I PUTU GUSTAVE S. P., ST., M.Eng. MEKANIKA FLUIDA

Transkripsi

1 I PUTU GUSTAVE S. P., ST., M.Eng. MEKANIKA FLUIDA

2 DEFINISI Mekanika fluida gabungan antara hidraulika eksperimen dan hidrodinamika klasik Hidraulika dibagi 2 : Hidrostatika Hidrodinamika

3 PERKEMBANGAN HIDRAULIKA Archimedes ( SM) : 1. Hukum benda terapung 2. Menghitung volume benda 3. Phi Masa Renaissance 1. Leonardo Da Vinci 2. Simon Stevin 3. Galileo

4 PRINSIP ARCHIMEDES Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih mudah diangkat dalam air? Mengapa balon gas He bisa naik ke atas? Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendaapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluda yang dipindahkan

5 FENOMENA ARCHIMEDES Anak yang terapung dengan bantuan perahu ringan Anak yang terapung di laut yang kadar garamnya tinggi sekali

6 HUKUM NEWTON II Laju perubahan momentum (massa M x kecepatan V) adalah berbanding lurus dengan gaya yang bekerja dan dalam arah yang sama dengan gaya tersebut F = d(mv) dt M Konstan maka F = M d(v) dt F = M a

7 DIMENSI DAN SATUAN MKS dan SI (Systeme International d Unite) Satuan MKS : Gaya kgf Massa kgm Kgf = g N Satuan SI : Gaya Newton (N) Massa kg

8 SIFAT-SIFAT ZAT CAIR I Putu Gustave S. P., ST., M.Eng

9 Persamaan dan perbedaan zat cair dan gas Persamaan : Kedua zat tidak melawan perubahan bentuk Kedua zat tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser Perbedaan : Zat cair mempunyai permukaan bebas dan hanya menempati volume yang dibutuhkan saja, sedangkan gas tidak mempunyai permukaan bebas dan massanya akan mengisi seluruh ruangan Zat cair merupakan zat yang secara praktis tak termampatkan, gas adalah zat yang bisa dimampatkan

10 Sifat zat cair Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair, akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer Mempunyai massa dan berat jenis Dapat dianggap tidak termampatkan (incompressible) Mempunyai viskositas (kekentalan) Mempunyau kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan

11 RAPAT MASSA, BERAT JENIS, DAN RAPAT RELATIF

12 RAPAT MASSA ( ) Massa zat cair tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu M V Massa (M) yang menempati volume (V) Satuan rapat massa berdasarkan SI adalah kg/m 3 dan berdasarkan MKS adalah kgm/m 3 Rapat massa air pada suhu 4 0 C dengan tekanan atmosfer standar adalah 1000 kg/m 3

13

14 BERAT JENIS ( ) Berat benda tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu g Satuan berat jenis berdasarkan SI adalah N/m 3 dan berdasarkan MKS adalah kgf/m 3 Rapat massa air pada suhu 4 0 C dengan tekanan atmosfer standar adalah 1000 kgf/m 3 atau 1 t/m 3

15 RAPAT RELATIF Perbandingan antara rapat massa suatu zat dengan rapat massa air (merupakan bilangan tak berdimensi) S zat cair air zat cair air

16 LATIHAN SOAL Satu liter minyak mempunyai berat 0.56 kgf. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif, volume minyak 1 l? Satu liter minyak mempunyai berat 8,65 N. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif

17 KEMAMPATAN ZAT CAIR

18 KEMAMPATAN ZAT CAIR Perubahan (pengecilan ) volume karena adanya perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal dikenal dengan modulus elatisitas K dp dv V Pertambahan tekanan Pengurangan volume Nilai K untuk zat cair sangat besar sehingga perubahan volume akibat adanya perubahan tekanan sangat kecil sehingga terkadang diabaikan. Pada kondisi tertentu dimana perubahan tekanan sangat besar dan mendadak maka anggapan zat cair tidak termampatkan tidak berlaku

19 LATIHAN SOAL Modulus elastisitas air adalah K = 3,24 x 10 9 N/m 2. Berapakah besarnya perubahan volume dari 1 m 3 air apabila terjadi penambahan tekanan sebesar 30 bar (1 bar = 10 5 N/m 2 )

20 Sifat zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak/mengalir. Kekentalan dinamik (Nd/m 2 ) Kekentalan kinematik (m 2 /d) Tegangan geser (N/m 2 )

21 Y U

22 Tegangan geser Zat cair yang mempunyai hubungan linier antara tegangan geser dan gradien kecepatan disebut zat cair Newton Zat cair ideal, tegangan geser adalah nol dan kurvanya berimpit dengan absis Zat padat elastis Zat cair ideal du/dy

23 Zat Cair Newton akan berubah tergantung pada temperature Zat cair non Newtonian selain temperature juga dipengaruhi gaya yang diterima (oobleck, campuran pati jagung dan air)

24

25

26 Dua buah plat horizontal ditempatkan sejajar dengan jarak 10 mm. Ruang diantaranya diisi oli dengan viskositas 1,2 N d/m 2. hitung tegangan geser pada oli, apabila plat atas bergerak dengan kecepatan 2,5 m/d? Dua buah plat sejajar berjarak 0,02 cm. Plat bagian bawah tetap, sedang bagian atas bergerak dengan kecepatan 50 cm/d. Untuk menggerakkan plat dengan kecepatan tersebut diperlukan gaya tiap satuan luas sebesar 2 N/m 2. Tentukan viskositas fluida yang berada di antara kedua plat?

27 Tegangan permukaan ( ) Adanya ketidak setimbangan gaya tarik ke atas dan kebawah Gaya tarik ke bawah lebih dominan Timbul kerja dari zat cair untuk melawan gaya ke bawah

28 Tegangan Permukaan Timbul karena gaya tarik-menarik molekulmolekul zat cair yang sejajar permukaan = F L F

29

30

31 Kapilaritas Akibat Gaya Kohesi dan Adhesi Kohesi > Adhesi Air Raksa Kohesi < Adhesi Air Apabila tabung bersih, θ = 0 0 untuk air dan untuk raksa Kenaikan Kapiler

32 AIR RAKSA d h d h

33 Soal Tabung gelas berdiameter 3 mm dimasukkan secara vertikal ke dalam air. Hitung kenaikan kapiler apabila tegangan permukaan σ = 0,0736 N/m. Tabung bersih?

34 TUGAS 1 Satu liter minyak mempunyai berat 0.56 kgf. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif, volume minyak 1 l? Modulus elastisitas air adalah K = 3,24 x 10 9 N/m 2. Berapakah besarnya perubahan volume dari 1 m 3 air apabila terjadi penambahan tekanan sebesar 30 bar (1 bar = 10 5 N/m 2 )

35 Dua buah plat sejajar berjarak 0,02 cm. Plat bagian bawah tetap, sedang bagian atas bergerak dengan kecepatan 50 cm/d. Untuk menggerakkan plat dengan kecepatan tersebut diperlukan gaya tiap satuan luas sebesar 2 N/m 2. Tentukan viskositas fluida yang berada di antara kedua plat? Tabung gelas berdiameter 3 mm dimasukkan secara vertikal ke dalam air. Hitung kenaikan kapiler apabila tegangan permukaan σ = 0,0736 N/m. Tabung bersih?