mekanika fluida untuk mahsiswa, Essays (university) of Fluid Mechanics

Download mekanika fluida untuk mahsiswa and more Essays (university) Fluid Mechanics in PDF only on Docsity! Mekanika Fluida adalah cabang dari ilmu fisika yang mempelajari mengenai zat fluida (cair , gas dan plasma) dan gaya yang bekerja padanya. Mekanika fluida dapat dibagi menjadistatika fluida, ilmu yang mempelajari keadaan fluida saat diam; kinematika fluida, ilmu yang mempelajari fluida yang bergerak; dan dinamika fluida ilmu yang mempelajari efek gaya pada fluida yang bergerak. Ini adalah cabang dari menamika, sebuah subjek yang memodelkan materi tanpa memperhatikan informasi mengenai atom penyusun dari materi tersebut sehingga hal ini lebih berdasarkan pada sudut pandang makroskopik daripada sudut pandang mikroskopik. Makroskopik atau Macroscopic adalah pernyataan sifat suatu ukuran yang dapat dilihat dengan menggunakan mata telanjang atau tanpa bantuan alat alat pembesar. Mikroskopik atau Microscopic diartikan sebagai pernyataan sifat suatu ukuran yang hanya dapat dilihat dengan alat pembesar yakni mikroskop 1. Definisi 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. 2 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. Massa jenis Massa jenis merupakan suatu ukuran kerapatan suatu benda, sehingga dapat dikatakan, jika suatu benda mengalami massa jenis yang besar, maka benda tersebut dapat dikatakan memiliki kerapatan yang besar pula, begitu juga sebaliknya. Berikut persamaan / rumus dari massa jenis  Keterangan : ρ = lambang massa jenis atau biasa dikatakan rouh, dengan satuan (kg/m3) m = massa benda, dengan satuan (kg) V = Volume benda, dengan satuan (m3) beberapa jenis bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel berikut. Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)  Tekanan Tekanan (P) merupakan satuan ilmu fisika untuk menyatakan atau menyebutkan hasil dari gaya (F) dengan Luas (A), satuan tekanan digunakan dalam mengukur kekuatan dari suatu benda gas dan benda cair. Untuk lebih ringkasnya, tekanan merupakan hasil bagi antara gaya (F) dan luas penampang(A). Dengan asumsi , bahwa semakian besar gaya yang diberikan maka semakin besar pula tekanannya, akan tetapi sebaliknya, jika luas penampang tersebut besar, maka tekanan yang diberikan akan kecil. Perhatikan persamaan berikut:  Keterangan : P = Tekanan, dengan satuan (pascal/Pa) F = Gaya, dengan satuan (newton/N) A = Luas penampang, dengan satuan (m2) Tentu kalian sedikit bingung, dengan satuan yang saya cantumkan diatas, karena banyak versi pembahasan yang berbeda terkait dengan satuan tekanan, hal tersebut bukan dikarenakan ketidakpastian dari satuan tekanan tersebut, melainkan dalam satuan tekanan memiliki sifat konversi yang beragam untuk kalian pahami dalam menyelesaikan soal tentang tekanan. Dibawah ini merupakan hitungan konversinya:  Tekanan hidrostatis Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang dihasilkan oleh suatu benda atau objek yang mengalami gravitasi ketika didalam fluida. Oleh sebab itu bahwa besarnya tekanan yang dihasilkan tergantung dari massa jenis fluida, percepatan gravitasi bumi, dan ketinggian fluida atau zat cair tersebut. Maka demikian, terkait dengan konsep tekanan hidrostatis yang saya jelaskan diatas, telah diketahui bahwa persamaan tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut g = percepatan gravitasi (m/s2) VF = volume fluida yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup (m3) Penerapan Hukum Dasar Fluida Statis Penerapan Hukum Pascal A. Dongkrak Hidrolik dan Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil Persamaan yang berlaku pada dongkrak hidrolik atau lift (pengangkat) hidrolik yaitu perbandingan gaya yang diberikan untuk mengangkat beban pada dongkrak sama dengan perbandingan luas silinder tekaq dengan luas silinder beban. Rumus yang berlaku pada dongkrak dan mesin hidrolik:  Keterangan : F1 = gaya tekan atau gaya yang digunakan untuk mengangkat beban (N) F2 = berat beban ( N) A1 =luas penampang silinder tekan (m2) A2 = luas penampang silinder beban (m2)  B. Rem Hidrolik Prinsip kerja rem hidrolik sama dengan prinsip kerja mesin pengangkat mobil atau dongkrak hidrolik. Perbandingan luas silinder utama dengan silinder rem menentukan keuntungan mekanik. Semakin besar keuntungan mekanik, semakin ringan saat menginjak pedal rem. Penerapan Hukum Archimedes A. Mengapung, Melayang, dan Tenggelam Mengapung Benda mengapung jika gaya apung iebih besar daripada berat benda. Melayang Benda akan melayang jika gaya apung sama dengan berat benda. Tenggelam Benda akan tenggelam jika gaya apung lebih kecil daripada berat benda.  B. Kapal Selam Kapal selam memiliki rongga atau tangki yang dilengkapi dengan katup air dan katup udara. Supaya dapat tenggelam, maka katup air pada tangki dibuka sehingga air masuk dan udara dikeluarkan melewati katup udara. Akibatnya, kapal bertambah berat sehingga gaya apung lebih kecil dari gaya beratnya, akibatnya kapal menyelam. Sebaliknya untuk dapat muncul lagi di permukaan, air dalam tangki dipompa dan udara masuk lewat katup udara ke dalamnya. Dengan cara ini gaya apung kapal lebih besar daripada berat kapal, sehingga kapal terapung.  C. Balon Udara Udara merupakan fluida, sedangkan balon sebagai benda yang melayang di udara. Sesuai dengan hukum Archimedes, balon yang berisi gas helium (He) memiliki massa jenis lebih kecil dari masa jenis udara pada umumnya, akibatnya balon akan melayang di udara.  Viskositas Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. maka diperoleh persamaan seperti berikut:   Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung Fa, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes Fs. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal. Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan :  Berdasarkan eksperimen juga diperoleh bahwa koefisien viskositas tergantung suhu. Pada kebanyakan fluida makin tinggi suhu makin rendah koefisien viskositasnya. a. Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contoh : air b. Fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contoh : minyak goreng