FIsika FLUIDA DINAMIK

dokumen-dokumen yang mirip
FLUIDA DINAMIS. GARIS ALIR ( Fluida yang mengalir) ada 2

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

FISIKA STATIKA FLUIDA SMK PERGURUAN CIKINI

FLUIDA. Standar Kompetensi : 8. Menerapkan konsep dan prinsip pada mekanika klasik sistem kontinu (benda tegar dan fluida) dalam penyelesaian masalah.

contoh soal dan pembahasan fluida dinamis

Antiremed Kelas 11 Fisika

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

LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA TOPIK: FLUIDA. Disusun oleh: Widodo Setiyo Wibowo, M.Pd.

MODUL KULIAH : MEKANIKA FLUIDA DAN HIROLIKA

SET 04 MEKANIKA FLUIDA. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan.

DINAMIKA FLUIDA. nurhidayah.staff.unja.ac.id

YAYASAN WIDYA BHAKTI SEKOLAH MENENGAH ATAS SANTA ANGELA TERAKREDITASI A

Oleh: STAVINI BELIA

BAB FLUIDA. 7.1 Massa Jenis, Tekanan, dan Tekanan Hidrostatis

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

Tegangan Permukaan. Fenomena Permukaan FLUIDA 2 TEP-FTP UB. Beberapa topik tegangan permukaan

FIsika USAHA DAN ENERGI

Materi Kuliah: - Tegangan Permukaan - Fluida Mengalir - Kontinuitas - Persamaan Bernouli - Viskositas

FLUIDA BERGERAK. Di dalam geraknya pada dasarnya dibedakan dalam 2 macam, yaitu : Aliran laminar / stasioner / streamline.

B. FLUIDA DINAMIS. Fluida 149

BAB FLUIDA A. 150 N.

BAB II. 2.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohydro. lebih kecil. Menggunakan turbin, generator yang kecil yang sama seperti halnya PLTA.

PERTEMUAN III HIDROSTATISTIKA

Selanjutnya untuk menurunkan persamaan yang menyatakan Hukum Bernoulli tersebut dapat dikemukakan dengan gambar sebagai berikut.

FLUIDA DINAMIS. Ciri-ciri umum dari aliran fluida :

KISI-KISI DAN RUBRIK PENILAIAN (Tes Sumatif) PERTEMUAN PERTAMA. 1. Apakah yang dimaksud dengan fluida ideal? 2. Perhatikan gambar berikut!

MODUL FISIKA SMA IPA Kelas 11

MODUL- 2. HIDRODINAMIKA Kode : IKK.365 Materi Belajar -2

UJI COBA SOAL Keseimbangan Benda Tegar & Fluida

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

HUKUM BERNOULLI MATERI POKOK. 1. Prinsip Bernoulli 2. Persamaan hukum Bernoulli 3. Penerapan Hukum Bernoulli TUJUAN PEMBELAJARAN

Garis alir pada fluida mengalir terdapat dua jenis, yaitu:

1. Pengertian Usaha berdasarkan pengertian seharihari:

Fluida Viskositas Hidrometer Tekanan Kapilaritas Kontiunitas. Kampas Rem

Kode FIS.14. Gaya angkat (Fa) Pusat gravitasi. v 2 (2) Gaya dorong (f d ) Gaya hambat (f g ) (1) v 1. Gaya berat (W)

MEKANIKA ZALIR (FLUIDA)

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.

BAB FLUIDA. Logam B mb = 0,10 kg b = kg/m3. = 0,04/8000 m3

Antiremed Kelas 11 FISIKA

II. TINJAUAN PUSTAKA

MAKALAH FISIKA Tabung Venturi dan Tabung Pitot

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

8. FLUIDA. Materi Kuliah. Staf Pengajar Fisika Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya

Fisika Dasar I (FI-321) Mekanika Zat Padat dan Fluida

HIDRODINAMIKA BAB I PENDAHULUAN

BAB 5 Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Antiremed Kelas 11 FISIKA

Dinamika Rotasi dan Keseimbangan Benda Tegar

Masalah aliran fluida dalam PIPA : Sistem Terbuka (Open channel) Sistem Tertutup Sistem Seri Sistem Parlel

Fisika Dasar I (FI-321)

FIsika TEORI KINETIK GAS

PEMBAHASAN SOAL UJIAN NASIONAL SMA MATA PELAJARAN FISIKA TAHUN 2016/2017 (SOAL NO )

Minggu 1 Tekanan Hidrolika (Hydraulic Pressure)

1. Pada gambar dibawah ini, tekanan hidrostatis yang paling besar berada pada titik. a. A b. B

Antiremed Kelas 11 FISIKA

SOAL UN FISIKA DAN PENYELESAIANNYA 2005

Fisika Umum (MA101) Zat Padat dan Fluida Kerapatan dan Tekanan Gaya Apung Prinsip Archimedes Gerak Fluida

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

BAHAN AJAR PERTEMUAN PERTAMA

FLUIDA. Staf Pengajar Fisika Departemen Fisika FMIPA Universitas Indonesia

Pembicaraan fluida menjadi relatif sederhana, jika aliran dianggap tunak (streamline atau steady)

Pokok Bahasan. Fluida statik. Prinsip Pascal Prinsip Archimedes Fluida dinamik Persamaan Bernoulli

Teori kinetik-molekuler yang telah kita diskusikan menjelaskan sifat-sifat zat gas. Teori ini berdasarkan tiga buah asumsi:

FLUIDA DINAMIS. 1. PERSAMAAN KONTINUITAS Q = A 1.V 1 = A 2.V 2 = konstanta

SILABUS PEMBELAJARAN. : 2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah

DINAS PENDIDIKAN KOTA PADANG MKKS KOTA PADANG KISI-KISI PENULISAN SOAL UJIAN TENGAH SEMESTER GENAP

9/17/ FLUIDA. Padat. Fase materi Cair. Gas

Bab VII Mekanika Fluida

Publikasi Online Mahsiswa Teknik Mesin Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Volume 1 No. 1 (2018)

BAB II LANDASAN TEORI

F A. Soal dan Pembahasan UAS Fisika X T.P.2014/2015

USAHA DAN ENERGI 1 USAHA DAN ENERGI. Usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

K13 Antiremed Kelas 11 Fisika

MEKANIKA FLUIDA. Ferianto Raharjo - Fisika Dasar - Mekanika Fluida

PERTEMUAN X PERSAMAAN MOMENTUM

BAB II LANDASAN TEORI

FISIKA FLUIDA YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MSc yusronsugiarto.lecture.ub.ac.id. Didit kelas D: Arga kelas G:

LEMBAR PENILAIAN. 1. Teknik Penilaian dan bentuk instrument Bentuk Instrumen. Portofolio (laporan percobaan) Panduan Penyusunan Portofolio

Fisika Umum (MA-301) Sifat-sifat Zat Padat Gas Cair Plasma

BAB III APLIKASI METODE EULER PADA KAJIAN TENTANG GERAK Tujuan Instruksional Setelah mempelajari bab ini pembaca diharapkan dapat: 1.

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

D. 80,28 cm² E. 80,80cm²

TKS-4101: Fisika MENERAPKAN KONSEP USAHA DAN ENERGI J U R U S A N T E K N I K S I P I L UNIVERSITAS BRAWIJAYA

9. Dari gambar berikut, turunkan suatu rumus yang dikenal dengan rumus Darcy.

FIsika KTSP & K-13 MOMENTUM DAN IMPULS. K e l a s A. PENGERTIAN GERAK PARABOLA

BAB I PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS

MODUL PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA

BAB II DASAR TEORI. E p = Energi potensial (joule) m =Massa benda (kg) g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ) h = Ketinggian benda (m)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Materi Fluida Statik Siklus 1.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK ( LKPD )

BAB VI HUKUM KEKEKALAN ENERGI DAN PERSAMAAN BERNOULLI

1. Menjelaskan konsep hukum Pascal 2. Menemukan persamaan hukum Pascal 3. Merangkum dan menjelaskan aplikasi hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari

ANTIREMED KELAS 11 FISIKA

TEKANAN. Tahukah kamu apakah Tekanan itu? Sebelum mengetahui definisi tekanan, marilah kita memahami

Fluida Statik & Dinamik

BAB VI USAHA DAN ENERGI

PERSAMAAN BERNOULLI I PUTU GUSTAVE SURYANTARA P

Transkripsi:

KTSP & K-3 FIsika K e l a s XI FLUIDA DINAMIK Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut.. Memahami definisi fluida dinamik.. Memahami sifat-sifat fluida dinamik dan besaran-besaran yang terlibat di dalamnya. 3. Memahami hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida dinamik. 4. Dapat menerapkan konsep fluida dinamik dalam kehidupan sehari-hari. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Dari jenis-jenis zat yang telah kita ketahui, yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Pada sesi ini, kita akan membahas tentang fluida dinamik, yaitu fluida yang bergerak/mengalir. Agar mudah mempelajarinya, fluida yang dimaksud dalam hal ini terbatas pada fluida ideal yang memiliki sifat-sifat berikut.. Aliran fluida adalah tunak sehingga kecepatannya di suatu titik adalah konstan.. Aliran fluida tidak termampatkan sehingga tidak mengalami perubahan olume. 3. Aliran fluida tidak kental sehingga tidak mengalami gesekan. 4. Aliran fluida adalah laminar sehingga arusnya mengikuti alur tertentu. A. Debit Fluida Fluida yang mengalir dapat diukur dengan besaran debit. Debit adalah banyaknya fluida yang mengalir melalui suatu penampang tiap satuan waktu. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Q= V t Q = debit fluida (m³/s); V = olume fluida (m³); dan t = selang waktu (s). Jika fluida mengalir melalui pipa dengan luas penampang A dan setelah selang waktu t menempuh jarak L, maka olume fluidanya adalah V = A L. Dengan demikian, diperoleh: Q= V t = A L t ( ) = A t t =A Q=A Q = debit fluida (m³/s); A = luas penampang pipa (m²); dan = kecepatan fluida (m/s). B. Hukum Kontinuitas Hukum kontinuitas menyatakan, Debit fluida di semua titik besarnya sama. Oleh karena itu, hasil kali kecepatan aliran fluida dengan luas penampangnya selalu tetap. Berdasarkan hukum tersebut, dihasilkan sebuah persamaan kontinuitas yang secara matematis dirumuskan sebagai berikut. A A Q A = Q = A Apabila persamaan tersebut diturunkan, akan diperoleh cara SUPER berikut. Super "Solusi Quipper" A π r r = = = A π r r π d A d = = 4 = A π d d 4 r = jari-jari penampang pipa (m); r = jari-jari penampang pipa (m);

d = diameter penampang pipa (m); d = diameter penampang pipa (m); = kecepatan pada penampang pipa (m/s); = kecepatan pada penampang pipa (m/s); A = luas penampang pipa (m²); dan A = luas penampang pipa (m²). Contoh Soal Kecepatan fluida pada pipa berdiameter 6 cm adalah 0,5 m/s. Berapakah besar diameter pipa yang dilewati saat fluida keluar dengan kecepatan 4 m/s? Pembahasan: d = 6 cm = 0,5 m/s = 4 m/s = 4 m/s Ditanya: d =...? Super "Solusi Quipper" = d d 4 4 = d kedua ruas diakarkan 6 4 4 = d 6 d 4 = 6 d =,5 cm ( ) Jadi, besarnya diameter pipa yang dilewati saat fluida keluar dengan kecepatan 4 m/s adalah,5 cm. 3

C. Daya oleh Debit Fluida Bagaimana kita menghitung daya dari suatu tenaga fluida (air terjun) yang mengalir dengan debit Q dari ketinggian h? Untuk menentukannya, ingat kembali bahwa sejumlah air dengan massa m yang berada pada ketinggian h akan memiliki energi potensial sebesar: E p = m g h = (ρ V) g h Daya sebesar P yang dibangkitkan oleh energi potensial ini adalah sebagai berikut. P= Ep t = m g h ( ρ V) g h = t t = ρ Q g h Jika tenaga fluida ini dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan efisiensi η, maka daya yang dibangkitkan oleh sistem generator dapat dirumuskan sebagai berikut. P= η ρ Q g h Q = debit fluida (m³/s); h = ketinggian (m); g = percepatan graitasi (m/s ); η = efisiensi; ρ = massa jenis fluida (kg/m 3 ); dan P = daya (watt). Contoh Soal Air terjun setinggi meter dengan debit 5 m³/s dimanfaatkan untuk memutar generator listrik sederhana. Jika 0% energi air jatuh berubah menjadi energi listrik, berapakah daya keluaran generator tersebut? (ρ = 000 kg/m³) Pembahasan: h = m Q = 5 m³/s η = 0% ρ =.000 kg/m³ Ditanya: P =? Agar kamu lebih paham lagi tentang rumusnya, perhatikan konersi energi potensial 4

menjadi energi listrik berikut. E p = W η E p = P t η m g h = P t η ρ V g h = P t V η ρ g h=p t P = η ρ Q g h Dengan demikian, diperoleh: P = η.ρ.q.g.h = 0% (000) (5) (0) () = 360.000 W = 360 kw Jadi, daya keluaran generator tersebut adalah 360 kw. D. Hukum Bernoulli Hukum Bernoulli menyatakan, Jumlah dari tekanan, energi kinetik tiap olume, dan energi potensial tiap olume di setiap titik sepanjang aliran fluida adalah sama. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. A V P A P V h h P+ E V + E k p V =konstan P+ m V + mgh V =konstan P + ρ + ρgh =konstan 5

Persamaan yang dihasilkan tersebut merupakan persamaan Bernoulli yang dapat juga dituliskan sebagai berikut. P + ρ + ρgh = P + ρ + ρ gh P = tekanan pada penampang pipa (N/m²); P = tekanan pada penampang pipa (N/m²); ρ = massa jenis fluida (kg/m 3 ); ρ = massa jenis fluida (kg/m 3 ); = kecepatan pada penampang pipa (m/s); = kecepatan pada penampang pipa (m/s); h = ketinggian penampang pipa dari titik acuan (m); h = ketinggian penampang pipa dari titik acuan (m); dan g = percepatan graitasi (m/s²). Contoh Soal 3 Sebuah pipa horizontal mempunyai luas 0, m² pada penampang pertama dan 0,05 m² pada penampang kedua. Laju aliran dan tekanan fluida pada penampang pertama berturutturut adalah 5 m/s dan 0 5 N/m². Jika massa jenis fluida yang mengalir adalah 0,8 g/cm³ dan g = 0 m/s², maka besarnya tekanan fluida pada penampang kedua adalah. Pembahasan: A = 0, m² A = 0,05 m² A = 5 m/s A P = 0 5 N/m² ρ = ρ = 0,8 g/cm 3 = 800 kg/m 3 g = 0 m/s² h = h = 0 (posisi horizontal) Ditanya: P =? Mula-mula, tentukan dahulu kecepatan aliran fluida pada penampang kedua. Dengan 6

menggunakan persamaan kontinuitas, diperoleh: A = A 0,( 5 ) =0,05( ) =0 m/s Selanjutnya, gunakan persamaan Bernoulli untuk menentukan tekanannya. P + ρ + ρgh = P + ρ + ρ gh 800 5 +800 0 00.000 + 0= + P 800 0 + 800 0 0 00.000 +0.000 = P +40.000 P = 70.000 N/m Jadi, besarnya tekanan fluida pada penampang kedua adalah 70.000 N/m² atau,7 0 5 N/m². E. Penerapan Hukum Bernoulli. Venturimeter Venturimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu zat cair. Pada dasarnya, alat ini adalah sebuah pipa dengan penyempitan atau pengecilan diameter. Ada dua jenis enturimeter, yaitu enturimeter tanpa manometer dan enturimeter dengan manometer yang berisi cairan lain. Manometer adalah alat pengukur tekanan udara di dalam ruang tertutup. Secara matematis, kecepatan aliran fluida pada enturimeter tanpa manometer dapat dirumuskan sebagai berikut. h = gh A = gh A A A A A = luas penampang pipa (m²); A = luas penampang pipa (m²); = kecepatan pada penampang pipa (m/s); = kecepatan pada penampang pipa (m/s); h = perbedaan tinggi cairan pipa kecil di atas enturimeter (m); dan g = percepatan graitasi (m/s²). 7

Contoh Soal 4 Air mengalir dalam enturimeter seperti pada gambar berikut. h = 0 cm A A Jika kecepatan aliran air pada penampang adalah m/s, maka kecepatan aliran air pada penampang adalah... Pembahasan: = m/s h = 0 cm = 0, m Ditanya: =...? Berdasarkan nilai = m/s, diperoleh: = = gh A.0.0, A = A 4= A 4 4 = A 8

4 = 6 A A = 3 Dengan demikian, diperoleh: = = gh æ A ö èç A ø 0 0, 3 = 3 = 6 m/s Jadi, kecepatan aliran air pada penampang adalah 6 m/s.. Tabung Pitot Tabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas di dalam sebuah pipa. aliran gas h cairan manometer Laju aliran gas pada alat tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut. g h = ρ ρ = laju aliran gas (m/s); ρ = massa jenis gas yang mengalir (kg/m³); ρ' = massa jenis cairan manometer (kg/m³); h = selisih ketinggian antara dua kolom cairan manometer (m); dan g = percepatan graitasi (m/s²). 9

Contoh Soal 5 Laju aliran gas oksigen terukur dengan tabung pitot sebesar m/s. Jika massa jenis gas oksigen 0,5 g/cm³ dan massa jenis zat cair pada manometer adalah 750 kg/m³, maka selisih ketinggian antara dua kolom cairan manometer adalah. (g = 0 m/s²) Pembahasan: = m/s ρ = 0,5 g/cm³ = 500 kg/m³ ρ' = 750 kg/m³ g = 0 m/s² Ditanya: h =...? Laju aliran gas pada tabung pitot dapat dirumuskan sebagai berikut. g h = ρ ρ 0 750 h = 500 0 750 h 4= 500.000 = 5.000h h =0,3 m (kedua ruas dikuadratkan) Jadi, selisih ketinggian antara dua kolom cairan manometer adalah 0,3 m atau 3 cm. 3. Bejana Berpancur (Kebocoran Tangki Air) Kelajuan fluida yang menyembur keluar dari lubang pada jarak h di bawah permukaan fluida dalam bejana/tangki sama seperti kelajuan sebuah benda yang jatuh bebas dari ketinggian h. Perhatikan gambar berikut. udara fluida h lubang seluas A 0

Kelajuan fluida dirumuskan sebagai berikut. = gh Debit fluida dirumuskan sebagai berikut. Q = A= A gh Super "Solusi Quipper" udara air = gh h h t = g h x x = x = t = gh hh h g = kecepatan semburan air (m/s); h = ketinggian air dari permukaan ke lubang (m); h = ketinggian air dari lubang ke dasar bejana (m); x = jarak jangkauan terjauh (m); t = selang waktu air menuju jarak jangkauan terjauh (s); dan g = percepatan graitasi (m/s²). Contoh Soal 6 Tentukan nilai H agar jangkauan terjauhnya 3 m. H 60 o x = 3 meter

Pembahasan: x = 3 m α = 60 Ditanya: H =...? Kecepatan semburan air tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut. = gh 0 Jika dikuadratkan menjadi: =gh 0 Berdasarkan persamaan gerak parabola, jarak terjauh pancaran air dengan sudut eleasi 60 o adalah sebagai berikut. x = 0 x = sinα g 0 sinα cosα g g H sinα cosα 3 = g o o 3= H sin60 cos60 3= H 3 H = m Jadi, tinggi maksimum fluida dalam bejana agar jangkauan terjauhnya 3 adalah meter. 4. Gaya Angkat Sayap Pesawat Agar pesawat dapat terangkat, gaya angkat pesawat harus lebih besar daripada berat pesawat. Gaya angkat pesawat dirumuskan sebagai berikut. F F = A ρ ( ) = kecepatan aliran udara di bawah sayap (m/s); = kecepatan aliran udara di atas sayap (m/s); A = luas penampang sayap (m²); ρ = massa jenis udara (,3 kg/m³); F F = gaya angkat sayap pesawat (N);

Contoh Soal 7 Sebuah sayap pesawat terbang memerlukan gaya angkat per satuan luas.300 N/m. Kelajuan aliran udara (ρ =,3 kg/m 3 ) sepanjang permukaan bawah sayap adalah 00 m/s. Berapakah laju aliran udara sepanjang permukaan atas sayap agar dapat menghasilkan gaya angkat tersebut? Pembahasan: F F = 300 N/m A = 00 m/s ρ =,3 kg/m 3 Ditanya: =...? Gaya angkat pesawat dapat dirumuskan sebagai berikut. ( ) F F = ρ A F F = ρ ( ) A 300 = ( 0,3 ) 0 600 =,3( 40.000 ) 000 = 40.000 000 + 40.000 = = 4.000 = 04, 9 05 m/s ( ) Jadi, laju aliran udara sepanjang permukaan atas sayap agar dapat menghasilkan gaya angkat tersebut adalah 05 m/s. 3