MODUL- 9 Fluida Science Center Universitas it Brawijaya
Definisi i i Fluida adalah zat alir, yaitu zat yang dapat mengalir. Contoh : Udara dan zat cair. Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang diderita suatu benda akibat dari zat cair yang ada diatasnya.
Tekanan Suatu fluida yang berada dalam tabung akan memberikan gaya terhadap dinding-dinding tabung dan dari Hk. Newton III maka dinding-dindingnya juga memberikan gaya dalam arah yang berlawanan terhadap fluida. Besarnya tekanan pada suatu titik didefinisikan sebagai perbandingan gaya df pada elemen luas da df P = atau df = da P da
Tekanan Hidrostatis df 1 dy dz df 1 = p 1 dx dy mg = ρ g dx dy dz df2 = p 2 dx dy = ( p 1 + dp ) dx dy dalam keadaan setimbang : df 2 dx df1 + mg = df2 p 1 dx dy + ρ g dx dy dz = ( p 1 + dp ) dx dy mg ρ g dz = dp atau P = P 0 + ρ g h
Tekanan Hidrostatis P 0 Tekanan di titik P adalah tekanan di permukaan (P 0 ) ditambah tekanan akibat zat cair. h P = P 0 + ρ g h P
Manometer P 0 Bila diamati titik A, maka tekanan dilihat dari kolom zat cair sebelah kanan adalah ; h P P A = P + ρ g x (1) Sedangkan ditinjau dari kolom sebelah kiri : x P A = P 0 + ρ g ( x + h) (2) A dari (1) dan (2) P = P 0 + ρ gh
Satuan Tekanan Satuan tekanan : N/m 2. atau cm Hg atau Atmosferr (Atm) 1 cm Hg = tekanan yang diderita oleh titik di dalam air raksa sedalam 1 cm dari permukaan. 1 cm Hg = 13.6 x 1 x 1000 (gm/cm 3 ). cm. (cm/dt 2 ) = 13.6 x 10 3 dyne/cm 2. 1 Atm = 76 cm Hg. = 76 x 13.6 x 10 3 dyne /cm 2.
Barometer Air Raksa P = 0 P = ρ g h 0 h P 0 A B C x
Hukum Archimedes Gaya angkat yang diderita oleh setiap benda di dalam zat cair besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. F A = berat zat cair yang dipindahkan F A = m zc.g = V zc. ρ zc.g F A = V b ρ zc g F A dng V zc yang dipindahkan sebesar V b.
Tegangan Permukaan Tegangan permukaan disebabkan karena adanya gaya tarik menarik antara molekul- molekul didalam zat itu sendiri. Ada 2 macam gaya tarik menarik antara molekul : 1. Gaya kohesi yaitu gaya tarik menarik antara molekul-molekul yang sama 2. Gaya Adesi yaitu gaya tarik menarik antara molekul-molekul yang berbeda. Tegangan permukaan didefinisikan sebagai besarnya usaha dw yang diperlukan untuk menambah permukaan suatu zat cair seluas da.
Tegangan g Permukaan Tegangan permukaan didefinisikan sebagai besarnya usaha dw yang diperlukan untuk menambah permukaan suatu zat cair seluas da. dw γ = da Dalam sistem seperti pada gambar, agar kawat lurus dapat setimbang, W 1 maka harus diberi beban W 2. W 2
Kapilaritas Pada permukaan kontak antara fase padat, udara dan cair masing-masing mempunyai tegangan permukaan. γ pc γ pu γuc γ γ pu tegangan permukaan selaput padat udara γ pc tegangan permukaan selaput padat cair γ uc tegangan permukaan selaput udara cair Jika zat cair ditempatkan di dalam suatu tabung pipa kapiler, p g p p p, maka pada bagian dinding zat cair akanterjadi kelengkungan yang mana tergantung pada perbedaan antara γ pu dan γ pc.
Kapilaritas a γ θ pu γ γ pu γ pu γ pc θ γ uc γ pc γ uc γ pc γuc I II III I. Terjadi untuk 0 o < θ, 90 o. Dalam kasus ini zat cair cenderung membasahi dinding pipa p kapiler. Zat cair cenderung bergerak ke atas. II. Terjadi untuk 90 o < θ < 180 o. Dalam kasus ini zat cair cenderung tidak membasahi dinding pipa kapiler. III. Terjadi untuk θ = 90 o.
Dinamika Fluida Fluida yang bergerak mempunyai sifat-sifat sbb : 1. Alirannya mantap, artinya jika kecepatan V dari setiap partikel fluida pada satu titik adalah tetap. 2. Alirannya laminer, artinya kecepatannya bukan sebagai fungsi waktu. 3. Alirannya tak rotasional, artinya setiap titik materi pada fluida tersebut tidak mempunyai momentum sudut. 4. Tak kompresibel, artinya pada zat cair tersebut mempunyai kerapatan yang tetap. (tak termampatkan). 5. Sifat aliran zat cairnya encer, artinya faktor gesekan antara partikel diabaikan.
Untuk cairan yang mantap, maka tak ada bocoran atau fluida yang keluar dinding aliran, sehingga berlaku : Persamaan Kontinyuitas Jika dipandang suatu aliran dalam suatu pipa dengan diameter yang berbeda-beda, beda, maka dalam selang waktu tsuatu elemen fluida bergerak sejaut v. t. Jadi massa elemen fluida m yang melalui luas A 1 dalam selang waktu t adalah : v 1 v 2 A 1 A 2 m 1 = ρ 1 v 1 A 1 t m/ t disebut fluks massa
Persamaan Kontinyuitas Fluks massa di posisi 1 = fluks massa di posisi 2, atau ρ 1 v 1 A 1 = ρ 2 v 2 A 2 Atau ρ v A = tetap. Jika fluida bersifat tak kompresibel, maka massa jenisnya tetap. Sehingga ; A v tetap. Besaran A v disebut Debit atau Fluks Vl Volume. Φ = A v.
Persamaan Bernoulli Sifat alirannya ini adalah : 1. Mantap 2. Tak kompresibel 3. Encer Fluida mengalir sepanjang x 1 oleh gaya F 1 = A 1 P 1. Kerja yang dilakukan oleh gaya ini : W 1 = F 1 x 1 = A 1 P 1 x 1 = P 1.Vol= P 1.M/ρ
atau Persamaan Bernoulli