FLUIDA DINAMIS Rado Puji Wibowo (15/380118/PA/16720) Aldida Safia Ruzis (16/394055/PA/17146)

Pendahuluan Fluida dinamis adalah salah satu bidang paling penting dalam fisika. Seperti yang kita tahu, kehidupan tidak akan ada tanpa adanya fluida. Udara yang kita hirup dan minuman yang kita minum (yang membentuk sebagian besar dari tubuh kita) adalah fluida. Pergerakan fluida dalam tubuh sangat penting, karena menjadi penyokong bentuk kehidupan berbasis karbon.

Fluida Fluida adalah segala zat yang mengalir, termasuk cairan, gas dan plasma. Fluida mengalami deformasi secara kontinyu atau mengalir ketika mendapatkan gaya geser (shear stress). Adanya tegangan geser ini berasosiasi dengan fluida dalam keadaan bergerak. Bila fluida diam, maka dapat dikatakan bahwa tidak ada tegangan geser.

Fluida Karakteristik yang membedakan fluida dengan benda padat adalah ketidakmampuannya untuk menahan deformasi dari tegangan geser. Pada benda padat (contohnya balok baja), tidak akan terjadi perubahan bentuk sampai adanya tekanan yang sangat besar. Sedangkan pada fluida, sekecil apapun tekanan yang diberikan, akan mengalami deformasi. Gambar 1. Perbandingan deformasi pada benda padat dan cair dengan adanya tegangan geser, dimana (a) benda padat dan (b) cairan.

Fluida Dinamis Fluida dinamis adalah salah satu dari cabang mekanika fluida, yaitu ilmu yang mempelajari pergerakan fluida, termasuk kontak antar dua fluida. Pada hal ini, yang dimaksud dengan fluida adalah cairan maupun gas.

Fluida Dinamis dalam Geofisika Konveksi (pergerakan fluida) dalam mantel bumi, yang dapat menjelaskan tektonik lempeng, gempa bumi serta gunung api Konveksi di inti luar bumi, yang membentuk medan magnet. Dalam teknologi, digunakan sebagai dasar pemanfaatan panas matahari dan panas bumi (geothermal)

Fluida Dinamis Ketika mempelajari sifat pergerakan fluida, biasanya akan dilihat dari beberapa aspek fenomena transportasi fluida. Fenomena ini adalah kemampuan fluida untuk mengalirkan material dari satu tempat ke tempat lain dimana material ini akan terdifusi dan tersebar melalui medium fluida. Fenomena transportasi yang berasosiasi dengan pergerakan fluida adalah massa, panas dan momentum.

Proses Perpindahan ProsesHukum Perpindahan massaKonservasi Massa Perpindahan panasKonservasi Energi (Hk. Pertama Termodinamika) Perpindahan momentumHukum Kedua Newton

Konservasi Massa pada Aliran Fluida Massa tidak dapat diciptakan dan tak dapat dimusnahkan. Hukum ini berlaku dalam keadaan apapun, termasuk pada fluida yang mengalir. Pada sebuah sistem yang tidak mengalami reaksi kimia berlaku : Dimana adalah laju alir massa masuk pada bidang 1, adalah laju alir massa keluar pada bidang 2, dan adalah laju akumulasi massa dalam sistem

Konservasi Energi pada Aliran Fluida Sama dengan massa, energi juga tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Hukum ini berlaku pada keadaan apapun, termasuk pada fluida yang mengalir. Pada sebuah sistem berlaku :

Contoh Sistem

Energi pada Fluida yang Bergerak Energi dalam = Energi yang berhubungan dengan keadaan fisik fluida, yaitu energi atom dan molekul yang dihasilkan dari gerakan-gerakannya dan konfigurasinya. Energi dalam per satuan massa fluida ditandai dengan huruf U. Energi potensial = Energi pada fluida yang disebabkan oleh posisinya dalam medan gravitasi bumi Energi tekanan = Energi atau kerja yang dibutuhkan untuk memasukkan fluida ke dalam sistem tanpa perubahan volume Energi kinetik = Energi pada gerakan fluida Energi total = Energi hasil dari penjumlahan semua energi

Jenis Aliran Fluida Aliran laminer, yakni aliran dimana paket fluida meluncur bersamaan dengan paket fluida di sebelahnya, setiap jalur paket fluida tidak berseberangan dengan jalur lainnya. Aliran laminer adalah aliran ideal dan terjadi pada aliran fluida dengan kecepatan rendah.

Jenis Aliran Fluida Aliran turbulen, yaitu aliran dimana paket fluida tidak meluncur bersamaan dengan paket fluida di sebelahnya, setiap jalur paket fluida dapat bersebrangan dengan jalur lainnya. Aliran turbulen ditandai dengan adanya pusaran- pusaran air (vortex atau turbulen) dan terjadi jika kecepatan alirannya tinggi.

Debit (Q)

Persamaan Kontinuitas Karena fluida tidak mampu dimampatkan (inkompresibel), maka aliran fluida di sembarang titik sama. Jika ditinjau dari dua tempat, maka debit aliran 1 sama dengan debit aliran 2.

Hukum Bernoulli Hukum Bernoulli merupakan hukum yang berlandaskan kekekalan energi per unit volume pada aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa fluida pada keadaan tunak, ideal, dan inkompresibel; jumlah tekanan, energi kinetik, dan energi potensialnya memiliki nilai yang sama di sepanjang aliran. dimana: P adalah tekanan (Pa) ρ adalah massa jenis fluida (kg/m³) g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s²) h adalah ketinggian air (m) v adalah kecepatan aliran fluida (m/s)

Penerapan Hukum Bernoulli Teorema Toricelli Besar energi kinetik air yang menyembur keluar dari lubang tangki air sama dengan besar energi potensialnya. Dengan begitu, kecepatan air pada lubang penyemburan sama dengan air yang jatuh bebas dari batas ketinggian air. Sehingga semakin besar perbedaan ketinggian lubang dengan batas ketinggian air, maka akan semakin cepat semburan airnya. Penurunan Persamaan :

Penerapan Hukum Bernoulli Venturimeter Sebuah alat yang berfungsi untuk mengukur debit aliran fluida dinamis yang mengalir di pipa dengan mengandalkan hukum bernoulli. Venturimeter berbentuk seperti pipa dimana bagian tengahnya menyempit lalu kemudian melebar kembali. - Venturimeter tanpa manometer (pipa venturi)

Penerapan Hukum Bernoulli Venturimeter - Venturimeter dengan manometer

Penerapan Hukum Bernoulli Tabung Pitot Tabung Pitot adalah tabung yang digunakan untuk mengukur kelajuan gas.

Penerapan Hukum Bernoulli Pesawat Terbang Syarat agar pesawat terbang dapat terbang apabila: Syarat bagi pesawat terbang saat mengudara: a. Tinggal landas (take-off), Fangkat > W. b. Terbang konstan, Fangkat = W. c. Mendarat/turun (landing), Fangkat < W.

Viskositas Fluida Viskositas adalah ukuran kekentalan suatu fluida. Fluida yang memiliki viskositas tergolong fluida sejati. Hukum Stokes menjelaskan bahwa viskositas menyebabkan kelajuan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama pada suatu pipa, karena adanya gaya gesekan. Gaya gesekan suatu bola yang bergerak dalam fluida sejati dapat dirumuskan:

Viskositas Fluida Kecepatan terminal adalah kecepatan terbesar konstan yang dialami benda yang jatuh bebas dalam suatu fluida sejati/kental. Kecepatan terminal terjadi ketika gaya berat, gaya ke atas fluida, dan gaya gesekan fluida berada dalam kesetimbangan.