MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA ILMU DASAR SAINS MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA Oleh: TRI NUGRAHA ADIKESUMA

Isi Aliran Fluida Karakteristik Aliran Fluida Garis Aliran Kekekalan Massa Dalam Aliran Fluida Kontinuitas Bernoulli

Fluida Bergerak ALIRAN FLUIDA. Fluida tersusun dari partikel-partikel kecil yang masing-masing bergerak dan tunduk pada hukum-hukum tentang gerak. Artinya setiap partikel fluida yang bergerak berlaku persamaan-persamaan tentang gerak, misalnya s = v.t ( s = jarak tempuh, v = kelajuan, t = waktu tempuh).

Fluida Bergerak Karakteristik aliran fluida: aliran tunak (steady) yang maksudnya laju pada setiap partikel fluida yang bergerak (mengalir) dan setiap saat adalah konstan, karena bila kelajuannya berubah-ubah akan mengakibatkan berbagai variabel yang lain juga berubah-ubah. aliran tak tunak (non-steady) yang maksudnya laju pada setiap partikel dan setiap saat selalu berubah dan merupakan fungsi dari waktu.

Fluida Bergerak aliran berolak (rotational) yang maksudnya adalah partikel fluida selain bergerak linier juga bergerak anguler (berotasi) dan berarti mempunyai kelajuan sudut pula. aliran tak berolak (irrotational) yang maksudnya partikel fluida tidak memiliki kelajuan sudut.

Fluida Bergerak aliran termampatkan (compressible) aliran tak termampatkan (incompressible). aliran kental (viscous) aliran tak kental (non-viscous)

Fluida Bergerak Fluida yang akan dibahas adalah yang mempunyai karakteristik berikut: tidak kental tak termampatkan tak berolak tunak.

Garis Arus Garis Arus (stream line) adalah lintasan tiap-tiap partikel sepanjang aliran fluida. Dengan begitu kita dapat memberi definisi aliran tunak yaitu fluida bergerak yang mana garis arus masing-masing partikel adalah sejajar yang berarti antara garis arus yang satu dengan lainnnya tidak pernah saling bersilangan. Akan lebih mudah bila kita memperhatikan sejumlah fluida dalam pipa yang kita tempatkan secara vertikal.

Kekekalan Massa dalam Dinamika Fluida ∆m = ρ.A.v.∆t ρ.A.v = konstan karena hukum kekekalan massa dalam dinamika fluida. Hal itu mudah dipahami karena sejumlah fluida yang melewati bagian pipa tertentu dalam waktu tertentu tentu akan tetap sama dibanding pada bagian pipa yang lain bila tidak ada kebocoran.

Kontinuitas A1.v1 = A2.v2 Bila aliran tunak, maka: A.v = konstan atau disebut sebagai persamaan kontinuitas. A.v = fluks volume (laju aliran) atau debit aliran. Keterangan : v = laju aliaran fluida (m/s) A = luas penampang pipa (m2)

Kontinuitas Contoh: Saluran air pada sebuh rumah ada yang berubah dari pipa besar ke pipa kecil. Bila laju air pada pipa yang besar 10 m/s dan luas penampang pipa yang besar 10-4 m2 , hitunglah laju air pada pipa yang kecil berpenampang 10-5 m2?

Kontinuitas A1 .v1 = A2 .v2 Penyelesaian: Dari data : v1 = 10 m/s, A1 = 10-4 m2 , dan A2 = 10-5 m2 , maka dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas sebagai berikut, A1 .v1 = A2 .v2 10-4 . 10 = 10-5 . v2 maka v2 = 100 m/s. dan ternyata laju aliran air dari pipa yang besar akan bertambah cepat bila penampang pipa diubah menjadi lebih kecil.

Bernoulli Keterangan : p = tekanan (N/m2) p1 + ½ ρ.v12 + ρ.g.y1 = p2 + ½ ρ.v22 + ρ.g.y2 Keterangan : p = tekanan (N/m2) ρ = massa jenis fluida (Kg/m3) v = laju fluida (m/s2) g = grafitasi (m/s2) y = ketinggian pipa dari bidang mendatar (m) Persamaan tersebut tetap berlaku walaupun fluida tidak mengalir ( v = 0), karena dimensi tekanannya tetap ada yang disebut dengan tekanan statik. Bila mana fluidanya bergerak ( v ≠ 0 ) suku ½ ρ.v2 dinamakan tekanan dinamik.

Bernoulli Laju turunnya permukaan air (v1) dianggap nol. p1 = p2 (karena tekanan udara luar). V2 adalah laju keluarnya air dari lubang. dengan menerapkan persamaan Bernoulli seperti berikut ini, akan diperoleh P1, v1 h1 P2 ,v2 ρ h2

Bernoulli karena p1 = p2 ½ ρ.v12 + ρ.g.y1 = ½ ρ.v22 + ρ.g.y2 p1 + ½ ρ.v12 + ρ.g.y1 = p2 + ½ ρ.v22 + ρ.g.y2 karena p1 = p2 ½ ρ.v12 + ρ.g.y1 = ½ ρ.v22 + ρ.g.y2 karena v1 = 0 ρ.g.y1 = ½ ρ.v22 + ρ.g.y2 dibagi dengan ρ g.y1 = ½ v22 + g.y2 g.y1 - g.y2 = ½ v22 sehingga v2 =

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Air mengalir melalui pipa mendatar dengan luas penampang yang berubah dari 200 mm2 ke penampang 100 mm2. Jika laju aliran pada penampang yang besar 4 m/s, maka laju aliran pada penampang yang kecil adalah ….m/s.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Air mengalir pada suatu pipa yang diameter penampangnya berbeda dengan perbandingan 1 : 3. Jika laju aliran pada pipa yang kecil 36 m/s, maka laju aliran pada pipa yang besar adalah ….m/s.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Sebuah pipa besar luas penampangnya 6 cm2. Ujungnya dipasang kran dengan luas penampang 2 cm2. Laju aliran pada pipa yang besar 3 m/s, maka volume air yang keluar dari kran selama 10 menit adalah ….m3.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Sebuah tangki air diletakkan di tanah. Tinggi permukaan air dalam tangki 2 m. Pada ketinggian 0,2 m dari tanah terdapat lubang kecil sehingga air keluar melalui lubang tersebut. Jika g = 10 m/s2, maka laju air yang keluar dari lubang adalah ….m/s.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Sebuah tangki berisi air diletakkan di tanah. Tinggi permukaan air 2 m. Jika pada ketinggian 0,4 m dari tanah terdapat lubang sehingga air keluar. Jarak mendatar dihitung dari sisi tangki yang dapat dicapai air saat jatuh ke tanah adalah ….m.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Seorang petugas pompa bensin mengisi tangki bahan bakar sebuah kendaraan sebanyak 75 liter dalam waktu 2,5 menit. Debit aliran bensin yang keluar dari ujung selang pompa dalah …. m3/s.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Sebuah pipa air berdiameter besar disambung dengan pipa berdiameter kecil. Bila kelajuan air pada pipa yang besar 4 m/s dan diameter pipa yang besar 3 kali diameter pipa yang kecil, maka kelajuan air pada pipa yang kecil ….m/s.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Bila debit aliran pada pipa 1,8 liter per sekon dan luas penampang pipa 3 cm2, maka laju aliran pada pipa adalah …. m/s.

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Satu kantung infus yang berisi cairan 500 mL diatur sedemikian rupa sehingga tiap 2 detik menetes sekali. Bila volume 1 tetes = 0,1 mL, maka berapa lama cairan dalam kantong infus akan habis ?

SOAL LATIHAN FLUIDA BERGERAK Bak mandi di kamar anda mempunyai ukuran lebar 50 cm, panjang 100 cm dan kedalamannya 70 cm. Apabila debit air yang keluar dari kran untuk bak tersebut 10 L per detik, maka untuk mengisi penuh dari keadaan kosong memerlukan waktu …. Menit.