BAHAN AJAR PERTEMUAN PERTAMA I. Topik : Fluida Dinamis (Fluida Ideal dan Azas Bernoulli) II. Kompetensi Inti (KI) KI.1 Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KI.2 Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. KI.3 Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. KI.4 Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan III. Kompetensi Dasar 1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya. 2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan, melaporkan, dan berdiskusi. 3.7 Menerapkan prinsip fluida dinamik dalam teknologi 4.7 Memodifikasi ide/gagasan proyek sederhana yang menerapkan prinsip dinamika fluida IV. Indikator 1) Mendiskripsikan Azas Bernoulli
2) Menggunakan persamaan Azas Brnoulli untuk menyelesaikan permasalahan 3) Merencanakan dan melaksanakan percobaan yang menerapkan prinsip azas Bernoulli V. Uraian Materi Asas Bernoulli Asas Bernoulli menyatakan bahwa perubahan tekanan dalam fluida mengalir, juga dipengaruhi oleh perubahan kecepatan alirannya. + 1 2 + = Persamaan ini menunjukkan hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian titik yang ditinjau dalam fluida sederhana yang bergerak sekaligus. 5. Prinsip Bernoulli Prinsip Bernoulli menerangkan bahwa mengapa sayap pesawat udara menghasilkan gaya angkat. Udara yang meluncur di atas bagian atas sayap yang melengkung harus menempuh jarak yang lebih jauh daripada udara yang meluncur di bawah sayap. Karena itu, udara di atas sayap meluncur lebih cepat. Kecepatan yang bertambah ini menyebabkan tekanan udara di atas sayap menjadi lebih rendah. Tekanan bawah sayap yang lebih besar menyebabkan sayap terangkat. 6. Akibat-Akibat Asas Bernoulli a. Fluida statis Pada fluida diam, kondisi = 0 pada sembarang titiknya. Berarti persamaan Bernoulli yang memenuhi kondisi tersebut adalah: + = + = ( ) Persamaan diatas menyatakan Beda tekanan antara dua titik dalam fluida diam, bergantung pada ketinggian fluida yang diapit oleh kedua titik. b. Daya angkat pesawat terbang Ketika bergerak dalam arah horizontal, suku energi potensial dalam persamaan Bernoulli akan hilang karena ketinggian permukaan fluida akan sama dimana-mana. Sehingga diperoleh persamaan Bernoulli berbentuk: + 1 2 =
Artinya Kecepatan fluida yang makin besar akan diimbangi dengan turunnya tekanan fluida dan sebaliknya. Prinsip ini digunakan untuk menghasilkan daya angkat pesawat: Perbedaan kecepatan aliran udara pada sisi atas dan sisi bawah sayap pesawat, akan menghasilkan gaya angkat pesawat. 7. Penerapan Prisip Kontinuitas dan Prinsip Bernoulli dalam Kehidupan Sehari hari a) Penerapan azas kontinuitas pada kehidupan sehari-hari salah satunya adalah pada saat mengisi bak mandi, air mengalir melalui pipa besar menuju ke pipa yang lebih kecil pada bagian keran. Terdapat perbedaan luas antara mulut keran dengan pipa, sehingga aliran kecepatan air pun berbeda. Akan tetapi debit air yang mengalir tetap sama. Itulah yang dimaksud dengan asas kontinuitas. Gamabar 1. Perbedaan luas permukaan pada pipa. Kita ketahui bahwa dalam hal ini debit air merupakan salah satu komponen yang akan kita bahas lebih lanjut. Yang dimaksud dengan debit air adalah jumlah air yang mengalir pada setiap satuan waktu. Berdasarkan pengertian diatas, rumus empiris dari debit air adalah: Q = V/t Keterangan. Q = Debit Air (m^3/s) V = Volume (m^3) t = waktu (s) Jika kita hubungkan dengan kecepatan aliran air dan luas penampang pipa dan mulut kran maka persamaan diatas dapat dirubah menjadi: V = A.h Q = A. h/t Q = A.v
Keterangan. A = luas penampang (m 2 ) v = kecepatan aliran air (m/s) b) Alat Penyemprot Nyamuk Alat penyemprot nyamuk atau Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap pada tabung racun serangga. Sehingga persamaan bernouli menjadi: + 1 2 + h = + 1 2 + h 0 + h = 1 2 + h h = + h (h h ) = h = Dengan demikian maka cairan obat nyamuk akan naik setinggi h dan menyemprot karena pengaruh kecepatan 2 2. c) Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang Gambar 2. Skema alat penyemprot
Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang juga merupakan salah satu contoh Hukum Bernoulli. Bentuk sayap pesawat terbang sedemikian rupa dibuat sehingga garis arus aliran udara yang melalui sayap pesawat adalah tetap (streamline). Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian yang yang atas melengkung dariapada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini menyebabkan kecepatan aliran udara di bagian atas lebih besar dari pada di bagian bawah. Dan persamaan bernouli kita dapatkan: Dan dengan gaya angkat pesawat terbang: + 1 2. + h = + 1 2. + h 1 + 2 = 1 2 2 2 1 2 Gambar 3. Bentuk sayap pesawat terbang. d) Venturimeter Venturimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kecepatan aliran zat cair. Dengan memasukkan venturimeter ke dalam aliran fluida dapat dihitung dengan menggunakan persamaan bernouli berdasarkan selisih ketinggian air atau air raksa. Gambar 4. Prinsif kerja venturimeter Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama
sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka persamaan Bernoulli berubah menjadi: 1 + 1 2 1 + 慢 h 1 = 2 + 1 2 2 + h 2 h 1 = h 2 1 + 1 2 1 = 2 + 1 2 2 Sehingga pada saat fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil akan tetapi laju aliran fluida akan menjadi lebih besar.peristiwa ini dikenal dengan nama efek Venturi yang menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil.