BAB IPENDAHULUAN
I.1 Latar BelakangSuatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir
dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang
mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih
merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga
merupakan fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah
sehingga diabaikan.fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel
dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika
partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk
mengalir. Jika kita mengamati fluida statis misalnya di air
tempayan. Berdasarkan uraian diatas, maka pada makalah ini akan
dibahas mengenai fluida statis. I.2Rumusan MasalahDari latar
belakang di atas dapat diambil rumusan permasalahan yaitua)Apa
pengertian dari Fluida Statis dan fluida dinamisb)Apa sifat- sifat
Fluida Statisc)Apa itu Tekanan Hidrostatisd)Apa saja
besaran-besaran dalam fluida dinamisI.3Tujuan PenulisanBerdasarkan
rumusan masalah diatas, maka tujuan penulisan makalah ini yaitu
:a)Untuk mengetahui pengertian dari Fluida Statis dan fluida
dinamisb)Untuk mengetahui sifat- sifat fluidac)Untuk mengetahui
pengertian tekanan hidrostatisd)Untuk mengetahui besaran- besaran
dalam fluidaI.4Manfaat PenulisanAdapun manfaat dari penulisan
makalah ini yaitu :1.Dapat dijadikan sebagai sumber informasi
terkait pemahaman mengenai fluida statis dan dinamis2.Dapat
dijadikan sebagai proses pembelajaran di dalam penulisan
makalah
BAB IIPEMBAHASANA.Fluida Statis2.1. Pengertian Fluida Statis
Sebelumnya kita harus mengetahui apa itu fluida. Fluida adalah
zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat cair, air dan gas
karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan
benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam
fluida karena tidak bisa mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air
merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat
dikelompokan 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 satu tempat
ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang
berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah
satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari
manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di
dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal
laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat
mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara
yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat
meskipun sering tidak disadari.Fluida ini dapat kita bagi menjadi
dua bagian yakni:1. Fluida statis2. Fluida DinamisAdapun pengertian
dari Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak
bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada
perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa
dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan
kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.Contoh
fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan
tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah
air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya
angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut
bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air
sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di
berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.2.2.Sifat-
Sifat FluidaSifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih
jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat
fisis fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tegangan
permukaan, kapilaritas, dan viskositas.1.Massa JenisPernahkah Anda
membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa
besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang
tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada
sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara
kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda
tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang
berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam
Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa
jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah
pengukuranmassasetiap satuanvolumebenda. Semakin tinggi massa jenis
suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa
jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan
total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih
tinggi (misalnyabesi) akan memiliki volume yang lebih rendah
daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah
(misalnyaair).SatuanSImassa jenis adalahkilogrampermeterkubik
(kgm-3)Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat
memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya
berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.Secara
matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut. = m/V dengan:m=
massa (kg atau g), V= volume (m3atau cm3), dan = massa jenis
(kg/m3atau g/cm3).Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat
dilihat padaTabelberikut.TabelMassa Jenis atau Kerapatan Massa
(Density)BahanMassa Jenis (g/cm3)Nama BahanMassa Jenis (g/cm3)
Air1,00Gliserin1,26
Aluminium2,7Kuningan8,6
Baja7,8Perak10,5
Benzena0,9Platina21,4
Besi7,8Raksa13,6
Emas19,3Tembaga8,9
Es0,92Timah Hitam11,3
Etil Alkohol0,81Udara0,0012
2.Tegangan permukaan Tegangan permukaan disebabkan oleh
interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian
dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain
disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain
dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya
gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan
menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan
cairan.Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam
hal ini diberi jarum atau silet, molekul bagian bawah permukaan
akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya
pemulih ke atas ini dapat menopang jarum atau silet tetap di
permukaan air tanpa tenggelam. Gaya ke atas untuk menopang jarum
atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien
tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum
disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.Jadi dapat
kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan
adalahkecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga
permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan
elastis.3.Kapilaritas Untuk membahas kapilaritas, perhatikan sebuah
pipa kaca dengan diameter kecil (pipa kapiler) yang ujungnya
terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Kita dapat
menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain hasilnya
jika kita mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air
raksa. Permukaan air raksa dalam tabung akan turun atau lebih
rendah daripada permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah
yang disebut dengan gejala kapilaritas. Pada kejadian ini, pipa
yang digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala
kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa
kapiler. Permukaan zat cair yang berbentuk cekung atau cembung
disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca yang berbentuk
cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa yang
berbentuk cembung disebut meniskus cembung. Penyebab dari gejala
kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik
menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan
antara zat yang satu dengan yang lain tidak dapat menempel karena
molekulnya saling tolak menolak.sedangkan adhesi adalah gaya tarik
menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan
antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik
karena molekulnya saling tarik menarik atau merekat. Pada gejala
kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi
antara partikel air dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar
partikel airnya. Sebaliknya, pada gejala kapilaritas air raksa,
adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil daripada kohesi antar
partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa
dengan dinding kaca akan lebih besar daripada sudut kontak air
dengan dinding kaca. Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa
kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada
keliling persentuhan zat cair dengan pipa. Berikut ini beberapa
contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan
sehari-hari:a. Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga
kompor bisa dinyalakan.b. Kain dan kertas isap dapat menghisap
cairan.c. Air dari akar dapat naik pada batang pohon melalui
pembuluh kayu. Selain keuntungan, kapilaritas dapat menimbulkan
beberapa masalah berikut ini :Air hujan merembes dari dinding luar,
sehingga dinding dalam juga basah.Air dari dinding bawah rumah
merembes naik melalui batu bata menuju ke atas sehingga dinding
rumah lembab.4.ViskositasViskositas merupakan pengukuran dari
ketahananfluidayang diubah baik dengantekananmaupuntegangan. Pada
masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah
"Ketebalan" atau "pergesekan internal". Oleh karena itu,airyang
"tipis", memiliki viskositas lebih rendah, sedangkanmaduyang
"tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya,
semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga
pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas menjelaskan ketahanan
internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai
pengukuran daripergeseranfluida. Seluruh fluida (kecuali
superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu
disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan
dan tegangan disebut fluide ideal.2.3. Tekanan HidrostatisTekanan
adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang
dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis,
persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.p= F/ Adengan:F= gaya
(N),A= luas permukaan (m2), danp= tekanan (N/m2 = Pascal).Persamaan
diatasmenyatakan bahwa tekananpberbanding terbalik dengan luas
permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang
sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih
besar daripada luas bidang yang besar. Dapatkah Anda memberikan
beberapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan
sehari-hari?Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di
bawah air. Tekananhidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak.
Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida
diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik
tersebut.Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung
adalahp, menurut konsep tekanan, besarnyapdapat dihitung dari
perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana
(A).p= F/AGaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida
dengan percepatan gravitasi Bumi, ditulisp= massa x gravitasi bumi
/ AOleh karenam= V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan
sebagaip = Vg / AVolume fluida di dalam bejana merupakan hasil
perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam
bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar bejana
akibat fluida setinggihdapat dituliskan menjadip= (Ah) g / A = h
g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan denganph, persamaannya
dituliskan sebagai berikut.
ph= gh
dengan:ph= tekanan hidrostatis (N/m2), = massa jenis fluida
(kg/m3),g= percepatan gravitasi (m/s2), danh= kedalaman titik dari
permukaan fluida (m).Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan
udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda
menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan
semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh
gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah
mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring
bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara
akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair,
massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman.
Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman
bertambah.Contoh menghitung tekanan hidrostatisTabung setinggi 30
cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada
dasar tabung, jikag= 10 m/s2 dan tabung berisi:a. air,b. raksa,
danc. gliserin.Gunakan data massa jenis pada TabelJawabDiketahui:
h= 30 cm dang= 10 m/s2.Ditanya : a.Ph air b. Ph raksa c. Ph
gliserinJawab :a.Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi
air: Ph= gh= (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.000 N/m2
b.Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air
raksa:Ph= gh= (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800
N/m2c.Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi
gliserin:Ph= gh= (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada alat-alat
pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang digunakan untuk
mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.a.Manometer Pipa
TerbukaManometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang
paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat
cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesarp(dari gas yang
hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan
tekanan atmosfir (p0).b.BarometerBarometer raksa ini ditemukan pada
1643 olehEvangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika
dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara.
Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan
udara yang tinggi menandakan cuaca bersahabat, sedangkan tekanan
udara rendah menandakan kemungkinan badai. Ia mendefinisikan
tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul A Unit of
Measurement,The Torr Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan
hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara
mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.raksa percepatan
gravitasi Bumi panjang raksa dalam tabung atau(13.600 kg/cm3)(9,8
m/s2)(0,76 m) = 1,103 105N/m2 Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013
105N/m2c.Pengukur Tekanan BanAlat ini digunakan untuk mengukur
tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang
di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil
ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan
menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan
diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan
skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai
selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam
ban.
B.Fluida Dinamis3.1. Pengertian Fluida DinamisFluida dinamis
adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk
memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady
(mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan
(tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen
(tidak mengalami putaran-putaran).Dalam kehidupan sehari-hari,
banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis
ini.1.1.Besaran-besaran dalam fluida dinamisDebit aliran (Q)Jumlah
volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:Dimana :Q = debit
aliran (m3/s)A = luas penampang (m2)V = laju aliran fluida
(m/s)Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliranDimana :Q =
debit aliran (m3/s)V = volume (m3)t = selang waktu (s)Contoh
SoalSuatu pipa mengalirkan air dengan debit 1m3tiap sekonnya, dan
digunakan untuk mengisi bendungan berukuran ( 100 x 100 x 10 )
m.Hitung waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bendungan sampai penuh
!Jawab :1.2. Persamaan KontinuitasAir yang mengalir di dalam pipa
air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau
jika ditinjau 2 tempat, maka:Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau
:A1V1= A2V21.3.Hukum BernoulliHukum Bernoulli adalah hukum yang
berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran
fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi
kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume
memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis
arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :Dimana :p = tekanan
air (Pa)v = kecepatan air (m/s)g = percepatan gravitasih =
ketinggian air
1.4.Penerapan dalam teknologiPesawat TerbangGaya angkat pesawat
terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena
memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat
di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka
mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan
pesawat di bawah.Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil
selisih antara tekanan di atas dan di bawah di kali dengan luas
efektif pesawat.Keterangan:- = massa jenis udara (kg/m3)- va=
kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)- vb=
kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)- F= Gaya
angkat pesawat (N)Penyemprot Parfum dan Obat NyamukPrinsip kerja
yang dilakukan dengan menghasilkan laju yang lebih besar pada ujung
atas selang botol sehingga membuat tekanan di atas lebih kecil
daripada tekanan di bawah. Akibatnya cairan dalam wadah tersebut
terdesak ke atas selang dan lama kelamaan akan menyembur
keluar.Perhatikan gambar pipa air di bawah!Suatu zat cair di
alirkan melalui pipa seperti tampak pada gambar di atas. Jika luas
penampang A2= 8 cm2, A1= 2 cm2, dan laju zat cair V1= 2 m.s-1, maka
besar V2adalah Jawab:A1V1 = A2V22 x 2 = 8 x V2V2 =8/4V2 = 0,5
m.s-1
BAB IIIPENUTUP
III.1 KesimpulanDari hasil pembahasan diatas maka dapat ditarik
beberapa kesimpulan, yaitu:a)Fluida adalah suatu bentuk materi yang
mudah mengalir misalnya zat cair dan gas. Sifat kemudahan mengalir
dan kemampuan untuk menyesuaikan dengan tempatnya berada merupakan
aspek yang membedakan fluida dengan zat benda tegar.b)Dalam
kehidupan sehari-hari, dapat ditemukan aplikasi Hukum Bernoulli
yang sudah banyak diterapkan pada sarana dan prasarana yang
menunjang kehidupan manusia masa kini seperti untuk menentukan gaya
angkat pada sayap dan badan pesawat terbang, penyemprot parfum,
penyemprot racun serangga dan lain sebagainya.III.2 SaranAdapun
Saran penulis sehubungan dengan bahasan makalah ini, kepada
rekan-rekan mahasiswa agar lebih meningkatkan, menggali dan
mengkaji lebih dalam tentang bagaimana fluida statis dan
dinamishttp://asfarsyafar.blogspot.com/2013/10/makalah-fisika-dasar-fluida-statis-dan.html
Pengertian dan definisi Fluida. Fluida adalah iatilah yang
digunakan untuk menyebut segala jenis zat yang dapat mengalir. Baik
itu dalam bentuk cairan ataupun gas, selama bisa mengalir maka akan
di sebut fluida. Hampir semua bentuk air dan gas disebut fluida.
Karena zat cair dan gas memiliki sifat fisik yang sama, yaitu dapat
mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Contoh fluida yang
paling sederhana adalah air dan udara.Fluida suatu zat yang
keberadaannya tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia.
Sepanjang hidupnya manusia akan selalu berhubungan dengan fluida
terutama dalam bentuk air dan udara. Dari kedua fluida itu, manusia
dapat hidup dan berkembang dan mendapatkan kesejahteraan hidupnya.
Karena banyak hal yang bisa dipelajari dari fluida yang ketika
diaplikasi kedalam kehidupan sangat bermanfaat.Jenis-jenis
FluidaBerdasarkan kondisinya, Fluida dibedakan menjadi 2, yaitu:
Fluida Statis Fluida DinamisFluida statis adalah fluida yang berada
kondisi diam dan tidak bergerak. Contohnya air sumur, air dalam
gelas, air laut, dll. Berkat fluida statis, para ilmuwan dunia
menemukan hukum-hukum dasar fisika yang sangat bermanfaat bagi
kesjahteraan umat manusia. Hukum-hukum dasar yang berikat dengan
fluida statis adantara lain adalahhukum Archimedes,hukum Pascal,
hukum Boyle, teoritekanan hidrostatik, dll. Contoh aplikasi yang
berhubungan dengan fluida statis adalah kemampuan kapal laut untuk
melayang dan mengapung di air, dongkrak hidrolik yang dapat
mengangkat benda berat, dll.Fluida dinamis adalah fluida yang
berada dalam kondisi bergerak atau mengalir. Contohnya adalah
aliran air, angin, dll. Dari fluida dinamis di temukan energi
potensial yang dapat dijadikan sumber energi listrik. Contohnya PLT
air, PLT angin, dll. Fluida dinamis merupakan salah satu jenis
sumberdaya alam yang dapat dimanipulasi dan rekayasa untuk
kesejahteraan umat. Karena begitu pentingnya zat fluida dalam
menunjang kehidupan manusia, maka ilmu fisika memberikan perhatikan
khusus dalam mempelajari tentang fluida dan hal-hal yang
berhubungan dengannya.
Bab 7. Fluida Statis & FluidaDinamisPengertian FluidaDalam
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 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. Mengenai plasma dapat
anda pelajari di perguruan tinggi. Yang pasti, 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.Fluida
statisPada penjelasan panjang lebar di atas, gurumuda telah
menerangkan makna fluida yang menjadi pokok bahasan kita kali ini.
Nah, dalam mempelajari Fluida, kita memilahnya menjadi dua bagian
yakni Fluida statis (Fluida diam) dan Fluida Dinamis (Fluida
bergerak). Kataya fluida bergerak, kok ada fluida yang diam ?Jangan
bingung, fluida memang merupakan zat yang dapat mengalir. Yang kita
tinjau dalam 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.Fluida dinamisAliran 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.Energi Kinetik RotasiJika
energi kinetik translasi merupakan energi yang dimiliki oleh
benda-benda yang bergerak pada lintasan lurus, maka energi kinetik
rotasi merupakan energi yang dimiliki oleh benda yang melakukan
gerak rotasi. Bedanya, dalam gerak lurus kita menganggap setiap
benda sebagai partikel tunggal, sedangkan dalam gerak rotasi,
setiap benda dianggap sebagai benda tegar (Benda dianggap terdiri
dari banyak partikel. Mengenai hal ini sudah gurumuda jelaskan pada
pokok bahasan momen inersia).Persamaan energi kinetik rotasi mirip
dengan rumus energi kinetik. Kalau dalam gerak lurus, setiap benda
(benda dianggap partikel tunggal) mempunyai massa (m), maka dalam
gerak rotasi, setiap benda tegar mempunyai momen inersia (I).
Temannya massa tuh momen inersia. Kalau dalam gerak lurus ada
kecepatan, maka dalam gerak rotasi ada kecepatan sudut. Secara
matematis, energi kinetik rotasi benda tegar, dinyatakan dengan
persamaan :EK rotasi = I 2Keterangan:EK = Energi KinetikI = Momen
Inersia = Kecepatan sudutPersamaan Energi Kinetik Rotasi benda
tegar yang sudah gurumuda tulis di atas, sebenarnya bisa kita
turunkan dari persamaan energi kinetik translasi.Setiap benda tegar
itu dianggap terdiri dari partikel-partikel. Untuk mudahnya
perhatikan ilustrasi di bawah.energi-kinetik-rotasi-bIni contoh
sebuah benda tegar. Benda tegar bisa dianggap tersusun dari
partikel-partikel. Pada gambar, partikel diwakili oleh titik
berwarna hitam. Partikel-partikel tersebar di seluruh bagian benda
itu. Jarak setiap partikel ke sumbu rotasi berbeda-beda. Pada
gambar, sumbu rotasi diwakili oleh garis berwarna biru.Ketika benda
tegar berotasi, semua partikel yang tersebar di seluruh bagian
benda itu juga berotasi. Ingat bahwa setiap partikel mempunyai
massa (m). Ketika benda tegar berotasi, setiap partikel itu juga
bergerak dengan kecepatan (v) tertentu. Kecepatan setiap partikel
bergantung pada jaraknya dari sumbu rotasi. Semakin jauh sebuah
partikel dari sumbu rotasi, semakin cepat partikel itu bergerak
(kecepatannya besar). Sebaliknya, semakin dekat partikel dari sumbu
rotasi, semakin lambat partikel itu bergerak (kecepatannya kecil).
Untuk membantumu memahami penjelasan gurumuda ini, silahkan
mendorong pintu rumah. Dibuktikan sendiri, kalo dirimu belum
percayaKetika kita mendorong pintu, pintu juga berotasi alias
berputar pada sumbu. Engsel yang menghubungkan pintu dengan tembok
berfungsi sebagai sumbu rotasi. Nah, ketika pintu berputar, bagian
tepi pintu bergerak lebih cepat (kecepatannya lebih besar).
Sebaliknya, bagian pintu yang berada di dekat engsel bergerak lebih
pelan (kecepatannya lebih kecil). Jadi ketika sebuah benda
berotasi, kecepatan (v) setiap partikel berbeda-beda, tergantung
jaraknya dari sumbu rotasi.Karena setiap partikel mempunyai massa
(m) dan kecepatan (v), maka kita bisa mengatakan bahwa ketika
sebuah benda tegar berotasi, semua partikel yang menyusun benda itu
memiliki energi kinetik (energi kinetik = energi kinetik translasi
jangan lupa ya). Nah, total energi kinetik semua partikel yang
menyusun benda tegar = energi kinetik benda tegar. Secara
matematis, bisa ditulis sebagai berikut :EK benda tegar = Total
semua Energi Kinetik partikelEK benda tegar = EK1 + EK2 + EK3 + . +
EKnEK benda tegar = m1v12 + m2v22 + m3v32 + . + mnvn2Keterangan
:EK1 = m1v12 = Energi Kinetik Partikel 1EK2 = m2v22 = Energi
Kinetik Partikel 2EK3 = m3v32 = Energi Kinetik Partikel 3Karena
partikel yang menyusun benda tegar sangat banyak, maka kita cukup
menulis titik-titik (..)EKn = mnvn2 = Energi Kinetik partikel yang
terakhirPersamaan di atas bisa kita tulis lagi seperti ini
:energi-kinetik-rotasi-cWalaupun kecepatan linear setiap partikel
berbeda-beda, kecepatan sudut semua partikel itu selalu sama.
Dengan kata lain, ketika sebuah benda tegar berotasi, kecepatan
sudut semua bagian benda itu selalu sama. Hubungan antara kecepatan
linear dan kecepatan sudut, dinyatakan dengan persamaan
:energi-kinetik-rotasi-dKarena kecepatan sudut semua partikel sama,
maka persamaan ini bisa ditulis menjadi :energi-kinetik-rotasi-eIni
adalah persamaan energi kinetik rotasi benda tegar Satuan energi
kinetik rotasi = jouleTekananBarometer air raksa sebagai pengukur
tekanan udara dalam satuan milibarTekanan (p) adalah satuan fisika
untuk menyatakan gaya (F) per satuan luas (A).p = \frac{F}{A}Satuan
tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu cairan
atau gas.Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume
(isi) dan suhu. Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan
isi yang sama, maka suhu akan semakin tinggi. Hal ini dapat
digunakan untuk menjelaskan mengapa suhu di pegunungan lebih rendah
dari pada di dataran rendah, karena di dataran rendah tekanan lebih
tinggi.Rumus dari tekanan dapat juga digunakan untuk menerangkan
mengapa pisau yang diasah dan permukaannya menipis menjadi tajam.
Semakin kecil luas permukaan, dengan gaya yang sama akan dapatkan
tekanan yang lebih tinggi.Tekanan udara dapat diukur dengan
menggunakan barometer.SUMBER
:http://rustamfu.blogspot.com/2010/03/fluida-statis-dan-fluida-dinamis.html
FLUIDA STATIS DAN DINAMIS1.FLUIDAFluida adalah zat yang dapat
mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua
zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau
seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak
bisa mengalir.Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat
cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan 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 satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin
merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat
lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam
kehidupan sehari- hari. Setiap hari manusia menghirup, meminum,
terapungatau tenggelam didalamnya. Setiap hari pesawat udara
terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian
juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air
yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam
tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.1.sifat
sifat fluida dibagi menjadi tiga adalaha.tidak dapat melawan secara
tetap stress geser.b.Mempunyai komprebilitas.c.Mempunyai kekentalan
atau viskositas.2.Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian
yakni:1.Materi fluida statis terdiri dari :a.Tekananb.Tegangan
permukaanc.Kapilaritas2.Materi fluida dinamis terdiri dari
:a.Persamaan Kontinuitasb.Persamaan Bernaoullic.Viskositas
1.1PengertianFluidastatisFluida Statis adalah fluida yang berada
dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak
tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut
atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut
bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya
geser.Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis
sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara
sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya
apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan
air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana
adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap
partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar
sungai.Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang
seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri
diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan
dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya
sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar
bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis),
pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke
bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.1.Tekanan Besar
tekanan di definisikan sebagai gaya tiap satuan luas. Apabila gaya
sebesar Fbekerja secara tegak lurus dan merata pada permukaan
bidang seluas A, tekananpada permukaan itu dapat di
rumuskantekanansebagai berikut:
Keterangan :P = tekanan (N/m2)F = gaya (N)A = luas (m2)Satuan
tekanan dalam SI adalah N/m2atau disebut juga Pascal (Pa). untuk
tekanan udara kadang-kadang digunakan satuan atmosfer (atm), cm
raksa (cmHg), mmHg (atau torr dari Torricelli) atau milibar
(mb).Aturan konversinya adalah sebagai berikut :1 mb = 10-3bar1 bar
= 105Pa1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 105Pa1 mmHg = 1 torr = 1,316 x
10-3atm = 133,3 Pa1.Tekanan HidrostatikTekanan hidrostatis adalah
tekanan pada zat cair yang diam. Besarnya tekanan hidrostatis
tergantung pada jenis dan kedalaman zat cair, tidak tergantung pada
bentuk wadahnya (asalkan wadahnya terbuka).Besarnya tekanan
hidrostatis dirumuskan dengan :P = p g hKeterangan:P = tekanan (Pa
atau N/m2))p = massa jenis zat cair (kg/m3)g = perepatan gravitasi
bumi (m/s2 atau N/kg)h = kedalaman (m)Sehingga besar tekanan pada
alas bejana adalah
Jadi, besarnya tekanan hidrostatik secara umum di rumuskan
sebagai berikutGaya hidrostatik pada alas bejana ditentukan dengan
rumus sebagai berikut
Pernyataan di atas dikenal sebagai hukum utama hidrostatika.
Perhatikan gambar berikut:"Tekanan hidrostatik pada sembarang titik
yang terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat cair
yang diam, besarnya sama."
Berdasarkan hukum utama hidrostatika dapat dirumuskan :PA= PB=
PCPD= PEHukum utama hidrostatika dapat diterapkan untuk menentukan
masa jenis zat cair dengan menggunakan pipa U. Perhatikanlah gambar
berikut!Dalam hal ini, dua cairan yang digunakan tidak akan
tercampur. Pipa U mula-mula diisi dengan zat cair yang sudah
diketahui massa jenisnya, kemudian salah satu kaki dituangi zat
cair yang di cari massa jenisnyahingga setinggi h1. Kemudian, tarik
garis mendatar AB sepanjang pipa. Ukur tinggi zat cair mula-mula di
atas garis AB (misal : h2)Menurut hukum utama hidrostatika, tekanan
di A sama dengan di B.1.Tekanan GaugeTekanan Gauge adalah selisih
antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer
(tekanan udara luar).Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur
tekanan adalah tekanan gauge.Adapun tekanan sesungguhnya disebut
dengan tekanan mutlak.Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan
atmosferP = Pgauge + Patm2.Tekanan Mutlak Pada Suatu Kedalaman Zat
CairTekanan hidrostatis zat cair dapat kita miripkan dengan tekanan
gauge.Dengan demikian,tekanan mutlak pada kedalam h dirumuskan
sebagai berikut.
P =P0 + ghKeterangan:P = Tekanan Hidrostatika (Pa)P0 = Tekanan
Atmosfer (0,01 x 105 Pa) = Massa jenis (kg/m3)g = Percepatan
gravitasi 9,8 m/s2h = Kedalaman (m)Pemahaman tekanan gauge dengan
melakukan percobaan yang menggunakan sebuah kaleng/wadah yang
diberikan dua lubang pada sisinya kemudian diisi dengan air hingga
penuh.Pabsolut = Patmosfer + PhidrostatisP = p atm + p ghAir
terpancar dari lubang-lubang kedua sisi kaleng.Ketika kaleng
diangkat dan dipercepat keatas maka jarak pancaran air dari kedua
lubang semakin jauh dengan lubang.Tapi,ketika kaleng dijatuhkan
dari suatu ketinggian,jarak pancaran air dari kedua lubang menjadi
dekat dengan lubang.2.Hukum pascal
Ketika pengisap kecil kamu dorong maka pengisaptersebut
diberikan gaya sebesar F1 terhadap luas bidangA1, akibatnya timbul
tekanan sebesar p1. Menurut Pascal,tekanan ini akan diteruskan ke
segala arah dengan sama ratasehingga tekanan akan diteruskan ke
pengisap besar dengansama besar. Dengan demikian, pada pengisap
yang besar punterjadi tekanan yang besarnya sama dengan p1. Tekanan
inimenimbulkan gaya pada luas bidang tekan pengisap kedua(A2)
sebesar F2 sehingga kamu dapat menuliskan persamaansebagai
berikut.Keterangan :P1=tekanan (pa)P2=tekanan
(pa)F1=gaya(N)F2=gaya(N)A1= luas(cm2)A2= luas(cm2)Jadi, gaya yang
ditimbulkan pada pengisap besaradalah:Dari Persamaan, dapat
disimpulkan bahwa untukmendapatkan efek gaya yang besar dari gaya
yang kecil, makaluas penampangnya harus diperbesar. Inilah prinsip
kerjasederhana dari alat teknik pengangkat mobil yang disebutpompa
hidrolik.
1.Bejana BerhubunganPrinsip bejana berhubungan adalah sebuah
peristiwa di mana permukaan air selalu rata. Dalam hal ini, tidak
dipengaruhi oleh bentuk permukan dasar atau bentuk tabungnya,
dengan syarat tempat air tersebut berhubungan.aplikasi bejana
berhubungan dalam kehidupan sehari hari.a.Tukang BangunanTukang
bangunan menggunakan konsep bejana berhubungan untuk membuat titik
yang sama tingginya. Kedua titik yang sama ketinggiannya ini
digunakan untuk membuat garis lurus yang datar. Biasanya, garis ini
digunakan sebagai patokan untuk memasang ubin supaya permukaan ubin
menjadi rata dan memasang jendela-jendela supaya antara jendela
satu dan jendela lainnya sejajar. Tukang bangunan menggunakan slang
kecil yang diisi air dan kedua ujungnya diarahkan ke atas. Akan
dihasilkan dua permukaan air, yaitu permukaan air kedua ujung
slang. Kemudian, seutas benang dibentangkan menghubungkan dua
permukaan air pada kedua ujung slang. Dengan cara ini, tukang
bangunan akan memperoleh permukaan datar.b.Teko AirPerhatikan teko
air di rumahmu. Teko tersebut merupakan sebuah bejana berhubungan.
Teko air yang baik harus mempunyai mulut yang lebih tinggi daripada
tabung tempat menyimpan air.c.Tempat Penampungan AirBiasanya,
setiap rumah mempunyai tempat penampungan air. Tempat penampungan
air ini ditempatkan di tempat tinggi misalnya atap rumah. Jika
diamati, wadah air yang cukup besar dihubungkan dengan kran tempat
keluarnya air menggunakan pipa-pipa. Jika bentuk bejana berhubungan
pada penjelasan sebelumnya membentuk huruf U, bejana pada
penampungan air ini tidak berbentuk demikian. Hal ini sengaja
dirancang demikian karena sistem ini bertujuan untuk mengalirkan
air ke tempat yang lebih rendah dengan kekuatan pancaran yang cukup
besar.2.2pengertian fluida dinamisFluida dinamis adalah fluida
(bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam
mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan
yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami
perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami
putaran-putaran). Dalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal
yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.
1.Macam macam fluida dinamis :a.Aliran steady
(stasioner)b.Aliran viscousc.Aliran turbulen1.Persamaan kontinitas
dan benoulliPersamaan kontinuitas menyatakan hubungan anatar
kecepatan fluida yang masuk pada suatu pipa terhadap kecepatan
fluida yang keluar. Hubungan tersebut dinyatakan sebagai berikut
:v1A1 = v2A2 = Q
a.Debit aliran (Q) Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan
waktu.
Dimana :Q = debit aliran (m3/s)A = luas penampang (m2)V = laju
aliran fluida (m/s)b.Debit aliran (Q) Aliran fluida sering
dinyatakan dalam debit aliranDimana :Q = debit aliran (m3/s)V =
volume (m3)t = selang waktu (s)2.Persamaan bernoulliHukum Bernoulli
adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang
dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakanbahwa jumlah
tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial
per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik
sepanjang suatu garis arus.Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi
:
Dimana :p = tekanan air (Pa)v = kecepatan air (m/s)g =
percepatan gravitasih = ketinggian aira.Dua kasus persamaan
bernoulli1.Kasus untuk fluida tak bergerak (fluida statis) untuk
fluida tak bergerak ,kecepatan v1= v2. Persamaan ini adalah
persamaan tekananhidrostatis sebagai berikut .
P1+g h1+0 = P2+g h2+0P1 P2=(h1- h2)2.Kasus untuk fluida yang
mengalir (fluida statis) dalam pipa mendatar dalam pipa mendatar
(horizontal) tidak terdapat perbedaan ketinggian dianatara bagian
bagian fluida. Ini berarti ketinggian h1- h2P1+g V12+0 = P2+g
V22+0P1 P2=(V12- V22)
Menyatakan bahwa jika V2V1makaP1P2ini berarti bahwa temapat yang
kelajuan aliran besar, tekanan kecil. Ebaliknya ditempat ditempat
yang kelajuannya aliran kecil, tekanan besar. pernyataan ini
dikenalasas bernoulli.b.Teorema torricelliSalah satu penggunaan
persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan zat cair yang
keluar dari dasar sebuah wadah(lihat gambar di bawah).Kita terapkan
persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2
(permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah
jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di
permukaan wadah dianggap nol (v1 = 0). Permukaan wadah dan
permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama dengan
tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli
untuk kasus ini adalah :p+1v+ gh=p+ v+ ghgh1=v22+ gh2Jika kita
ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar
wadah, maka persamaan ini menjadi :
gh1= (v22+gh2)Massa jenis zat cair sama sehinggadilenyapkan
:gh1=v22+gh2v22=gh1-gh2v22=v2=v2=berdasarkan persamaan ini, tampak
bahwa laju aliran air pada lubang yang berjarak h dari permukaan
wadah sama dengan laju aliran air yang jatuh bebas sejauh h
(bandingkan gerak jatuh bebas). Ini dikenal dengan teorema
torricceli.3.ViskositasViskositas berhubungan dengan fluida yang
tidak enceryaitu adanya gaya gesekan atau friksi anatara lapisan
lapisan fluida menyebabkan kehilangan energi. Arus tidak lagi
stasioner dan beda kecepatan tiap arus sehingga disebut aliran
laminar. Lapisan akan menarik lapisan dibawah dengan gaya f.
FLUIDA STATIK DAN DINAMIS FLUIDA Fluida adalah zat yang dapat
mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua
zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau
seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak
bisa mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat
cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan 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 satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin
merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat
lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam
kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya,
meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari
pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di
atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di
dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi
di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni: 1. Fluida
statis 2. Fluida Dinamis 1. FLUIDA STATIS Fluida Statis adalah
fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida
dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar
partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa
partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam
sehingga tidak memiliki gaya geser. Contoh fenomena fluida statis
dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh
fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak
dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan
lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida
statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki
kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari
permukaan sampai dasar sungai. Cairan yang berada dalam bejana
mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak
mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah
kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M
menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar
merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak
mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran
sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan
dalam kolom tersebut. Sifat- Sifat Fluida Sifat fisis fluida dapat
ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam
keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di
antaranya, massa jenis, tegangan permukaan, kapilaritas, dan
viskositas. 1. Massa Jenis Pernahkah Anda membandingkan berat
antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat
daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena
segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola
besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi
tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih
ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang
berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam
Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa
jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah
pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa
jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya.
Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi
dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis
lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah
daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah
(misalnya air). Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter
kubik (kgm-3) Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap
zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun
massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut. dengan: m
= massa (kg atau g), V = volume (m3 atau cm3), dan = massa jenis
(kg/m3 atau g/cm3). Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat
dilihat pada Tabel berikut. Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa
(Density) Bahan Massa Jenis (g/cm3) Nama Bahan Massa Jenis (g/cm3)
Air 1,00 Gliserin 1,26 Aluminium 2,7 Kuningan 8,6 Baja 7,8 Perak
10,5 Benzena 0,9 Platina 21,4 Besi 7,8 Raksa 13,6 Emas 19,3 Tembaga
8,9 Es 0,92 Timah Hitam 11,3 Etil Alkohol 0,81 Udara 0,0012 2.
Tegangan permukaan Mari kita amati sebatang jarum atau sebuah silet
yang kita buat terapung di permukaan air sebagai benda yang
mengalami tegangan permukaan. Tegangan permukaan disebabkan oleh
interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian
dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain
disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain
dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya
gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan
menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan
cairan. Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam
hal ini diberi jarum atau silet, molekul bagian bawah permukaan
akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya
pemulih ke atas ini dapat menopang jarum atau silet tetap di
permukaan air tanpa tenggelam. Gaya ke atas untuk menopang jarum
atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien
tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum
disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair. Jadi
dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan
adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga
permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. 3.
Kapilaritas Tegangan permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada
fenomena menarik, yaitu kapilaritas. Contoh peristiwa yang
menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah, yang dapat naik
melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim
hujan dapat basah juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.
Untuk membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan
diameter kecil (pipa kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan
ke dalam bejana berisi air. Kita dapat menyaksikan bahwa permukaan
air dalam pipa akan naik. Lain hasilnya jika kita mencelupkan pipa
tersebut ke dalam bejana berisi air raksa. Permukaan air raksa
dalam tabung akan turun atau lebih rendah daripada permukaan air
raksa dalam bejana. Gejala inilah yang disebut dengan gejala
kapilaritas. Pada kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa
kapiler. Oleh karena itu, gejala kapilaritas adalah gejala naik
turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang
berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada
dinding kaca yang berbentuk cekung disebut meniskus cekung,
sedangkan permukaan air raksa yang berbentuk cembung disebut
meniskus cembung. Penyebab dari gejala kapiler adalah adanya adhesi
dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang
sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan
yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak
menolak. sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul
yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu
dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena molekulnya
saling tarik menarik atau merekat. Pada gejala kapilaritas pada
air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air
dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya.
Sebaliknya, pada gejala kapilaritas air raksa, adhesi air raksa
dengan kaca lebih kecil daripada kohesi antar partikel air raksa.
Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan dinding kaca
akan lebih besar daripada sudut kontak air dengan dinding kaca.
Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh
adanya tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan
zat cair dengan pipa. Berikut ini beberapa contoh yang menunjukkan
gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari: a. Naiknya minyak
tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan. b. Kain
dan kertas isap dapat menghisap cairan. c. Air dari akar dapat naik
pada batang pohon melalui pembuluh kayu. Selain keuntungan,
kapilaritas dapat menimbulkan beberapa masalah berikut ini : Air
hujan merembes dari dinding luar, sehingga dinding dalam juga
basah. Air dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata
menuju ke atas sehingga dinding rumah lembab. 4. Viskositas
Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah
baik dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan
hanya untuk fluida), viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan
internal". Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki viskositas
lebih rendah, sedangkan madu yang "tebal", memiliki viskositas yang
lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida,
semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas
menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin
dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Seluruh
fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan
oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki
ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal. Tekanan
Hidrostatis Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah
gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan
dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan
tekanan dituliskan sebagai berikut. p= F/ A dengan: F = gaya (N), A
= luas permukaan (m2), dan p = tekanan (N/m2 = Pascal). Persamaan
diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas
permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang
sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih
besar daripada luas bidang yang besar. Tekanan Hidrostatis adalah
tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis disebabkan
oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh
suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang
berada di atas titik tersebut.Jika besarnya tekanan hidrostatis
pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p
dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan
luas permukaan bejana (A). p= F/A Gaya berat fluida merupakan
perkalian antara massa fluida dengan percepatan gravitasi Bumi,
ditulis p= massa x gravitasi bumi / A Oleh karena m = V, persamaan
tekanan oleh fluida dituliskan sebagai p = Vg / A Volume fluida di
dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana
(A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan
tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan
menjadi p= (Ah) g / A = h g Jika tekanan hidrostatis dilambangkan
dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut. Ph = g h ph =
tekanan hidrostatis (N/m2), = massa jenis fluida (kg/m3), g =
percepatan gravitasi (m/s2), dan h = kedalaman titik dari permukaan
fluida (m). Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan
semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari
permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan semakin
bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya
berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah
mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring
bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara
akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair,
massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman.
Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman
bertambah. Contoh menghitung tekanan hidrostatis Tabung setinggi 30
cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada
dasar tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi: a. air, b. raksa,
dan c. gliserin. Gunakan data massa jenis pada Tabel Jawab
Diketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/s2. Ditanya : a. Ph air b. Ph
raksa c. Ph gliserin Jawab : a. Tekanan hidrostatis pada dasar
tabung yang berisi air: Ph = gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) =
3.000 N/m2 b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air
raksa: Ph = gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2 c.
Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin: Ph = gh
= (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2 Prinsip tekanan
hidrostatis ini digunakan pada alat-alat pengukur tekanan.
Alat-alat pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan
gas, di antaranya sebagai berikut. a. Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling
sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair.
Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari gas yang hendak
diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekanan
atmosfir (p0). b. Barometer Barometer raksa ini ditemukan pada 1643
oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika
dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara.
Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan
udara yang tinggi menandakan cuaca bersahabat, sedangkan tekanan
udara rendah menandakan kemungkinan badai. Ia mendefinisikan
tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul A Unit of Measurement,
The Torr Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis
raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan
satuannya adalah sebagai berikut. raksa percepatan gravitasi Bumi
panjang raksa dalam tabung atau (13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m)
= 1,103 105 N/m2 Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 105 N/m2 c. Pengukur
Tekanan Ban Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di
dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya
terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan
udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan
pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke
ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini
telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih tekanan
udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban. MEKANIKA
FLUIDA Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum
yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas).
Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida
dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam
sementara fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak. Fluida
Newtonian vs. non-Newtonian Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari
Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya
berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah
tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa
fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya
yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida
Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada
keadaan diaduk. Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan
tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan
berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada
material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat
fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang
menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat).
Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki
properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu. Persamaan
pada fluida Newtonian Konstanta yang menghubungkan tegangan geser
dan gradien kecepatan secara linier dikenal dengan istilah
viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida Newtonian
adalah: di mana adalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida
adalah viskositas fluida-sebuah konstanta proporsionalitas adalah
gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran Viskositas
pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada
temperatur dan tekanan dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang
bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat inkompresibel dan
viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida, persamaan yang
menggambarkan tegangan geser (dalam koordinat kartesian) adalah di
mana ij adalah tegangan geser pada bidang ith dengan arah jth vi
adalah kecepatan pada arah ith xj adalah koordinat berarah jth Jika
suatu fluida tidak memenuhi hubungan ini, fluida ini disebut fluida
non-Newtonian. ALIRAN FLUIDA Aliran fluida dapat diaktegorikan: 1.
Aliran laminar Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan
lapisan, atau lamina lamina dengan satu lapisan meluncur secara
lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk
meredam kecendrungan terjadinya gerakan relative antara lapisan.
Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton 2. Aliran
turbulen Aliran dimana pergerakan dari partikel partikel fluida
sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran
partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum
dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang
besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi
membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga
menghasilkan kerugian kerugian aliran. 3. Aliran transisi Aliran
transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran
turbulen. KONSEP DASAR Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds
merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu
Dilihat dari kecepatan aliran, menurut (Mr. Reynolds)
diasumsikan/dikategorikanlaminar bila aliran tersebut mempunyai
bilangan Re kurang dari 2300, Untuk aliran transisi berada pada
pada bilangan Re 2300 dan 4000 biasa juga disebut sebagai bilangan.
Viskositas Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah
fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Viskositas
dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan
momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan
seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya
gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan
dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang
menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut. Rapat
jenis (density ) Density atau rapat jenis () suatu zat adalah
ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa
persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nilai
density dapat dipengaruhi oleh temperatur semakin tinggi temperatur
maka kerapatan suatu fluida semakin berkurang karena disebabkan
gaya kohesi dari molekul molekul fluida semakin berkurang.
Koefisien Gesek Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena
distribusi kecepatan pada aliran laminar dan aliran turbulen
berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk masing masing jenis
aliran. Reynolds kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai
bilangan Re lebih dari 4000. TEKANAN DALAM FLUIDA Misalkan kita
sedang berendam di dalam air, apa yang kita rasakan? Seolah-olah
air menekan seluruh tubuh kita yang bersentuhan dengan air. Tekanan
ini semakin besar apabila kita masuk lebih dalam ke dalam air.
Fenomena apa yang ada dibalik peristiwa ini. Pernyataan ini
mengandung pengertian bahwa fluida memberikan tekanan terhadap
benda yang berada di dalamnya. Pengertian ini diperluas menjadi
tekanan pada fluida tergantung pada ketebalannya atau lebih
tepatnya kedalamannya. Udara/atmosfer terdiri dari gas-gas yang
juga merupakan bentuk dari fluida. Maka udara juga akan memiliki
tekanan seperti definisi di atas. Tekanan udara kita anggap sama
untuk ketinggian tertentu di atas bumi namun untuk ketinggian yang
sangat tinggi di atas permukaan bumi besarnya menjadi berbeda.
FLUIDA ELEKTRO-REOLOGI Mungkin, yang pertama kali melakukan
percobaan pembuatan dan penerapan cairan fluida yang merespon
kondisi luarnya adalah Pak Winslow pada tahun 1940. Kenapa saya
awali dengan mungkin? Sebab ide atau niatan membuat fluida pintar
ini sudah ada sejak 150 tahun yang lalu. Lalu Pak Winslow lah yang
berhasil melakukan percobaan pembuatannya. Kebanyakan fluida
elektro-reologi merupakan dispersi dari partikel dielectric yang
tersuspensi pada non-conducting liquid (cairan yang bersifat bukan
konduksi, alias tidak mampu hantar listrik). Mudahnya, anda punya
partikel (bulet kecil-kecil) dari bahan dielectrik kemudian
dicampur dengan cairan tak mampu hantar listrik, misal
silicone-oils, hingga sifat campuran seperti suspensi. Itulah
fluida elektro-reologi. Yield stress, tegangan geser, yaitu gaya
luar yang diperlukan untuk menggeser fluida tersebut, dari keadaan
diam kemudian mengalir. Fluida elektro-reologi mula-mula mempunyai
nilai yield stress relatif kecil, ya iyalahcairan gitu loh Namun
ketika medan listrik dari luar diaplikasikan, nilai yield
stress-nya menjadi meningkat dengan drastis, alias susah untuk
mengalir. Mekanisme yang sering digunakan untuk menjelaskan
fenomena ini adalah ketika medan listrik luar (ordenya sekitar
kV/mm) diaplikasikan kepada fluida elektro-reologi, menimbulkan
efek dipole (pe-dua-kutub-an) dari dielektrik partikel yang
tersuspensi dalam cairan tsb. Berubahnya sifat dialektrik partikel
hingga mempunyai kutub ini menyebabkan partikel kecil-kecil saling
mendekat satu sama lainnya, sesusai sifat kutub masing-masing.
Sehingga terciptalah rantai/susunan partikel searah dengan medan
listrik. Lihat animasi diawal artikel. Bentuk daripada susunan rapi
jajaran partikel yang berbentuk seperti rantai inilah yang
menyebabkan nilai yield stress menjadi naik secara dramatis.
Definisi pendahuluan tentang fluida pintar jenis ini dicukupkan
sampai disini, ntar disambung lagi yang lebih dalam jika
memungkinkan. Kini, aplikasi dari fluida elektro-reologi telah
mempunyai pangsa pasar tersendiri, diantaranya: - controllable
valve and shakers - controllable machinery and engine mount -
controllable clutch and brakes - controllable dampers Mungkin ada
sebagian peralatan ini pernah anda lihat, sekilas lihat, bahkan
anda pakai dan operasikan terutama di perusahaan-perusahaan besar.
Namun yang tampak nyata di depan anda hanyalah kemudah-aturan dan
kecanggihan peralatan tersebut. Siapa sangka dibalik produk-produk
tersebut tersimpan keruwetan dan keunikan aspek science dan
teknologi yang membikin dahi berkerut, kening melebar, dan otak
berputar sekian banyak peneliti dan sekian lama waktu yang
diperlukan. FLUIDA BERMAGNET Pada tahun 1960-an, Pak Rosensweig
menjadi pelopor penelitian pembuatan dan aplikasi dari fluida
bermagnet. Kemudian setelah beberapa saat setelah penelitiannya
berkembang, beliau mendirikan perusahaan yang dikenal dengan
Perusahaan Ferrofluidics. Fluida bermagnet terdiri atas partikel
bermagnet (superparamagnetic particle) berukuran sangan kecil
(skala nano, < 10 nm) yang terdispersi dalam cairan pembawa.
Tahukan seberapa kecil ukuran nano-meter itu? Iya benar,
sepersejuta meter. Suangaat kecil bukan. Campuran dispersi antara
partikel magnet dan cairan pembawa cenderung bersifat stabil (tidak
terjadi sedimentasi/pengendapan), disebabkan pergerakan Brownian
(Brownian motion) yang terjadi ketika kita mencampur partikel
sangat kecil kedalam suatu cairan. Mudahnya, ketika anda mengaduk
gula dalam segelas air, gulanya tidak akan mengendap dibawah jika
adukannya merata. Artinya gula berubah jadi partikel sangat kecil
sekali lalu tersuspensi kedalam air, dan cenderung stabil. Para
peneliti juga berhasil menaikkan performa stabilitas fluida
bermagnet dengan menambahkan surfactant, suatu zat yang mencegah
menempelnya partikel magnet satu sama lainnya, sehingga
penggumpalan bisa dihindari. Sehingga stabilitas fluida bermagnet
dapat dipertahankan lebih lama lagi. Fluida bermagnet akan berubah
sifat dan karakternya ketika dikenakan medan magnet. Viskositas
adalah salah satu parameter yang bisa diatur pada fluida bermagnet.
Karena waktu respon yang diperlukan sangat pendek (dalam orde
mili-second), maka kemampuan mudah-aturnya cepat mendapat perhatian
pangsa pasar. High-pressure seal dan media pendingin loudspeaker
adalah salah dua produk yang digemari pasar saat ini. FLUIDA
MAGNET-REOLOGI Tibalah saatnya kita mengenal fluida pintar jenis
ketiga yaitu fluida magnet-reologi. Secara umum komposisinya sama
dengan fluida bermagnet, yaitu: partikel magnet + cairan pembawa +
surfactant. Cuma bedanya adalah ukuran partikel magnet dalam orde
mikro-meter (seperseribu meter) dan peran surfactant yang sangat
besar untuk mencegah proses pengendapan. Pergerakan Brownian tidak
terjadi pada fluida jenis ini, karena ukuran partikel relatif
besar. Hal yang menakjubkan dari sifat fluida magnet-reologi ini
adalah kemampuannya berubah fase menjadi semi-padat bahkan cukup
padat hingga dapat dikategorikan fase padat (solid phase). 2.
FLUIDA DINAMIS Pengertian Fluida Dinamis Fluida dinamis adalah
fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan
dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai
kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak
mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak
mengalami putaran-putaran). Dalam kehidupan sehari-hari, banyak
sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.
Besaran-besaran dalam fluida dinamis Debit aliran (Q) Jumlah volume
fluida yang mengalir persatuan waktu, atau: Dimana : Q = debit
aliran (m3/s) A = luas penampang (m2) V = laju aliran fluida (m/s)
Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran Dimana : Q =
debit aliran (m3/s) V = volume (m3) t = selang waktu (s) Persamaan
Kontinuitas Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai
debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat,
maka: Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau : Hukum Bernoulli Hukum
Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan
energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa
jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi
potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap
titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan
menjadi : Dimana : p = tekanan air (Pa) v = kecepatan air (m/s) g =
percepatan gravitasi h = ketinggian air Penerapan dalam teknologi
Pesawat Terbang Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin,
tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli
yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju
aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas
pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah. Akibatnya
terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di
atas dan di bawah di kali dengan luas efektif pesawat. Keterangan:
= massa jenis udara (kg/m3) va= kecepatan aliran udara pada bagian
atas pesawat (m/s) vb= kecepatan aliran udara pada bagian bawah
pesawat (m/s) F = Gaya angkat pesawat (N) Penyemprot Parfum dan
Obat Nyamuk Prinsip kerja yang dilakukan dengan menghasilkan laju
yang lebih besar pada ujung atas selang botol sehingga membuat
tekanan di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Akibatnya
cairan dalam wadah tersebut terdesak ke atas selang dan lama
kelamaan akan menyembur keluar.
Copy and WIN :http://ow.ly/KNICZ