materi Fluida

Mekanika Fluida: Statis
dan Dinamis

Mekanika fluida adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari

perilaku fluida, baik dalam keadaan diam (statis) maupun bergerak

(dinamis). Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan

sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan.

Contoh fluida adalah zat cair dan gas.

by Nanda Sulistia

Fluida Statis: Ketika Fluida Diam

Pengertian Fluida Statis

Fluida statis adalah fluida yang tidak mengalir, seperti

zat cair yang berada di dalam bejana yang tidak

berlubang. Pada fluida statis, tidak terjadi perpindahan

bagian-bagian fluida.

Tekanan Hidrostatis

Tekanan di dalam zat cair bergantung pada kedalaman.

Semakin dalam letak suatu tempat di dalam zat cair,

semakin besar tekanan pada tempat itu. Tekanan zat

cair yang hanya disebabkan oleh beratnya dinamakan

tekanan hidrostatis.

Rumus Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis (Ph) zat cair dengan massa jenis ρ pada kedalaman h dirumuskan dengan:

Ph = ρ. g. h

Keterangan:

•Ph = tekanan hidrostatis (Nm-2, Pa)

•ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

•g = percepatan gravitasi (m/s2)

•h = kedalaman dari permukaan zat cair (m)

Prinsip Archimedes: Gaya Apung

Hukum Archimedes menyatakan bahwa setiap benda yang terendam seluruhnya atau sebagian di dalam fluida mendapat gaya apung

berarah ke atas, yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda ini.

Gaya apung (Fa) dapat dirumuskan dengan:

Fa = mf . g

↔

Fa = ρf . g . Vf

Keterangan:

•Fa = gaya apung (N)

•g = percepatan gravitasi (m/s2)

•mf = massa fluida (kg)

•Vf = volume benda yang tercelup dalam zat cair (m3)

•ρf = massa jenis fluida (kg/m3)

Kondisi Benda dalam Zat
Cair

1

Mengapung

Benda mengapung jika

gaya apung lebih besar

daripada berat benda

atau massa jenis fluida

lebih besar dari massa

jenis benda.

2

Melayang

Benda akan melayang jika

gaya apung sama dengan

berat benda atau massa

jenis fluida sama dengan

massa jenis benda.

3

Tenggelam

Benda akan tenggelam jika gaya apung lebih kecil daripada

berat benda atau massa jenis fluida lebih kecil dari massa

jenis benda.

Aplikasi Prinsip Archimedes

Hidrometer

Hidrometer digunakan untuk mengukur massa jenis fluida. Semakin besar angka yang

diperlihatkan, semakin besar pula massa jenis zat cair yang diukur.

Kapal Laut

Kapal laut dapat mengapung karena bentuk dasar kapal yang melengkung dan adanya

lambung (rongga) kapal, yang memperluas volume bagian dasar kapal dan

memperbesar gaya apung.

Balon Udara

Balon udara dapat terbang dan mengapung di udara karena diisi dengan udara panas.

Udara panas menyebabkan udara memuai sehingga meningkatkan volume udara di

dalam balon, yang menurunkan kerapatan atau massa jenis udara.

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya

seperti suatu lapisan elastis. Selaput ini cenderung menyusut sekuat mungkin.

Tegangan permukaan (γ) dalam larutan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan (F)

dan panjang permukaan (l) dimana gaya tersebut bekerja.

γ = F/l

Keterangan:

•γ = tegangan permukaan (N/m atau Nm-1)

•F = gaya tegangan permukaan (N)

•l = panjang permukaan (m)

Contoh Tegangan Permukaan

Tetes Embun

Tetes-tetes embun yang jatuh

pada sarang laba-laba berbentuk

bola karena dalam bentuk bola

itu cairan mendapatkan daerah

permukaan yang tersempit.

Nyamuk di Atas Air

Nyamuk dapat berjalan di atas

air karena berat nyamuk dapat

diatasi oleh tegangan

permukaan air yang membentuk

semacam kulit penutup yang

tipis.

Detergen

Detergen menurunkan tegangan

permukaan air sehingga banyak

kotoran yang tidak larut dalam

air biasa akan larut dalam air

yang diberi detergen.

Viskositas: Kekentalan
Fluida

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan

besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Dalam fluida tidak kental

(fluida ideal) tidak ada viskositas yang menghambat lapisan-lapisan

fluida ketika lapisan-lapisan tersebut bergeser.

Dalam fluida kental, viskositas/kekentalan itu ada. Akibatnya,

dalam suatu pipa yang luas penampangnya serbasama, setiap

lapisan fluida tidak kental bergerak dengan kecepatan yang sama,

sedangkan dalam fluida kental lapisan-lapisan fluida bergerak

dengan kecepatan yang tidak seluruhnya sama.

Asas Kontinuitas

Asas kontinuitas mengatur laju aliran fluida di dalam pipa. Menurut asas ini, fluida

yang tunak dan tidak termampatkan memiliki debit yang selalu tetap di setiap titik di

sepanjang pipa.

v1

Kecepatan

Kelajuan fluida di penampang 1 (m/s)

A1

Luas Penampang

Luas penampang 1 (m2)

v2

Kecepatan

Kelajuan fluida di penampang 2 (m/s)

A2

Luas Penampang

Luas penampang 2 (m2)

Rumus Viskositas

Besarnya gaya F yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas

keping yang bersentuhan dengan fluida A, dan berjarak L dari keping yang diam dirumuskan dengan:

F = μAv/L

Keterangan:

•F = gaya yang bekerja (N)

•A = luas keping yang bersentuhan dengan fluida (m2)

•v = kelajuan (m/s)

•L = jarak antara dua keping (m)

•η = koefisien viskositas (kg m-1 s-1 atau Pa sekon)

Fluida Dinamis: Memahami
Aliran Fluida

Fluida dinamis adalah fluida (baik cair maupun gas) yang mengalir dengan

kondisi ideal, di mana kecepatannya tetap atau konstan. Aliran fluida ini

tidak mengalami perubahan seiring berlalunya waktu, dan terbebas dari

turbulensi.

by Nanda Sulistia

Ciri-ciri Fluida Ideal

Tidak Ada Gesekan

Aliran pada fluida ideal tidak mengalami gaya gesek terhadap

dinding bejana karena encer, sehingga tidak ada gaya hambat

dan gaya luar yang bekerja pada aliran fluida tersebut.

Aliran Laminer

Aliran fluida ideal bersifat laminer, sehingga kecepatan aliran

pada sembarang titik tidak berubah terhadap waktu, baik besar

maupun arahnya.

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli membahas hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian dari dua titik aliran fluida dengan massa jenisnya. Jumlah

dari tekanan, serta energi kinetik dan energi potensial tiap volume yang berada di setiap titik aliran fluida adalah sama.

1

Energi Mekanik

Energi kinetik + energi potensial

2

Tekanan

Tekanan pada ujung pipa 1 (Pascal)

3

Energi Kinetik

1/2 * ᵰ * v1^2

4

Energi Potensial

ᵰ * g * h1

Penerapan Hukum Bernoulli

Salah satu contoh aplikasi Hukum Bernoulli adalah gaya angkat yang berlaku pada kedua sayap pesawat terbang.

Gaya Angkat

Tekanan pada sisi atas badan pesawat lebih kecil daripada

bagian bawah badan pesawat.

Kecepatan

Kecepatan di bagian atas badan pesawat lebih tinggi daripada

di bagian bawahnya.

Rumus Gaya Angkat
Pesawat

Rumus Gaya Angkat Pesawat adalah sebagai berikut:

F1 = P1A

F2 = p2A

F1 - F2 = 1/2 * ᵰ(v2^2 - v1^2)A

Ketika pesawat sudah berada pada ketinggian tertentu dan

mempertahankan kelajuannya, maka akan berlaku rumus berikut:

F1 - F2 = mg

Keterangan Rumus

F1-F2

Gaya Angkat (N)

F1

Gaya pesawat ke arah bawah

(N)

F2

Gaya pesawat ke arah atas (N)

ᵰ

Massa jenis udara (kg/m3)

Penerapan Hukum
Bernoulli Lainnya

Hukum Bernoulli memiliki banyak aplikasi lain dalam kehidupan sehari-hari,

seperti:

1

Venturimeter

Alat untuk mengukur

kecepatan aliran fluida.

2

Karburator

Sistem yang digunakan untuk

mencampur udara dan bahan

bakar dalam mesin

pembakaran internal.

3

Sprayer

Alat yang digunakan untuk menyemprot cairan, seperti pestisida atau

parfum.

Kesimpulan

Fluida dinamis merupakan konsep penting dalam memahami aliran fluida.

Asas kontinuitas dan Hukum Bernoulli memberikan pemahaman tentang

hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian dalam aliran fluida.

Hukum Bernoulli memiliki banyak aplikasi praktis dalam kehidupan sehari-

hari, seperti gaya angkat pada pesawat terbang, venturimeter, karburator,

dan sprayer.

Saran

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang fluida dinamis, Anda dapat membaca

buku-buku tentang mekanika fluida, mengikuti kursus online, atau

melakukan eksperimen sederhana di rumah.

Anda juga dapat mempelajari aplikasi Hukum Bernoulli dalam berbagai

bidang, seperti penerbangan, teknik sipil, dan kedokteran.