Distribusi Tekanan pada Fluida

dokumen-dokumen yang mirip
Fluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir. Zat cair dan gas adalah fluida. Karena jarak antara dua partikel di dalam fluida tidaklah tetap.

2. FLUIDA STATIS (FLUID AT REST)

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

Dinamika Rotasi, Statika dan Titik Berat 1 MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

Bab 6 Momentum Sudut dan Rotasi Benda Tegar

2.1 Zat Cair Dalam Kesetimbangan Relatif

Contoh Soal dan Pembahasan Dinamika Rotasi, Materi Fisika kelas 2 SMA. Pembahasan. a) percepatan gerak turunnya benda m.

TRANSFER MOMENTUM FLUIDA STATIK

BAB V ZAT CAIR DALAM KESATIMBANGAN RELATIF

Mekanika Rekayasa/Teknik I

1. a) Kesetimbangan silinder m: sejajar bidang miring. katrol licin. T f mg sin =0, (1) tegak lurus bidang miring. N mg cos =0, (13) lantai kasar

Hukum Newton pada Aliran Fluida Applica'on of Newton s Second Law to a Flowing Fluid. Fisika untuk Teknik Sipil 1

KHAIRUL MUKMIN LUBIS IK 13

FIsika DINAMIKA ROTASI

ULANGAN UMUM SEMESTER 1

MENERAPKAN HUKUM GERAK DAN GAYA

momen inersia Energi kinetik dalam gerak rotasi momentum sudut (L)

TEOREMA FUNDAMENTAL PADA KALKULUS VEKTOR

Matematika Teknik Dasar-2 11 Aplikasi Integral - 2. Sebrian Mirdeklis Beselly Putra Teknik Pengairan Universitas Brawijaya

BAB 3 DINAMIKA GERAK LURUS

P = W/A P = F/A. Sistem satuan MKS: F = kgf P = kgf/m 2. Sistem satuan SI : F = N A = m 2 P = N/m 2

SOAL DINAMIKA ROTASI

Soal No. 2 Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!

bermassa M = 300 kg disisi kanan papan sejauh mungkin tanpa papan terguling.. Jarak beban di letakkan di kanan penumpu adalah a m c m e.

1.1. Mekanika benda tegar : Statika : mempelajari benda dalam keadaan diam. Dinamika : mempelajari benda dalam keadaan bergerak.

C. Momen Inersia dan Tenaga Kinetik Rotasi

Saat mempelajari gerak melingkar, kita telah membahas hubungan antara kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) suatu benda

a. Hubungan Gerak Melingkar dan Gerak Lurus Kedudukan benda ditentukan berdasarkan sudut θ dan jari jari r lintasannya Gambar 1

BAB IV DINAMIKA PARTIKEL. A. STANDAR KOMPETENSI : 3. Mendeskripsikan gejala alam dalam cakupan mekanika klasik sistem diskret (partikel).

FIsika KTSP & K-13 FLUIDA STATIS. K e l a s. A. Fluida

Fisika Umum (MA101) Kinematika Rotasi. Dinamika Rotasi

KINEMATIKA GERAK 1 PERSAMAAN GERAK

MEKANIKA FLUIDA DI SUSUN OLEH : ADE IRMA

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN

BAB 3 DINAMIKA. Tujuan Pembelajaran. Bab 3 Dinamika

FISIKA XI SMA 3

4 I :0 1 a :4 9 1 isik F I S A T O R A IK M A IN D

BAB 1 Keseimban gan dan Dinamika Rotasi

GERAK LURUS Standar Kompetensi Menerapkan konsep dan prinsip dasar kinematika dan dinamika benda titik.

KINEMATIKA. Fisika. Tim Dosen Fisika 1, ganjil 2016/2017 Program Studi S1 - Teknik Telekomunikasi Fakultas Teknik Elektro - Universitas Telkom

Prinsip ketetapan energi dan ketetapan t momentum merupakan dasar penurunan persamaan aliran saluran. momentum. Dengan persamaan energi

Meka k nika k a F l F uida

Matematika Teknik Dasar-2 9 Aplikasi Turunan Parsial dan Pengerjaannya Secara Geometri

Jika sebuah sistem berosilasi dengan simpangan maksimum (amplitudo) A, memiliki total energi sistem yang tetap yaitu

Soal Pembahasan Dinamika Gerak Fisika Kelas XI SMA Rumus Rumus Minimal

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

Berdasarkan lintasannya, benda bergerak dibedakan menjadi tiga yaitu GERAK MELINGKAR BERATURAN

MATERI PELATIHAN GURU FISIKA SMA/MA

Bab VI Dinamika Rotasi

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER GENAP MATERI : DINAMIKA ROTASI

Gaya Hidrostatika. Gaya hidrostatika pada permukaan bidang datar: (1) Bidang horizontal (2) Bidang vertikal (3) Bidang miring (dengan kemiringan θ)

1. Sebuah benda diam ditarik oleh 3 gaya seperti gambar.

Kinematika Gerak KINEMATIKA GERAK. Sumber:

FIsika USAHA DAN ENERGI

Soal-Jawab Fisika Teori OSN 2013 Bandung, 4 September 2013

FIsika KTSP & K-13 KESEIMBANGAN BENDA TEGAR. K e l a s. A. Syarat Keseimbangan Benda Tegar

Jenis Gaya gaya gesek. Hukum I Newton. jenis gaya gesek. 1. Menganalisis gejala alam dan keteraturannya dalam cakupan mekanika benda titik.

Hukum Newton dan Penerapannya 1

Dinamika Rotasi 1. Dua bola bermassa m 1 = 2 kg dan m 2 = 3 kg dihubungkan dengan batang ringan tak bermassa seperti pada gambar.

Momen inersia yaitu ukuran kelembapan suatu benda untuk berputar. Rumusannya yaitu sebagai berikut:

BAB II DASAR TEORI 2.1 Spin Coating Metode Spin Coating

1/24 FISIKA DASAR (TEKNIK SIPIL) FLUIDA. menu. Mirza Satriawan. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol

MEDAN LISTRIK. Oleh Muatan Kontinu. (Kawat Lurus, Cincin, Pelat)

MODUL FISIKA SMA Kelas 10

MODUL- 9 Fluida Science Center U i n versit itas Brawijijaya

BAB DINAMIKA ROTASI DAN KESEIMBANGAN BENDA TEGAR

KINEMATIKA DAN DINAMIKA TEKNIK

BAB 3 DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

SMA NEGERI 14 JAKARTA Jalan SMA Barat, Cililitan, Kramatjati, Jakarta Timur Tlp

FISIKA GERAK MELINGKAR BERATURAN

K 1. h = 0,75 H. y x. O d K 2

SOAL DAN PEMBAHASAN FINAL SESI I LIGA FISIKA PIF XIX TINGKAT SMA/MA SEDERAJAT PAKET 1

Integral yang berhubungan dengan kepentingan fisika

Gambar 7.1 Sebuah benda bergerak dalam lingkaran yang pusatnya terletak pada garis lurus

PERTEMUAN X PERSAMAAN MOMENTUM

1. (25 poin) Sebuah bola kecil bermassa m ditembakkan dari atas sebuah tembok dengan ketinggian H (jari-jari bola R jauh lebih kecil dibandingkan

Karena hanya mempelajari gerak saja dan pergerakannya hanya dalam satu koordinat (sumbu x saja atau sumbu y saja), maka disebut sebagai gerak

II. TINJAUAN PUSTAKA

SOAL MID SEMESTER GENAP TP. 2011/2012 : Fisika : Rabu/7 Maret 2012 : 90 menit

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Persamaan Kontinuitas dan Persamaan Gerak

Rumus Minimal. Debit Q = V/t Q = Av

BAB II DASAR TEORI. Aliran hele shaw..., Azwar Effendy, FT UI, 2008

Kumpulan soal-soal level Olimpiade Sains Nasional: solusi:

MODUL. DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAHRAGA KOTA MATARAM SMA NEGERI 1 MATARAM JL. PENDIDIKAN NO. 21 TELP/Fax. (0370) MATARAM

DASAR PENGUKURAN MEKANIKA

BAB II DASAR SISTEM. Masing- masing besaran diatas menentukan persamaan tenaga, sehingga hukum kekekalan tenaga adalah sebagai berikut:

UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

Fisika Dasar 9/1/2016

B.1. Menjumlah Beberapa Gaya Sebidang Dengan Cara Grafis

SASARAN PEMBELAJARAN

14/12/2012. Metoda penyelesaian :

Pelatihan Ulangan Semester Gasal

Osilasi Harmonis Sederhana: Beban Massa pada Pegas

GURUMUDA.COM. KONSEP, RUMUS DAN KUNCI JAWABAN ---> ALEXANDER SAN LOHAT 1

Ciri dari fluida adalah 1. Mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah

Hukum Coulomb. Penyelesaian: Kedua muatan dan gambar gaya yang bekerja seperti berikut. (a) F = k = = 2, N. (b) q = Ne N = = 3,

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

GuruMuda.Com. Konsep, Rumus dan Kunci Jawaban ---> Alexander San Lohat 1

Antiremed Kelas 10 FISIKA

Transkripsi:

Distribusi Tekanan pada Fluida Ref: White, Frank M., 2011, Fluid Mechanics, 7th edition, Chapter 2, The McGraw-Hill Book Co., New York 2/21/17 1

Tekanan pada Fluida Tekanan fluida (fluid pressure): tegangan normal (gaya normal per satuan luas) yang bekerja pada suatu elemen fluida. Gradien tekanan spasial (bukan tekanan) dapat menimbulkan gaya pada permukaan elemen fluida Resultan gaya permukaan yang bekerja pada elemen fluida diam (fluid at rest) hanya dipengaruhi oleh gradien tekanan karena tidak ada tegangan geser yang bekerja. 2/21/17 2

Tekanan pada Fluida Diam z sin θ = δz/δs δs p n θ cos θ = δx/δs Pada arah x Σ F x = 0 p x δ yδz p n δ yδssinθ = 0 p x = p n p x 0 δz δw = ρg(½ δx δz δy) δx p z θ x Tebal elemen = δy Tidak ada perubahan tekanan pada arah horizontal 2/21/17 3

Tekanan pada Fluida Diam z sin θ = δz/δs δs p n θ cos θ = δx/δs p x δz 0 Pada arah z Σ F z = 0 p z δ yδx p n δ yδscosθ 1 ρgδ yδxδz = 0 2 δw = ρg(½ δx δz δy) δx θ x p z Tebal elemen = δy p z = p n + 1 2 ρgδz Perubahan tekanan arah vertikal dipengaruhi rapat massa, gravitasi, perubahan z 2/21/17 4

Tekanan pada Fluida Diam Untuk elemen yang sangat kecil, sehingga menjadi sebuah titik (δx, δy, δz 0) maka: p x = p z = p n = p Kesimpulan: Tekanan (magnitude) pada suatu titik dalam fluida diam adalah sama ke segala arah 2/21/17 5

Gradien Tekanan pada Fluida # % $ p p δ y y 2 & ( δx δz ' δz z y Diambil sembarang elemen fluida yang sangat kecil " $ # p + p δ y y 2 p = p(x, y, z,t) % ' δx δz & δx Pada arah y # δf y = p p δ y % $ y 2 x δy & # ( δx δz % p + p ' $ y δ y 2 & (δx δz = p δx δ y δz ' y 2/21/17 6

Gradien Tekanan pada Fluida Dengan cara yang sama, gaya pada arah x dan z adalah: # δf x = % p p $ x δx 2 & # ( δ y δz % p + p ' $ x δx 2 & (δ y δz = p δx δ y δz ' x # δf z = % p p $ z δz 2 & # ( δ y δx % p + p ' $ z δz 2 & (δ y δx = p δx δ y δz ' z 2/21/17 7

Gradien Tekanan pada Fluida Gaya yang bekerja pada elemen fluida akibat tekanan adalah: δ F # = p i p p & % j k (δx δ y δz $ x y z ' Jika f adalah gaya per satuan volume, maka: = gradient operator f = p p # = % $ x i + y j + z k & ( ' 2/21/17 8

Keseimbangan Elemen Fluida Gaya-gaya yang bekerja pada fluida (per satuan volume) f = f p + f g + f visc = p + ρ g + f visc = ρ a δ F g = m g = ρg δx δ y δz f g = ρ g δ F = m a = ρa δx δ y δz f = ρ a 2/21/17 9

Distribusi Tekanan Hidrostatis Pada fluida statis, percepatan dan tegangan geser sama dengan nol (a = 0, f visc = 0), sehingga: p = ρ g Arah gradien tekanan akan selalu tegak lurus permukaan bertekanan konstan. Arah gradien tekanan adalah searah gravitasi lokal g = g k 2/21/17 10

Distribusi Tekanan Hidrostatis Komponen gradien tekanan : p x = 0 p y = 0 p z = ρg = γ Gradien tekanan tidak terpengaruh x dan y, sehingga: dp dz = γ p 2 p 1 = z 2 z 1 γ dz x z z 2 h = z 2 z 1 z 1 y Permukaan fluida (tekanan = p 0 ) 2/21/17 11 p 2 p 1

Fluida dalam Gerak Benda Tegar Ref: White, Frank M., 2011, Fluid Mechanics, 7th edition, Chapter 2, The McGraw-Hill Book Co., New York 2/21/17 12

Benda Tegar Benda tegar (rigid body): suatu sistem partikel yang tidak mengalami deformasi, sehingga jarak antar partikel tidak berubah meskipun mendapat gaya luar (external force) Gerak benda tegar (rigid body motion) Gerak translasi Gerak rotasi Kombinasi translasi dan rotasi 2/21/17 13

Fluida dalam Gerak Benda Tegar Fluida dalam gerak benda tegar: seluruh partikel fluida bergerak bersama-sama (percepatan sama) sehingga tidak ada gerakan relatif antar partikel. Fluida dalam keadaan ini dapat dianggap sebagai fluida statis (tidak mengalami tegangan dan regangan geser). Contoh: Zat cair yang diangkut kapal/truk tangki Zat cair dalam kontainer yang berputar cukup lama 2/21/17 14

Fluida dalam Translasi Benda Tegar z, k a θ Keseimbangan gaya pada elemen fluida dalam gerak benda tegar (a 0, f visc = 0) g a x a a z θ p = ρ( g a) Muka zat cair saat diam x, i g a p = p a 1 z a s p x 2 p 3 2/21/17 15

Fluida dalam Translasi Benda Tegar Gradien tekanan bekerja pada arah p = ρ( g a) g a dp ds =ρg G = a 2 x + ( g+a ) 2 z Garis tekanan-konstan (serta permukaan zat cair, jika ada) adalah tegak lurus arah gradien tekanan dengan kemiringan: θ = tan 1 a x g + a z 2/21/17 16

a a = 0 a p 0 p 1 p 2 p 3 Isobar p p 0 p 1 p 2 Isobar p p 0 p 1 Isobar p p 4 p 3 p 2 p 5 p B > p A p 4 p A p C < p A p 6 p 7 p 5 p 3 p 8 p 6 p 4 Ke mana arah percepatan tangki kiri dan kanan? 2/21/17 17

a a = 0 a p 0 p 0 p 0 p 1 p 1 p p 1 Isobar p 2 p 3 p 2 p 3 Isobar p 2 p 3 Isobar p 4 p 4 p 4 p 5 p 5 p 5 p 6 p 6 p 6 Ke mana arah percepatan tangki kiri dan kanan? 2/21/17 18

Contoh Soal dan Penyelesaian Kaleng cat diletakkan pada nampan dan diseret dengan percepatan 7 m/s 2. Tinggi kaleng 10 cm, diameter 6 cm dan berisi cat sedalam 7 cm pada kondisi diam. Dengan asumsi bahwa cat dalam gerak benda tegar, (a) tentukan apakah cat akan tumpah, (b) hitung tekanan pada titik A jika rapat massa cat 1010 kg/m 3. 3 cm 7 cm z z s A θ 3 cm 3 cm x a x = 7 m/s 2 2/21/17 19

Contoh Soal dan Penyelesaian Penyelesaian (a): ditentukan kemiringan berdasarkan besar percepatan yang telah diketahui, lalu ditentukan tinggi kenaikan permukaan cat di tepi kaleng. θ = tan 1 a x g + a z = tan 1 7.0 m/s 2 9.81 m/s 2 + 0 = 35.5 z = (3 cm)(tan35.5 ) = 2.14 cm < 3 cm Cat tidak tumpah dari kaleng. (Solusi ini mengabaikan goncangan pada saat awal bergerak) 2/21/17 20

Contoh Soal dan Penyelesaian Penyelesaian (b) Tekanan pada A saat diam: p A (diam) = ρgh rest = (1010 kg/m 3 )(9.81 m/s 2 )(0.07 m) = 694 Pa Tekanan pada A saat bergerak p A = ρg s = (1010 kg/m 3 )( (9.81) 2 + (7.0) 2 m/s 2 )((0.07+0.0214)cos35.5 m) = 906 Pa atau p A = ρg(z surf z A ) = (1010 kg/m 3 )(9.81 m/s 2 )((0.0214 + 0.07) m) = 906 Pa 2/21/17 21

Fluida dalam Rotasi Benda Tegar Ref: White, Frank M., 2011, Fluid Mechanics, 7th edition, Chapter 2, The McGraw-Hill Book Co., New York 2/21/17 22

Ingat kembali Percepatan sentripetal (a c ) m V i m r θ V f Segitiga sebangun V δt r δv V V = V i = V f V f a = δv δt = V 2 r = a c V i V 2/21/17 23

Ingat kembali Gaya sentripetal (F c ) V V = Ωr F c = ma c = m V 2 r = mω 2 r m Ω 2/21/17 24 V F c F c r

Fluida dalam rotasi benda tegar Air Apa yang terjadi jika: 1. Piringan diputar Piringan 2. Kecepatan putar ditambah https://www.youtube.com/ watch?v=rdrnb3jz1yw&t=9s 2/21/17 25

Gaya-gaya yang bekerja F g = F nz = mg F nx = mω 2 r z, i z Bagaimana gaya-gayanya? Ω F nz F n 2 r, i r 1 F nx F g 2/21/17 26

Distribusi Tekanan z, i z Apa yang terjadi jika plat berisi fluida digeser, tetapi masih pada diameter piringan? muka air saat diam Ω a = rω 2 i r p = p 0 a r, i r sumbu rotasi p = p 1 p 2 p 3 g g a p = ρ( g a) 2/21/17 27

Distribusi Tekanan Vektor posisi, kecepatan sudut dan percepatan: r 0 = r " i r Ω = Ω iz Ω ( Ω r0 ) = rω 2 i r Keseimbangan gaya: p z = ρg Maka: dan p = ρ( g a) p i z z + p r i r = ρ( g i z + rω 2 i r ) p r = ρrω 2 2/21/17 28

Distribusi Tekanan p diintegralkan terhadap r dengan menganggap z konstan p = 1 2 ρr2 Ω 2 + f (z) Dengan menganggap r konstan: p z = 0 + f '(z) = ρg f (z) = ρgz +C Sehingga p = 1 2 ρr2 Ω 2 ρgz +C 2/21/17 29

Distribusi Tekanan Jika p = p 0 pada (r, z) = (0, 0) maka C = p 0, sehingga: p = p 0 ρgz + 1 2 ρr2 Ω 2 Untuk menggambar garis tekanan-konstan: z = p 0 p 1 ρg + r2 Ω 2 2g = a + br2 2/21/17 30

Distribusi Tekanan muka air saat diam h 2 h 2 Volume = π 2 R2 h h Pada silinder yang diputar pada sumbunya berlaku: h 2 = Ω 2 R 2 4g R Ω R 2/21/17 31

Contoh soal Kaleng dengan tinggi 10 cm dan diameter 6 cm berisi cat (ρ= 1010 kg/m 3 ) dengan kedalaman 7 cm pada keadaan diam. Kaleng kemudian diputar pada sumbunya hingga tercapai kondisi benda tegar. Tentukan: (a) kecepatan sudut yang akan menyebabkan cat mencapai bibir kaleng (b) tekanan di titik A yang terletak di sudut bawah kaleng 2/21/17 32

Penyelesaian z (a) h 2 = Ω2 R 2 4g = 0.03 m 3 cm Ω 2 =1308 Ω = 36.2 rad/s = 345 rpm (b) A(r, z) = (3 cm, 4 cm) 7 cm 0 r Ω p A = p 0 ρgz + 1 2 ρω2 r 2 = 0 + 396 N/m 2 + 594 N/m 2 = 990 Pa A 3 cm 3 cm 2/21/17 33

2/21/17 34