian ilmu hidraulika dapat didefinisikan sebagai cabang dari ilmu teknik yang mempelajari prilaku air baik dalam keadaan diam maupun bergerak. Sedangkan fluida ( zatir ) adalah zat yang berubah bentuk secara continue bila terkena tegangan geser betapapun besar nilai tegangan geser itu..gaya geser adalah komponen yang menyinggung permukaan,dan gaya ini yang di bagi dengan luas permukaan tersebut. Atau dalam buku lain fluida di sebutkan sebagai zat yang bisa mengalir, yang mempunyai partikel ynag mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruangan/tempat yang membatasinya.maka yang dapat di katakan fluida dalam jagad raya ini adalah gas dan cair. Namun terdapat beberapa persamaan dan perbedaan yang mendasar antara kedua nya, berikut adalah table perbedaan dan persamaan antara keduanya. Zat Persamaan Perbedaan Zat cair mempunyai permukaan bebas,dan Cair massa zat cair hanya akan mengisi volume yang di Kedua zat ini tidak melawan perlukan dalam suatu perubahan bentuk ruangan. Letak partikelnya masih Kedua zat tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser. berdekatan tetapi tidak teratur Mempunyai bentuk yang berubah tetapi volume nya Dapat memuia jika dipanaskan tetap Gaya tarik antar partikel sangat lemah Gas Partikel - partikelnya dapat bergerak bebas Gas tidak mempunyai permukaan bebas dan massa nya akan mengisi National Institute of Science and Technology Page 1

2 seluruh ruangan. Letak partikel berjauhan Mempunyai bentuk dan volume yang berubah - ubah Namun dalam pembahasan selanjutnya penulis hanya akan membahas sifat sifat dari zat cair saja. I.2 MAKSUD DAN TUJUAN Maksud dan tujuan dari pembuatan makalah ini untuk lebih memahami sifat-sifat dsari zat cair berupa: Rapat massa, Berat jenis, Rapat Relatif,Viskositas dan kapilaritas dan satuan satuan Internasional yang di gunakan. I.3 BATASAN MASALAH Dalam pembuatan makalah kali ini, kami hanya membatasi permasalahan pada sifat sifat zat cair dengan satuan satuan Internasional nya. BAB II PEMBAHASAN MASALAH National Institute of Science and Technology Page 2

3 II.1. Rapat Massa, Berat Jenis, Rapat Relatif Rapat massa, p (rho), di definisikan sebagai massa zat cair tiap satuan volume pada temperature dan tekanan tertentu p = dengan M adalah massa yang menempati volume V. Dalam sisitim satuan SI apabila massa diberikan dalam kilogram (kg), maka rapat massa adalah dalam kilogram permeter kubik (kg/m 3 ). Rapat massa air pada suhu 4 0 c dan tekanan atmosfer standard adalah 1000 kg/m 3 M = massa ( kg ) V= volume (m 3 ) P = rapat massa ( kg/m 3 ) Berat jenis yang di beri notasi ( gamma ), adalah berat benda pada tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu.berat suatu benda adalah hasil kali antara massa dengan percepatan gravitasi. Ini berarti nilai berat suatu benda adalah tidak sama,tergantung dari di mana benda itu di timbang karena nilai gravitasi di setiap tempat berbeda. = p g = berat jenis ( N/m 3 ) p = Rapat massa ( kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi ( m/s 2 ) Berat jenis pada temperatur 4 o dan percepatan 9,81kN /m 3 adalah 1t/m 3. Rapat relatif adalah perbandingan antara rapat massa suatu zat dan rapat massa air. Karena = pxg maka rapat relatif juga dapat di definisikan sebagai perbandingan antara berat jenis suatu zat dan berat jenis air pada suhu 4 o dan tekanan atmofer.bilangan ini tak mempunyai satuan dan di beri notasi S. National Institute of Science and Technology Page 3

4 S = = Perubahan rapat massa dan berat jenis cair terhadap tempertur dan tekanan adalah sangat kecil maka dalam perhitungan sering kali di abaikan. Aplikasi konsep Massa jenis dalam kehidupan Sehari hari Dalam kehidupan sehari hari seringkali kita melihat beberapa pemanfaatan konsep Massa jenis. Berikut adalah beberapa contoh konsep pemakaian Massa jenis dalam kehidupan sehari hari : Perahu dari kayu Pada zaman dahulu umumnya orang membuat perahu dari kayu karena massa jenis kayu lebih kecil dari pada massa jenis air,sehingga kayu akan cenderung berada di atas air.hal itu yang menyebabkan perahu dapat mengapung di atas air. II.2 Viskositas Diantara sifat sifat fluida,viskositas memerlukan perhatian yang besar dalam telaah tentang aliran fluida. Viskositas ( kekentalan ) adalah sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak / mengalir. Kekentalan ini di sebabkan oleh kohesi antara partikel zat cair dan pada laju perpindahan momentum molekularnya. Didalam fluida yang tidak bergerak,atau yang bergerak sedemikian rupa sehingga tidak ada lapisan yang bergerak relatif terhadap lapisan yang berdekatan,tidak akan timbul gaya gaya geser semu berapun kekentalan nya,karena du/dy adalah nol di seluruh fluida. Viskositas hanya tergantung pada suhu tidak tergantung pada tekanan. Terdapat 2 jenis viskositas, yakni viskositas mutlak atau viskositas dinamik (mu) dan viskositas kinematik V (nu). National Institute of Science and Technology Page 4

5 Dimensi viskositas ditentukan dari hukum viskositas Newton. Penyelesaian nya viskositas dinamik ( ). = Tegangan geser (N/m 2 ) = viskositas dinamik (Nd/m 2 ) Sedangkan untuk viskositas kinematik V ( nu ) adalah perbandingan viskositas terhadap kerapatan massa. V = = viskositas dinamik(nd/m 2 ) P = kerapatan massa (kg/m 3 ) V= viskositas kinematik ( m 2 /d) II.3 Kapilaritas Kapilaritas adalah peristiwa naik turun zat cair di dalam pipa kapiler. Adapun kapilaritas ini di sebabkan oleh adanya gaya kohesi dan adhesi. Dalam suatu tabung yang di masukan zat cair, jika kohesi lebih kecil dari dari adhesi maka zat cair akan naik, jika nilai lebih besar dari adhesi maka zat cair akan turun. Sebagai contoh kapilaritas akan membuat air naik pada tabung gelas sementara raksa akan turun seperti yang di tunjukan pada gambar 2.1 National Institute of Science and Technology Page 5

6 Kenaikan kapiler ( atau penurunan ) di dalam suatu tabung dapat di hitung dengan menyamakan gaya angkat yang di bentuk oleh tegangan permukaan dengan gaya berat. h h = Dengan P = keliling tabung A= Luas tampang tabung = Tegangan permukaan Y = Berat jenis zat cair r = Jari jari tabung h = kenaikan kapiler apabila tabung bersih,0 = 0 0 untuk air dan 140 o untuk raksa. Tabel berbagai Massa Jenis zat National Institute of Science and Technology Page 6

7 BAB III Analisa Perhitungan 1.Sebuah Tangki kosong mempunyai massa 400 kg,setelah di isi penuh zat cair massa nya naik menjadi 1400 kg,jika tangki tersebut mempunyai diameter 200 cm dan tinggi tabung 240 cm.berapa kah rapat relative dan berat jenis zat cair tersebut. Dik : Massa tangki = 400 kg Massa tangki + air = 1400 kg Massa air = (massa tangki + air massa tangki ) ( = 1000 kg ) D tabung = 200 cm dan T tabung = 240 cm Jadi V = 3,14 x 1 2 x 2,4 = 7,536 m 3 Penyelesaian : Pzat cair = M = 1000 = kg /cm 3 Besar nilai berat jenis zat cair pada suhu 4 o dan tekanan atmosfer yang standart adalah 1000 kg /cm 3. S = = = 1.06 Yzat cair = p g = kg /cm 3 x 9.81 m/s 2 = kg.m/m 3.s 2 2. Dua buah plat berbentuk bujur sangkar dengan sisi 0,8 m,saling sejajar dan berjarak 12 mm.diantara kedua plat terdapat cairan yang mempunyai rapat National Institute of Science and Technology Page 7

8 relative 0.9.Plat bawah diam dan plat atas bergerak dengan kecepatan 2.0 m/s, dan di perlukan gaya 100 N untuk menjaga kecpatan tersebut. Hitung nilai viscositas dinamik dan viscositas kinematik cairan tersebut. Dik : r = 0.8 m y = 12 mm S = 0.9 v = 2.0 m/s F =100N Dit : Besar V dan? Penyelesaian : = = 156,25 N/m2 156,25 = S = = 0,9 P zat cair = 0,9 x 1000 = 900 kg/m 3 V = = = 1,041 x 10-3 m 2 /s National Institute of Science and Technology Page 8

9 3. Tentukan tinggi kolom zat cair yang terbentuk di dalam tabung vertical berdiameter 4cm karena gaya kapiler apabila tabung tersebut di masukan ke dalam zat cair. Tegangan permukaan -2 N/m dan sudut kontak 0 = 10 o. Dik : D = 6 cm r = 4 cm = 0,04 m -2 N/m Ø = 12 0 Dit: h..? Penyelesaian : h = = = 4,5 x 10-3 m National Institute of Science and Technology Page 9

10 BAB IV KESIMPULAN` Makalah ini adalah memperjelaskan bahwa ilmu teknik yang mempelajari prilaku air baik dalam keadaan diam mau pun bergerak. Ilmu mekanika fluida mempunyai ruang lingkup yang lebih luas yaitu mempelajari prilaku fluida baik dalam bentuk zat cair maupun gas. Adapun diantara kedua nya terdapat perbedaan yang mendasar. Sifat sifat yang terdapat dalam zat cair yakni Rapat massa, Berat jenis, Rapat relative, Viscositas dan kapilaritas. Dimana besar nilai Berat jenis zat cair di pengarui oleh besar nilai gravitasi sedangkan Kapilaritas dan Viscositas disebabkan karena adanya gaya adhesi dan kohesi,dan nilai Viscositas zat cair dipengaruhi oleh suhu. National Institute of Science and Technology Page 10

11 BAB V DAFTAR PUSTAKA Hidraulika I, Bambang Triatmodjo Buku Fisika, Sears Zaminsky National Institute of Science and Technology Page 11