Makalah Fluida

Makalah Fluida - Jika dalam postingan ini, anda kurang mengerti atau susunanya tidak teratur, anda dapat mendownload versi .doc makalah berikut :

Download

Makalah Fluida

A.Pengertian Fluida

Fluida merupakan bagian dari perubahan bentuk benda, termasuk benda cair, gas, plasma, dan padat. Fluida memiliki kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk yang sesuai dengan wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress) atau tidak mampu mempertahankan/mengembalikan bentuknya. Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengarakterisasi bentuk fluida. Dapat disimpulkan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan geser itu.

Dalam fisika, fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Anda mungkin pernah belajar di sekolah bahwa materi yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari terdiri dari zat padat, cair dan gas. Nah, istilah fluida mencakup zat cair dan gas, karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Untuk lebih memahami penjelasan gurumuda, alangkah baiknya jika kita tinjau beberapa contoh dalam kehidupan sehari-hari. Ketika dirimu mandi, dirimu pasti membutuhkan air. Untuk sampai ke bak penampung, air dialirkan baik dari mata air atau disedot dari sumur. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu dan sebagainya. Semuanya zat cair itu dapat kita kelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.

Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. zat gas juga dapat mengalir dari  satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.Zat padat tidak dapat digolongkan ke dalam fluida karena zat padat tidak dapat mengalir. Batu atau besi tidak dapat mengalir seperti air atau udara. Hal ini dikarenakan zat pada t cenderung tegar dan mempertahankan bentuknya sedangkan fluida tidak mempertahankan bentuknya tetapi mengalir. Selain zat padat, zat cair dan zat gas, terdapat suatu jenis zat lagi yang dinamakan plasma. Plasma merupakan zat gas yang terionisasi dan sering dinamakan sebagai “wujud keempat dari materi”.Plasma juga tidak dapat digolongkan ke dalam fluida.

Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Setiap hari kita menghirupnya, meminumnya dan bahkan terapung atau teggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya, kapal laut mengapung di atasnya, demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang kita minum dan udara yang kita hirup juga bersirkulasi di dalam tubuh kita setiap saat, hingga kadang tidak kita sadari. Jika ingin menikmati bagaimana indahnya konsep mekanika fulida bekerja, pergilah ke pantai.

B.Fluida Statis dan Fluida Dinamis

1.Fluida statis

Fluida statis adalah ketika fluida yang sedang diam pada keadaan setimbang. Jadi kita meninjau fluida ketika tidak sedang bergerak. Pada Fluida Dinamis, kita akan meninjau fluida ketika bergerak.

a.Tekanan

            Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal ( tegak lurus ) yang bekerja pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang tersebut.

P =

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal ( disingkat Pa).Dalam bidang meteorologi digunakan satuan atmosfet (atm),cmHg atau mmHg, dan milibar (mb).

1Pa      = 1 N/m²

1mb     = 0,001 bar

1bar     = 10⁵ Pa

1atm    = 76 cmHg = 1,01 x 10⁵ Pa = 1,01 bar

Tekanan pada zat cair (fluida) secara umum dibedakan menjadi dua jenis tekanan, yakni tekanan pada zat cair yang tidak bergerak (mengalir) serta tekanan yang zat cair yang bergerak (mengalir).

Pada pembahasan kali ini kita akan lebih memfokuskan tekanan pada zat cair yang tidak bergerak atau yang lebih dikenal dengan Tekanan Hidrostatis. Secara konseptual tekanan hidrostatis adalah tekanan yang  berlaku pada fluida atas dasar Hukum Pascal.

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh gaya berat zat cair itu sendiri pada suatu luas bidang tekan. Dengan asumsi bahwa zat cair dalam bentuk lapisan-lapisan sesuai dengan tingkat kedalaman yang terukur dari permukaan zat cair. Maka tekanan hidrostatis  zat cair adalah sama besar untuk setiap bagian zat cair yang memiliki kedalaman yang sama.Tekanan hidrostatis zat cair (P_h) dengan massa jenis ρ pada kedalaman h dirumuskan dengan :

P_{h =} ρgh

Perhatikan gambar !

Besarnya tekanan hidrostatis :

p = F / A  ….. (1)

karena gaya (F) yang bekerja adalah merupakan gaya berat zat cair (w) yang berada di atasnya, sedangkan w = m.g ,maka persamaan (1) menjadi ..

p = w / A

p = m.g / A   …. (2)

massa ( m ) zat cair,apabila dihubungkan dengan massa jenis ( ρ ) dan volume ( V ) menjadi : m = ρ . V maka,

p =  ρ . g . V / A  …. (3)

karena V / A merupakan pembagian antara volume dengan luas bidang yang akan menghasilkan komponen tinggi (kedalaman) sehingga ,Tekanan hidrostatis dirumuskan sebagai,

p = ρ . g . d  …. (4)

dimana :

p = tekanan hidrostatis  (N/m2)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

d = kedalaman zat cair (m)

Contoh soal tekanan hidrostatis

Soal No. 1
Gambar berikut sebuah teko berisi sirup sedalam 15 cm. Tentukan tekanan hidrostatis di dasar teko, anggap massa jenis sirup sama dengan massa jenis air yaitu 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s²



Pembahasan
Tekanan hidrostatis:
P = ρ x g x h
P = 1000 x 10 x 0,15 = 1500 Pascal

Soal No. 2
Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut



Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!

Pembahasan
Tekanan udara dalam tabung
P = Po − h
P = 76 cmHg − 3 cm Hg = 73 cm Hg

Soal No. 3
Untuk mengukur tekanan gas dalam tabung digunakan air raksa seperti gambar berikut



Jika tekanan udara luar adalah 76 cm Hg, dan h = 3 cm, tentukan tekanan gas di dalam tabung!

Pembahasan
Tekanan udara dalam tabung
P = Po + h
P = 76 cmHg + 3 cmHg = 79 cm Hg

Soal No. 6
Untuk memperkirakan massa jenis suatu zat cair digunakan pipa berbentuk U yang telah berisi air. Setelah zat cair dimasukkan pada pipa sebelah kanan, kondisi akhir seperti gambar berikut



Tentukan massa jenis zat cair pada pipa kanan!

Pembahasan
ρ₁h₁ = ρ₂h₂
1000 x 5 = ρ2 x 8
h₂ = 5000 / 8 = 625 kg/m³

Soal No. 7
Kota A berada 300 m di atas permukaan air laut. Jika tekanan di atas permukaan air laut adalah 76 cmHg, tentukan tekanan udara di kota A, nyatakan dalam cmHg!

Pembahasan
Setiap kenaikan 100 cm, tekanan udara luar turun 1 cm
Kota A 300 m dari muka laut, sehingga tekanan udaranya turun 3 cm,
P = 76 cm Hg − 3 cm Hg = 73 cm Hg

Soal No. 8
Perhatikan gambar di bawah!



Luas penampang 1 adalah 5 cm² dan luas penampang 2 adalah 50 cm². Jika berat beban adalah W = 1800, tentukan besar gaya F yang diperlukan untuk menaikkan beban W!

Pembahasan
F₁/A₁ = F₂/A₂
F / 5 = 1800 / 50
F = (1800/50) x 5 = 180 Newton

Tekanan gauge.Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan disebut tekanan gauge.Adapun tekanan disebut tekanan mutlak.

Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

p=p_{gauge +}  p_atm

Sebagai contoh,sebuah ban yang berisi udara dengan tekanan gauge 2 atm ( diukur oleh alat ukur ) memiliki tekanan mutlak kira – kira 3 atm sebab tekanan atmosfer pada permukaan laut sekitar 1 atm.

Tekanan mutlak pada suatu kedalaman zat cair (h).

Pada permukaan zat cair bekerja tekanan atmosfer P_o .Sehingga tekanan  mutlak pada kedalaman h adalah :

P = p_o + ρgh

Tekanan atmosfer yang sering digunakan dalam soal adalah sebesar 1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 10⁵  Pa.

b.Hukum – Hukum Pokok Hidrostatika

1.Hukum Pokok Hidrostatis

Menyatakan bahwa semua titik yeng terletak pada satu bidang datar didalam zat cair akan memiliki tekanan hidrostatis yang sama.Pernyataan ini dapat diaplikasikan untuk menentukan massa jenis zat cair menggunakan pipa U.

2.Hukum Pascal

Menyatakan bahwa jika fluida diberi tekanan dari luar maka tekanan tersebut akan diteruskan kesegala arah dengan sama besar.prinsip hukum pascal diterapkan pada akat – alat hidrolik seperti : pompa hidrolik , dongkrak hidrolik , pengangkat hidrolik dan lain – lain.

·         Persamaan Hukum Pascal

Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar) (Kanginan, 2007).

Gambar 1: Fluida yang Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda

(Sumber: 4.bp.blogspot.com)

Sesuai dengan hukum Pascal bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan pada penghisap kedua (Kanginan, 2007). Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.                                          P = F : A

sehingga persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.

P₁ = P₂

F₁ : A₁ = F₂ : A₂

dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m²).

·         Penerapan Hukum Pascal

Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair (Krist, 1980).

Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah :

1. Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,

2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A) (Krist, 1980).

Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar (Kanginan, 2007). Prinsi inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik (Azizah & Rokhim, 2007).

      Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik

Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air. Mobil diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita memberikan gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil (Anonim,2009a). Jika gaya F₁ diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah dengan F₁/A_1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar adalah penambahan tekanan ini kali luas A₂. Jika gaya ini disebut F₂, didapatkan

F2 = (F : A1) x A2 Jika A2 jauh lebih besar dari A1, sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang ditempatkan di penghisap yang lebih besar (Tipler, 1998). Berikut ini contoh perhitungan tekanan pada sebuah dongkrak hidraulik. Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua buah penghisap dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2 dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 newton, pada penghisap dengan luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 = (F1 : A1) x A2 = (200 : 5) x 200 = 8000 newton.       Prinsip Kerja Rem Hidraulik Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti (Triyanto, 2009). Rem hidraulik paling banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang menahan gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja. Pada rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera kembali ke posisi semula jika rem dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan (Anonim, 2009b). Gambar 2 Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik Sumber: www.yanto-triyanto.co.cc

      Prinsip Kerja Pompa Hidraulik

Dalam menjalankan suatu sistem tertentu atau untuk membantu operasional dari sebuah sistem, tidak jarang kita menggunakan rangkaian hidraulik. Sebagai contoh, untuk mengangkat satu rangkaian kontainer yang memiliki beban beribu–ribu ton, untuk memermudah itu digunakanlah sistem hidraulik.

Sistem hidraulik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair, biasanya oli, untuk melakukan suatu gerakan segaris atau putaran. Sistem ini bekerja berdasarkan prinsip Pascal, yaitu jika suatu zat cair dikenakan tekanan, tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya. Prinsip dalam rangkaian hidraulik adalah menggunakan fluida kerja berupa zat cair yang dipindahkan dengan pompa hidraulik untuk menjalankan suatu sistem tertentu (Anonim, 2009c).

Pompa hidraulik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidraulik. Pompa hidraulik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem hidraulik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump (Aziz, 2009).

Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan aktuator. Motor hidraulik mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain

3.Hukum Archimedes

Hukum archimedes berbunyi: “gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

      Gaya Apung

Gaya apung muncul karena selisih antara gaya hidrostatis yang dikerjakan fluida terhadap permukaan bawah dengan permukaan atas benda. Gaya apung dapat dirumuskan sebagai berikut.

F_{a = f}V_bfg

Dengan _f adalah massa jenis fluida dan V_bf  adalah volume benda yang tercelup dalam fluida. Jika benda tercelup semuanya, V_{bf =} volume benda. Tetapi jika volume benda hanya tercelup sebagian, V_{bf =} volume benda yang tercelup dalam fluida saja.

      Mengapung, Melayang, Dan Tenggelam

Suatu benda mengapung, melayang, atau tenggelam hanya di tentukan oleh massa jenis benda dan massa jenis zat cair. Jika  massa jenis rata rata benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair, maka benda mengapung di permukaan zat cair, jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair, maka benda tenggelam di dasar wadah zat cair.jika massa jenis sama dengan massa jenis zat cair,maka benda melayang dalam zat cair.

Melayang

pb, rata-rata = pf

w = Fa

Keterangan :

pb = massa jenis benda

pf = massa jenis fluida

w = berat benda

Fa = gaya Apung

Tenggelam

pb, rata-rata > pf

w > Fa

Keterangan :

pb = massa jenis benda

pf = massa jenis fluida

w = berat benda

Fa = gaya Apung

Terapung

pb, rata-rata < pf

w = Fa

Keterangan :

pb = massa jenis benda

pf = massa jenis fluida

w = berat benda

Fa = gaya Apung

      Aplikasi Archimedes

            Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.

a. Hidrometer

            Hidrometer adalah alat untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini digunakan utuk mengetahui bahwa air accu sudah tidak dapat digunakan.lagi. Penggunaan Hidrometer , yaitu mencelupkan nya pada zat cair yang yang akan diukur massa jenisnya.

b. Jembatan Ponton

              Jembatan ponton dibuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Jembatan ponton dibuat dengan memanfaatkan hukum Archimedes. Volume air yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum dan benda-benda yang melintas diatasnya. Setiap drum penyusun jembatan harus tertutup agar air tidak dapat masuk kedalamnya.

c.Kapal Selam

          Kapal selam dapat diposisikan mengapung,melayang,dan tenggelam di dalam air laut. Oleh karena itu, kapal selam sangat cocok digunakan dalam bidang militer dan penelitian. Bentuk badan kapal selam dirancang agar dapat melayang,mengapung,dan telenggelam dalam air. Selain itu, dirancang untuk menahan tekanan air dikedalaman laut.

        Badan kapal selam diberi rongga udara yang berfungsi sebagai tempat masuk dan keluarnya air atau udara. Rongga udara terletak di lambing kapal. Rongga tersebut dilengkapi dengan katup bagian atas dan bawahnya.

     

Ketika rongga terisi udara, volume air yang dipindahakan sama dengan berat kapal, kapal selam mengapung. Ketika rongga katup atas dan bawah pada rongga kapal dibuka, udara dalam rongga keluar atau air massuk mengisi rongga tersebut. Akibatnya, kapal selam mulai tenggelam. Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman yang diinginkan. Dalam keadaan tersebut, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika katup udara pada rongga dibuka kembali, volume air dalam rongga akan bertanbah sehingga kapal selam akan tenggelam.

Jika kapal selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam mengalami gaya apung sama dengan berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam akan naik ke permukaan dan mengapung.

d.Balon Udara

           Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer, sehingga, balon udara dapat terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang dipanaskan

Contoh :

1.Sebuah benda memiliki berat 30N ketika ditembang diudara dan ketika dimasukkan kedalam air beratnya menjadi 22,5N.Jika massa jenis air 1000kg/m³.Berapakah massa jenis benda tersebut ?

Pembahasan :

Dik : ρ_air : 100kg/m³

        W_udara = 30N

        W_air   = 22,5N

Dit : ρ_benda ....... ?

Penyelesaian :

ρ_benda =    ^{mbenda = Wo/g}

F_A =  ρ_air g V_benda

W_udara – W_air = ρ_air g V_benda

30    –   22,5  = 10⁵x10xV_benda

      7,5           = 10^-4 V_benda

        V_benda      =  = 7,5 x 10^-4m³

M_benda  =  =   =  = 4.10³kg/m

2.Sebuah balok massa jenisnya 800kg/m³ .Jika balok dimasukkan kedalam air berapa bagian balok yang muncul diatas permukaan ?\

Pembahasan :

Dik : ρ_balok = 800kg/m³

Dit : V_muncul .... ?

Penyelesaian :

FA = W

ρ_air g V_celup V_benda = ρ_benda g V_benda

10³ V_celup  V_benda  = 800.V_benda

                   V_celup  =  

                             =

                      V   = -  V

                            = 1 -

                            =

3.Segumpal es mengapung pada air dengan volume yang muncul diatas permukaan air sebanyak 250cm³.Jika massa jenis es 900kg/m³.Berapa volume es seluruhnya ?

Pembahasan :

Dik : V_muncul = 250cm³

           ρ _es     =      900kg/m³

Dit : V_es ..........???

Penyelesaian :

FA = W

ρ_air g V_celup = ρ_es g V_es

10^3.V_celup = 900.V_es

10³( V_es – V_muncul ) = 900.V_es

10³( V_es – 250 )      = 900.V_es

1000 V_es – 250.10³ = 900.V_es

1000 – 900 V_es      = 250.10³

                       V_es = 250.10³/ 100

                              = 2500

      Tegangan Permukaan dan Viskositas

   * Tegangan Permukaan

            Yaitu kecendrungan permukaan zat cair yang membentuk suatu lapisab yang tertegang tapi e;astis.Hal inidiakibatkan adanya gaya kohesi yaitu antara partikel – partikel zat cair tersebut.Karena adanya tegangan permukaan maka dapat terjadi peristiwa – peristiwa seperti : silet dan djarum dapat terapung diair ,tetes air cenderung berbentuk bulat .Serangga dapat berjalan diatas air dan sebagainya..

            Selain gaya kohesi pada zat cair juga bekerja gaya adhesi yaitu gaya tarik antara partikel air dengan partikel dimana zat cair berada.

 

* Viskositas

            Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan  didalam fluida.

Hukum Stokes    

                        F_f = 6πηrv

Dengan η adalah koefisien viskositas yang dinyatakan dalam kg m^-1s^-1 atau Pa s.

Kecepatan Terminal ( V_t )

            Suatu benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental,kecepatannya makin membesar sampai mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap.Kecepatan terbesar yang tetap ini dinamakan kecepatan terminal

V_t = V_bg(ρ_b – ρ_f ) / 6πηrv

Untuk benda yang berbentuk bola dengan jari – jari r , maka volume benda v_b = πr², sehingga diperoleh persamaan .

V_t  = 2r²g / 9η (ρ_b – ρ_f )

2.Fluida dinamis

Aliran fluida secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran lurus alias laminar dan  aliran turbulen. Aliran lurus bisa kita sebut sebagai aliran mulus, karena setiap partikel fluida yang mengalir tidak saling berpotongan. Salah satu contoh aliran laminar adalah naiknya asap dari ujung rokok yang terbakar. Mula-mula asap naik secara teratur (mulus), beberapa saat kemudian asap sudah tidak bergerak secara teratur lagi tetapi berubah menjadi aliran turbulen. Aliran turbulen ditandai dengan adanya linkaran-lingkaran kecil dan menyerupai pusaran dan kerap disebut sebagai arus eddy. Contoh lain dari aliran turbulen adalah pusaran air.

a.Ciri-ciri umum  dari aliran fluida 

1. Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady). Maksudnya apa sich aliran tunak dan tak-tunak ? mirp seperti tanak menanak nasi.. hehe… aliran fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama. Katakanlah partikel fluida mengalir melewati titik A dengan kecepatan tertentu, lalu partikel fluida tersebut mengalir dengan kecepatan tertentu di titik B. nah, ketika partikel fluida lainnya yang nyusul dari belakang melewati titik A, kecepatan alirannya sama dengan partikel fluida yang bergerak mendahului mereka. Hal ini terjadi apabila laju aliran fluida rendah alias partikel fluida tidak kebut-kebutan. Contohnya adalah air yang mengalir dengan tenang. Lalu bagaimanakah dengan aliran tak-tunak ? aliran tak tunak berlawanan dengan aliran tunak. Jadi kecepatan partikel fluida di suatu titik yang sama selalu berubah. Kecepatan partikel fluida yang duluan berbeda dengan kecepatan partikel fluida yang belakangan.

2. Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran tak-termapatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termapatkan. Sebaliknya apabila jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan. Kebanyakan zat cair yang mengalir bersifat tak-termampatkan.

3. Aliran fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolak (irrotational). Wow, istilah apa lagi ne… untuk memahaminya dengan mudah, dirimu bisa membayangkan sebuah kincir mainan yang dibuang ke dalam air yang mengalir. Jika kincir itu bergerak tapi tidak berputar, maka gerakannya adalah tak berolak. Sebaliknya jika bergerak sambil berputar maka gerakannya kita sebut berolak. Contoh lain adalah pusaran air.

4. Aliran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Kekentalan dalam fluida itu mirip seperti gesekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekan antara partikel fluida makin besar. Mengenai viskositas alias kekentalan akan kita kupas tuntas dalam pokok bahasan tersendiri.

b.Persamaan Kontinuitas

1.Debit ( Q )

            Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.

Q =

Misalkan sejumlah fluida melewati penampang pipa seluas Adan setelah selang waktu t menempuh jarak L .Volume fluida adalah V = AL , sedangkan jarak L = vt ,sehingga debit Q dapat dinyatakan sebagai :

Q =  =  = Av

Satuan SI untuk debit adalah m³/s.

2.Persamaan Kontinuitas

            Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak,maka massa fluida yang masuk kesalah satu ujung pipa haruslah sama dengan massa fluida yang keluar dari ujung pipa yang lain selama selang waktu yang sama .Tinjaulah suatu fluida yang mengalir dengan aliran tunak dan perhatikanlah bagian 1 dan bagian 2 dari pipa.

Misalkan bahwa :

A₁ dan A₂ adalah luas penampang pipa pada ujung 1 dan 2.v₁ dan v₂ adalah kecepatan fluida 1 dan 2.

Selama selang waktu ∆t ,fluida pada 1 bergerak ke kanan menenmpuh jarak L₁ = v₁ ∆t, dan fluida pada 2 bergerak kekanan menempuh jarak L₂  = v₂ ∆t.Volume fluida V₁ = A₁L₁ akan masuk kepipa pada bagian 1 ,dan volume fluida V₂ = A₂L₂ akan keluar dari bagian 2.Tentu saja :

v ₁ = v₂

A₁L₁ = A₂L₂

A₁v₁∆t = A₂v₂∆t

A₁v_{1 =} A₂v_{2 ,}

dan secara umum ,

A₁v_{1 =} A₂v_{2 =} A₃v₃ =.............= konstan

Yang artinya bahwa pada fluida tak termampatkan,hasil kali antara kelajuan fluida dan luas penampang selalu konstan.Persamaan tersebut disebut persamaan kontinuitas.

Telah anda ketahui bahwa Av = Q,dimana Q adalah debit fluida .Dapat disimpulkan bahwa debit fluida di titik mana saja selalu konstan.

Q₁=Q₂=Q₃=.............=konstan

Persamaan kontinuitas dapat diubah kebentuk persamaan berikut.Yang artimya bahwa kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang dilaluinya.

A₁v_{1 =} A₂v₂

 =

Persamaan diatas menyatakan bahwa jika penampang pipa lebih besar ,maka  kelajuan fluida dititik itu lebih kecil.

Daya oleh debit Fluida

Daya yang dibangkitkan oleh suatu tenaga air setinggi h dan debit air Q adalah :

P = ρQgh

c.Persamaan Bernoulli

Asas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar, tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling kecil. Sebaliknya, tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling besar.

Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian
1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit

Persamaan Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volum (1/2pv^2) dan energi potensial per satuan volum (pgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

p + ½ pv^2 + pgh = konstan
p1 + ½ pv1^2 + pgh1 = p2 + ½ pv2^2 + pgh2

Untuk kasus fluida yang mengalir dalam pipa mendatar dihasilkan Persamaan Asas Bernoulli :

p1 – p2 = ½ p (v2^2 – v1^2)

Selisih tekanan ini dikalikan dengan luas total bentangan sayap menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang.

Teorema Torricelli menyatakan bahwa jika suatu wadah yang ujung atasnya terbuka ke atmosfer, diisi cairan dan terdapat lubang kecil pada kedalaman h di bawah permukaan fluida dalam wadah, maka kelajuan semburan fluida melalui lubang sama dengan kelajuan yang diperoleh oleh suatu benda yang jatuh bebas dari ketinggian h.    v = √2gh

Berikut ini beberapa contoh aplikasi hukum Bernoulli tersebut.

• Hukum Bernoulli digunakan untuk menentukan gaya angkat pada sayap dan badanpesawat terbang sehingga diperoleh ukuran presisi yang sesuai.

• Hukum Bernoulli dipakai pada penggunaan mesin karburator yang berfungsi untukmengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran udara yang masuk. Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan bermotor, seperti mobil.

• Hukum Bernoulli berlaku pada aliran air melalui pipa dari tangki penampung menuju bak-bak penampung. Biasanya digunakan di rumah-rumah pemukiman.

• Hukum Bernoulli juga digunakan pada mesin yang mempercepat laju kapal layar.

d.Penerapan Hukum Bernoulli

Penerapan Hukum Bernoulli dapat kita lihat pada:

a. Tabung Venturi

Tabung Venturi adalah sebuah pipa yang memiliki bagian yang menyempit.Dua contoh tabung venturi adalah karburator mobil dan venturimeter.

1. Karburator

Karburator berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, kemudian campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan pembakaran.

2. Venturimeter

Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan.

b. Tabung Pitot

Tabung Pitot adalah alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan gas.

c. Penyemprot Parfum

Penyemprot Parfum adalah salah satu contoh Hukum Bernoulli. Ketika Anda menekan tombol ke bawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui lubang sempit diatas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan parfum.Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan udara pada bagian atas tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan memaksa cairan naik ke atas tabung. Semprotan udara berkelajuan tinggi meniup cairan parfum sehingga cairan parfum dikeluarkan sebagai semburan kabut halus.

d. Penyemprot Racun Serangga

Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap.

Contoh Soal

1.

Pada gambar tersebut, G adalah generator 1.000 W yang digerakan dengan kincir angin, generator hanya menerima energi sebesar 80% dari air. Bila generator dapat bekerja normal, maka debit air yang sampai kekincir air dalah ….

jawaban:

Diketahui:

P_g = 10³watt

ρ_g = 80% ρ_air = 0,8 ρ_air

h = 10 m

Ditanya Q = …. ?

P_g = η.ρ.V.g.h

1000 = 0,8.10³.V.10.10

V = 12,5.10³m³ = 12,5L

Q = V/t = 12,5 L/s

2. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….
Pembahasan:

Diketahui:

d = 5 cm = 5.10^-2 m

r = 2,5 cm = 2,5.10^-2 m

v = 32 m/s

Ditanya: v = …?

Jawab:

Karena memiliki besar diameter yang sama, maka kecepatan aliran fluida besarnya sama, yaitu 32 m/s.

3. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm², maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter
jawaban

Diketahui:

h = 4,05 m

A = 0,8cm² = 8.10^-5m²

t = 1menit = 60 sekon

ditanya: V = ….?

Jawab

Ep = m.g.h = ½ mv²

v = √2.g.h = √2.10.4,05 = 9 m/s

Q = A.v = 8.10^-3.9 = 7,2.10^-4 m³/s

V = Q.t = 7,2.10^-4.60 = 432.10^-4m³ = 43,2 L

4. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….
jawaban:

Q = π.R².v = 3,14.16.10^-4.3 = 0,151 m³/s = 151 liter/s

KESIMPULAN

Fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan geser itu. Fluida statis adalah ketika fluida yang sedang diam pada keadaan setimbang. Jadi kita meninjau fluida ketika tidak sedang bergerak. Pada Fluida Dinamis, kita akan meninjau fluida ketika bergerak.

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh gaya berat zat cair itu sendiri pada suatu luas bidang tekan. Dengan asumsi bahwa zat cair dalam bentuk lapisan-lapisan sesuai dengan tingkat kedalaman yang terukur dari permukaan zat cair. Maka tekanan hidrostatis  zat cair adalah sama besar untuk setiap bagian zat cair yang memiliki kedalaman yang sama.Tekanan hidrostatis zat cair (P_h) dengan massa jenis ρ pada kedalaman h dirumuskan dengan :

P_{h =} ρgh

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cairdalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Hukum Pascal dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

P _masuk = P _keluar

F₁ : A₁ = F₂ : A₂

dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan (m²).

Penerapan hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari antara lain penggunaan dongkrak hidraulik, rem hidraulik, dan pompa hidraulik.

Hukum archimedes berbunyi: “gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Aplikasi Archimedes ditemukan pada balon udara,kapal selam,kapal laut,galangan kapal,jembatan ponton.

Asas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar, tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling kecil. Sebaliknya, tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirannya paling besar.

Aplikasi Asas Bernoulli dalam Keseharian
1. Dua Perahu Bermotor Berbenturan
2. Aliran Air Yang Keluat Dari Keran
3. Lintasan Melengkung Baseball Yang Sedang Berputar
4. Pancaran Air Pada Selang Yang Ujungnya Dipersempit

Penerapan Asas Bernoulli Tabung venturi,tabung vitot,penyemprot parfum,penyemprot racun serangga.

Daftar Pustaka

Aziz, Kharimul, 2008. Pompa Hidrolik. (http://kharimulaziz.blogspot.com/2009/04/pompa-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).

Anonim, 2009a. Prinsip Kerja Dongkrak Hidrolis. (http://www.fisikaasyik.com/home02/content/view/201/44/.html, diakses 9 November 2009).

Anonim, 2009b. Rem Hidrolik. (http://www.fisikaasyik.com/home02/content/view/201/44/.html, diakses 9 November 2009).

Anonim, 2009c. Sistem Hidrolik. (http://eeyarm.ngeblogs.com/2009/10/27/sistem-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).

Azizah, S. N. & Nur Rokhim. 2007. Acuan Pengayaan Fisika. Surakarta: PT. Nyata Grafik Media.

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Krist, Thomas. 1980. Hidraulika Ringkas dan Jelas. Jakarta: Erlangga.

Lohat, A.S. 2008. Prinsip Pascal. (http://www.gurumuda.com/prinsip-pascal.html, diakses 9 November 2009).

Resnick, Haliday. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Terjemahan. Jakarta: Erlangga.

Sanjaya. 2008. Berita Iptek. (http://berita-iptek.blogspot.com/2008/06/pompa-hidrolik.html, diakses 9 November 2009).

Tipler, P. A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga

Triyanto, Yanto. 2009. Sistem Rem. (http://www.yanto-triyanto.co.cc/2009/10/sistem-rem.html, diakses 9 November 2009).

Demikianlah materi tentang Makalah Fluida yang sempat kami berikan. semoga materi yang kami berikan dan jangan lupa juga untuk menyimak Makalah Energi Terbarukan yang telah kami posting sebelumnya. semoga materi yang kami berikan dapat membantu menambah wawasan anda semikian dan terimah kasih. Semoga dapat membantu menambah wawasan anda semikian dan terimah kasih.

Anda dapat mendownload Makalah diatas dalam Bentuk Document Word (.doc) melalui link berikut.

Download