Fisika

FLUIDA

Pengertian Fluida

Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau sering disebut Zat Alir.

Jadi perkataan fluida dapat mencakup zat cair atau gas.

A. Fluida statik

Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam.

a. fluida ideal
fluida ideal adalah fluida yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut :
*tidak kompresibel (volumenya tidak berubah karena perubahan tekanan)
*berpindah tanpa mengalami gesekan (viskositasnya nol)

b. fluida sejati
fluida sejati memiliki ciri-ciri sebagai berikut :
*kompresibel
*berpindah dengan mengalami gaya gesekan (viskositasnya tertentu)

1. Tekanan hidrostatik 

Tekanan hidros tatis adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya. Tekanan adalah gaya per satuan luas yang bekerja pada arah tegak lurus suatu permukaan , demikian rumus tekanan adlah :

P=F/A

keterangan :
P= tekanan
F= gaya
A= luas permukaan


PARADOKS HIDROSTATIS
Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pa da bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana , tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair ( r )
dalam bejana.
Ph = r g h
Pt = Po + Ph
F = P h A = r g V r = m assa jenis zat cair
h = tinggi zat cair d ari permukaan
g = percepatan gravitasi
Pt = tekanan total
Po = tekanan uda ra luar

2. Hukum Pascal
Bunyi hukum pascal : tekanan yang diberikan pada fluida dalam suatu tempat tertutup akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan sama besar.Aplikasi dalam kehidupan sehari-hari adalah dongkrak hidrolik , pompa hidrolik , alat pengangkat m obil.

Permukaan fluida pada kedua kaki bejana berhubungan sama tinggi .Bila kaki 1 mendapatkan luas penampang A1 mendapat gaya F1 dan kaki 2 mendapatkan luas penampang A2 mendapat gaya F2 .. maka berlaku hukum pascal P1=P2

3. Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat keatas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes

ditulis dalam persamaan :

Fa = ρ v g

Keterangan :

Fa = gaya ke atas (N)
V = volume benda yang tercelup (m3)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi

(N/kg)

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.

• Tenggelam
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)
lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

ρb X Vb X g > ρa X Va X g
ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

• Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)
sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

w = Fa
ρb X Vb X g = ρa X Va

X g
ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

FA)tot = Wtot
rc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..

• Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w)
lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X

Va X g

ρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus
tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > W
rc . Vb . g > rb . Vb . g
rc $rb

Selisih antara Wdan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn = FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = W

rc . Vb2 . g = rb . Vb . g

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb1 = Volume bend

a yang berada dipermukaan zat cair.
Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb = Vb1 + Vb 2
FA’ = rc . Vb2 . g

B. Fluida dinamik

Fluida dinamik adalah fluida yang tidak bergerak .

3 hal dasar untuk menyerdehanakan pembahasan fluida dinamiksebagai berkut:

- Fluida dianggap tidak kompresibel

- fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada gerakan (tidak mempunyai kekentalan)

- Aliran fluida adalah stationer ,yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida yang melalui suatu titik tertentu selalu tetap

1. Debit

Debit adalah volume fluida tiap satuan wktu yang mengalir dalam pipa .Secara matematis , dinyatakan dengan rumus

sebagai berikut :

Q=V/T

2. Persamaan kontinuitas

Gambar ini menujukan aliran fluida dari kiri ke kanan (fluida mengalir dari pipa yang diameternya besar menuju diameter yang kecil). Garis putus-putus merupakan garis arus.

Keterangan gambar : A₁ = luas penampang bagian pipa yang berdiameter besar, A₂= luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil, v₁= laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar, v₂ = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter kecil, L = jarak tempuh fluida.

Selama selang waktu tertentu, sejumlah fluida mengalir melalui bagian pipa yang diameternya besar (A₁) sejauh L₁ (L₁ = v₁t). Volume fluida yang mengalir adalah V₁ = A₁L₁ = A₁v₁t. Nah, Selama selang wakt u yang sama, sejumlah fluida yang lain mengalir melalui bagian pipa yang diameternya kecil ( A₂) sejauh L₂ (L₂ = v₂t). Volume fluida yang mengalir adalah V₂ = A₂L₂ = A₂v₂t.

Persamaan Kontinuitas untuk Fluida Tak-termampatkan (incompressible)

Pertama-tama mari kita tinjau kasus untuk Fluida Tak-termampatkan. Pada fluida tak-termampatkan (incompressible), kerapatan alias massa jenis fluida tersebut selalu sama di setiap titik yang dilaluinya.Massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki luas penampang A₁ (diameter pipa yang besar) selama selang waktu tertentu adalah :

Demikian juga, massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki luas penampang A₂ (diameter pipa yang kecil) selama selang waktu tertentu adalah :

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama dengan massa fluida yang keluar, maka :

Di mana A₁ = luas penampang 1, A₂ = luas penampang 2, v₁ = laju aliran fluida pada penampang 1, v₂ = laju aliran fluida pada penampang 2. Av adalah laju aliran volume V/t alias debit


3. Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk menjelaskan gejala yang berhubungan dengan gerakan zat alir melalui suatu penampang pipa. Hukum tersebut diturunkan dari Hukum Newton dengan berpangkal tolak pada teorema kerja-tenaga aliran zat cair.Selanjutnya untuk menurunkan persamaan yang menyatakan Hukum Bernoulli tersebut dapat dikemukakan dengan gambar sebagai berikut.

Keterangan gambar:

1. h₁ dan h₂ masing-masing adalah tinggi titik tertentu zat cair dalam tabung/pipa bagian kiri dan bagian kanan.

2. v₁ dan v₂ adalah kecepatan aliran pada titik tertentu sari suatu zat cair kiri dan kanan.

3. A₁ dan A₂ adalah luas penampang pipa bagian dalam yang dialiri zat cair sebelah kiri dan sebelah kanan.

4. P₁ dan P₂ adalah tekanan pada zat cair tersebuut dari berturut-turut dari bagian kiri dan bagian kanan.

Dari gambar, dapat dikemukakan bahwa zat cair pada semua titik akan mendapatkan tekanan. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:

p₁ ∆₁ ∆1₁ – p₂ ∆₂ ∆1₂ = (½ mv²₁ – ½ mv²₂) + (mgh₂ – mgh₁)

A ∆ 1 = v

p₁ v₁ – p₂ v₂ = ½ m (v²₁ – v²₂) + mg (h₂ – h₁)

Pada hal v = m/ρ, maka persamaan dapat diubah menjadi:

p₁ (m/ρ) – p₂ (m/ρ) = ½ m (v²₁ – v²₂) + mg (h₂ – h₁)

atau dapat diubah menjadi:

p₁ (m/ρ) + ½ m v²₁ + mgh₁ = p₂ (m/ρ) + ½ m v²₂ + mgh₂

Persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi:

p₁ + ½ ρ v²₁ + ρ gh₁ = p₂ + ½ ρ v²₂ + ρ gh₂

atau ditulis secara umum menjadi:

p + ½ ρ v² + ρ gh = konstan