BAB IIIMekanika FluidaMekanika fluida dapat didefinisikan
sebagai ilmu pengetahuan yangmempelajari sifat-sifat dan
hukum-hukumyang berlaku serta perilaku fluida(cairandan gas),
adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan
yangmempelajari sifat-sifat danhukum-hukumyangberlaku, serta
perilakucairanterutama air baik dalam keadaan diam maupun bergerak
atau mengalir.Fluidaadalahsuatuzat yangmempunyai
kemampuanber-ubahsecarakontinyu apabila mengalami geseran, atau
mempunyai reaksi terhadap tegangangesersekecil apapun.
alamkeadaandiamataudalamkeadaankeseimbangan,fluida tidak mampu
menahan gaya geser yang bekerja padanya,dan oleh sebab itufluida
mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa. GAS ! "idak mempunyai
permukaan bebas, danmassanya selalu berkembangmengisi #eluruh
$olume ruangan, sertadapat dimampatkan. CAIRAN! mempunyai permukaan
bebas, dan massanya akan mengisi ruangansesuai dengan $olumenya,
serta tidak termampatkan.DIMENSI! adalah besaran terukur me%ujudkan
karakteristik suatu obyek.&. Massa( m )'. (anjang( ) )*. +aktu(
t )SATUAN! adalahsuatustandar yangmengukurdimensi,
yangpenggunaannyaharus konsisten menurut sistem satuan yang
digunakan.Sistem Satuan Internasional #atuanMassa (kg) #atuan
(anjang (m) #atuan+aktu (t) #atuan ,aya (-e%ton disingkat -) .olume
(m*) /ecepatan (m0det) (ercepatan (m0det') /erja (1oule disingkat
1) "ekanan (-0m') atau (ascal (()#atuanuntukgaya yangbekerja,
didalam#istemini diturunkandari hukum-e%ton 22 yaitu!dimana!F 3
gaya dalam -e%ton (-) m 3 massa dalam kilo gram (kg)a 3 percepatan
dalam m0det'1F = m . aatau!#uatu gaya sebesar & -(-e%ton)
mempercepat suatu massa sebesar & kg(kilogram) pada harga
percepatan sebesar & m0det'.alam hal ini !1 N = 1 kgm!det" = 1
kgm!det"#elainsistem#atuan2nternasional(#2)
di2ndonesiamasihbanyakyangmenggunakansistemsatuanM/#, dimana
didalamsistemini kilogram(kg)digunakan sebagai satuan berat atau
gaya. alam hal ini satuan massa adalah kilogram massa (kgm),
sehingga (ers diatas menjadi terbentuk! dimana! , 3 gaya berat
dalam kilo gram gaya (kgf)m 3 massa dalam kilo gram massa (kgm)g 3
gaya gra$itasi dalam m0det'4alam hal ini !& kgm 3 1g kgf #1
$E$ENTA%AN &'IS$(SITAS).iskositas atau kekentalan dari suatu
cairan adalah salah satu sifat
cairanyangmenentukanbesarnyaperla%ananterhadapgayageser. .iskositas
terjaditerutama karena adanya interaksiantara molekul-molekul
cairan.,ambar &.& (erubahan bentuk akibat dari penerapan
gaya-gaya geser tetap5pabila tegangan geser 6 3 F05dimana !2G = m .
g63 "egangan geser73 .iskositas dinamiku0zo3 perubahan sudut atau
kecepatan sudut dari garis 5gar berlaku umum u0zo dapat dinyatakan
dalam du0dz yang disebut gradien kecepatan.Maka dalam bentuk
differensial dapat dinyatakan !(ersamaan diatas disebut Hukum
-e%ton dari kekentalan atau :alamsistemsatuan#2, tegangangeser
dinyatakandalam-0m'dangradienkecepatan adalah dalam (m0det)0m maka
satuan dari $iskositas dinamik adalah !(erbandingan antara
kekentalan dinamik dan kerapatan disebut kekentalankinematik, yaitu
!yang mempunyai dimensi luas tiap satuan %aktu dan satuannya adalah
! m'0det..iskositas kinematis dari cairan sangat dipengaruhi oleh
temperatur, demikian pula dengan $iskositas dinamik. 8leh karena
itu harga-harga $iskositas dinamik 9 dan $iskositas kinematis dalam
hubungannya dengan temperaturdapat dinyatakan dalam bentuk grafik
atau dalam bentuk tabel. 5dapun persamaan yang digunakan adalah
suatu persamaan sederhana yaitu !imana ! 3 $iskositas kinematis (m
'0det)"e3 temperatur (:o) 3Tabel Sifat-Sifat AirTabel Sifat-Sifat
Air Lanjutan4Tabel Satuan Dalam SI#uatu cairan dimana $iskositas
dinamiknya tidak tergantung padatemperatur,
dantegangangesernyaproposional (mempunyai hubunganliniear)dengan
gradien kecepatan dinamakan suatu *airan Ne+ton. (erilaku
$iskositasdari cairanini adalahmenuruti
Hukum-e%tonuntukkekentalanseperti
yangdinyatakandalam(ers.(&.;). engandemikianmaka untukcairanini
grafikhubunganantarategangangeserdangradienkecepatanmerupakangarislurusyangmelalui
titikpusat salibsumbuseperti pada ,ambar /emiringangaristersebut
menunjukkan besarnya $iskositas.5Gambar Perilaku viskositas cairan
Cairan:airan yang perilaku $iskositasnya tidak memenuhi
(ers.(&.;) dinamakan cairan -on -e%ton. :airan -on -e%ton
mempunyai tiga sub grup yaitu !&. :airan dimana tegangan geser
hanya tergantung pada gradien kecepatan saja, dan %alaupun hubungan
antara tegangan geser dan gradien kecepatantidak linier, namun
tidak tergantung pada %aktu setelah cairan menggeser.'. :airan
dimana tegangan geser tidak hanya tergantung pada gradien kecepatan
tetapi tergantung pula pada %aktu cairan menggeser atau pada
kondisi sebelumnya.*. :airan $isco-elastis yang menunjukkan
karakteristik dari zat pada elastis dan cairan $iskus.#" $ERA,ATAN
CAIRAN DAN $ERA,ATAN RE%ATIF$era-atan Cairan /erapatancairan adalah
suatu ukuran dari konsentrasi massa dandinyatakan dalam bentuk
massa tiap satuan $olume. 8leh karena temperatur
dantekananmempunyai pengaruh(%alaupunsedikit)
makakerapatancairandapatdidefinisikansebagai
!massatiapsatuanvolumepadasuatutemperatur dantekanan
tertentu./erapatandari air padatekananstandard0tekananatmosfer
(mmHg) dantemperatur ?o: adalah &>>> kg0m*.6$era-atan
relati./erapatan relatif ( Sadalah suatu cairan ( specific densit!
) didefinisikansebagai perbandingan antara kerapatan dari cairan
tersebut dengan kerapatan air.engan demikian harga ( S ) tersebut
tidak berdimensi.+alaupun temperatur dantekananmempunyai
pengaruhterhadapkerapatannamunsangat kecil sehinggauntuk keperluan
praktis pengaruh tersebut diabaikan.## BERAT /ENIS DAN
$EMAM,ATANBerat /enis@erat1enis(specific"ei#$t) Adari
suatubendaadalahbesarnyagayagrafitasi yang bekerja pada suatu massa
dari suatu satuan $olume, oleh karena ituberat jenis dapat
didefinisikan sebagai! berat tiap satuan $olume.dimana!A 3 berat
jenis dengans atuan -0m* untuk sistem #2 atau kgf0m* untuk sistem
M/#B 3 kerapatan zat, dalam kg0m* untuk sistem #2, atau kgm
(kilogram massa) untuksistem M/## 3 percepatan gra$itasi3 ;,C&
m0det'$emam-atan"elahdiuraikandimukacairanmerupakanzatyangtidaktermampatkan(incompressible).
-amun perlu diperhatikan bah%a cairan dapat berubah bentukkarena
tegangan geser atau termampatkan oleh tekanan pada suatu $olume
cairantersebut. engan demikian maka untuk kondisi-kondisi dimana
terjadi perubahantiba-tiba atau perubahan besar dalam tekanan maka
kemampatan cairan menjadipenting. /emampatan dinyatakan dengan
harga /. Harga / untuk air pada temperatur '>o: adalah sekitar
',&C D &>;
-0m'padatekananatmosferdanbertambahsecaralinier sampai sekitar
',C=D&>;-0m*pada suatu tekanan&>>> atmosfer
jadi dalam kondisi pada temperatur '>o:.dimana ( adalah tekanan
terukur (#a#e pressure) dalam -0m*. Entuk keperluanpraktis air
dapat dipertimbangkan sebagai cairan tak
termampatkan(incompressible fluid). -amun ada pengecualiannya,
yaitu fenomena F"ater7$ammerG yang terjadi di dalam saluran
tertutup apabila terjadi penutupan katubturbin secara
tiba-tiba.dimana !% 3 modulus elastisitasdp 3 penambahan
tekanand& 3 pengurangan $olume& 3 $olume a%al"anda (-) di
dalam persamaan tersebut menunjukkan bah%a pertambahan
tekananmengurangi $olume./arenad.0.tidakberdimensi maka!
/dinyatakandalamsatuandaritekanan p atau gaya tiap satuan luas.
5pabila yang dipertimbangkan adalah satuanmassa cairan maka modulus
elastisitas / dapat dinyatakan dalam persamaan !/arena B. 3 tetap
dan d (B.) 3 > atau d.0. 3 -dB0B#0 TEGANGAN ,ERMU$AAN DAN
$A,I%ARITASTegangan -ermukaan"egangan permukaan untuk suatu
permukaan air-udara adalah >,>o:ditunjukkandi dalamtabel
(&.?)danuntukair padatemperatur berbedaditunjukkandi
dalamtabel(&.J).10#2 ,RINSI, ,AS$A%(rinsip (askal !! F"ekanan
yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa
berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.Gongkrak
hidrolik adalah aplikasi yang penting dari (rinsip (askal1uga
digunakan dalam rem hidrolik, pengangkat mobil dll./arena
5'K5&, maka F'KF&11#3 ,RINSI,
ARC4IMEDESAr*5imedes6F#ebuahbendayangtenggelamseluruhnyaatausebagiandalamsuatu
fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang samadengan berat
fluida yangdipindahkan.GBenda TerendamL ,aya apung ke atas adalah '
() fluida #&bendaL ,aya gra$itasi ke ba%ah adalah "( m# (
)benda #&bendaL ,aya neto adalah
'-"(()fluida-)benda#&benda
'enda akan men#apun# atau ten##elam* ber#atun# pada ara$ #a!a
neto12MF 3 @ 3 ((' N (&) 5 , dengan(' 3 (& O Bgh, maka@ 3
(& O Bgh N (&) 5 3 Bfluidagh5 3 Bfluidag.@esarnya gaya
apung selalu sama dengan berat fluida yang
dipindahkan,ayaapungadalahsamauntukbendayangukuran,bentuk,
dankerapatannyasama. ,aya apung adalah gaya yang dikerjakan oleh
fluida. #ebuah
bendatenggelamataumengapungbergantungpadahubunganantaragayaapungdangaya
berat.Gerak FluidaAliran Streamline 5liran #treamline#etiap
partikel yang mele%ati sebuah titik bergerak tepat
sepanjanglintasan yang diikuti oleh partikel-partikel lain yang
mele%ati titiksebelumnya di sebut juga aliran laminar #treamline
adalah lintasan streamline yang berbeda tidak saling
memotongstreamline pada suatu titik menyatakan juga arah aliran
fluida pada titiktersebut.Aliran Tur7ulen 5liran menjadi tak tentu
"idak mencapai sebuah nilai kecepatan tertentu. Muncul keadaan yang
menyebabkan perubahan kecepatan secara tiba-tiba 5rus Pddy (arus
pusar) merupakan sifat dari aliran turbulen.'iskositas .iskositas
adalah kadar gesekan internal dalam fluida.13B 3 B.luida'g 3
+.luida,esekan internal diasosiasikan dengan resistansi (hambatan)
antara dua lapisan fluida yang bergerak relatif satu terhadap yang
lain.Si.at Fluida Ideal Non8iskos"idak ada gesekan internal antar
lapisan dalam fluida In*om-ressi7le/erapatannya konstan
Stead9/ecepatan, kerapatan dan tekanan tidak berubah terhadap %aktu
Bergerak tan-a adan9a tur7ulen"idak ada arus eddy yang
muncul.,ersamaan $ontinuitas5&$& 3 5'$' (erkalian antara
luas penampang pipa dengan laju fluida adalah konstan. )aju fluida
tinggi ketika fluida di pipa yang luas penampangnya sempit dan laju
fluida rendah ketika fluida di tempat yang luas penampangnya besar
5$ dinamakan laju alir.,ersamaan Bernoulli Menghubungkan tekanan
dengan laju fluida dan ketinggian. (ersamaan @ernoulli adalah
konsekuensi dari kekekalan energi yangdiaplikasikan pada fluida
ideal. 5sumsinya fluid incompressible, non$iskos, dan mengalir
tanpa turbulen. Menyatakan bah%a jumlah tekanan, energi kinetik per
satuan $olume, danenergi potensial per satuan$olume mempunyai nilai
yangsama padasemua titik sepanjang streamline.14Bagaimana mengukur
la:u aliran .luida6 'enturi Meter Menunjukan aliran fluida yang
melalui pipa horisontal. )aju aliran fluida berubah jika diametrnya
berubah. Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih
kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat.15