Fluida Dinamis

1.   Definisi Fluida Dinamis dan Fluida Ideal

Pada postingan sebelumnya, telah dibahas tentang definisi fluida dan hukum-hukum fluida statis. Sedangkan pada bahasan kali ini, akan memaparkan materi fluida dinamis.  Sesuai dengan namanya, fluida dinamis membahas tentang fluida yang bergerak, misalkan aliran air pada pipa dan keran.

Bahasan tentang fluida bergerak akan sangat banyak dan meluas. Oleh karena itu, bahasan fluida dinamis akan dibatasi yaitu hanya membahas fluida dinamis yang bersifat ideal saja. Adapun ciri-ciri fluida ideal diantaranya yaitu sebagai berikut.

a. Alirannya tunak (steady), yaitu kecepatan aliran partikel fluida cenderung konstan/tetap.

b. Alirannya mengikuti garis lurus (streamline), yaitu partikel fluida bergerak dalam garis yang lurus.

c. Tidak kompresibel (tak termampatkan), yaitu massa jenis fluida cenderung konstan/tetap (karena volume yang tetap) saat diberi tekanan.

d. Tak kental (non viskos), yaitu fluida yang dibahas adalah fluida yang tidak kental sehingga tidak mengalami gesekan saat bergerak.

Itulah ciri-ciri fluida ideal yang merupakan bahasan pada materi fluida dinamis.

2.   Prinsip Kontinuitas

Bahasan hukum fluida dinamis yang pertama yaitu tentang prinsip Kontinuitas. Prinsip  Kontinuitas menjelaskan bahwa debit fluida selalu konstan atau tetap. 

Adapun debit fluida didefinisikan sebagai volume aliran fluida yang mengalir tiap satuan waktu. Secara matematis, debit fluida ditulis dalam persamaan berikut.

Dengan :

Q = debit fluida (m³/s)

V = volume fluida (m³)

 t = waktu (s)

Saat kita jabarkan persamaan volume menjadi perkalian antara luas dengan panjang, maka akan diperoleh penurunan persamaan seperti di bawah ini

Keterangan

Q = debit fluida (m³/s)

A = luas penampang pipa (m²)

v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Persamaan di atas merupakan bentuk lain dari persamaan debit fluida. Dari persamaan tersebut, kita bisa menuliskan persamaan Prinsip Kontinuitas. Prinsip Kontinuitas menjelaskan bahwa debit fluida selalu sama. Prinsip ini diterapkan pada aliran fluida yang mengalir pada pipa dengan luas penampang yang berbeda.

       Persamaan Kontinuitas :

Dengan :

A₁ = luas penampang pipa 1 (m²)

v₁ = kecepatan aliran fluida pada pipa penampang 1 (m/s)

A₂ = luas penampang pipa 2 (m²)

V₂ = kecepatan aliran fluida pada pipa penampang 2 (m/s)

Jika kita cermati persamaan Kontinuitas di atas, maka kita tahu bahwa kecepatan aliran fluida berbanding terbalik dengan luas penampang pipa. Artinya, pada pipa yang ukurannya kecil fluida akan memiliki kecepatan tinggi sedangkan pada pipa yang ukurannya besar fluida akan mengalir lebih lambat dengan kecepatan yang lebih rendah.

3.    Hukum Bernoulli

Seorang ilmuwan bernama Daniel Bernoulli menyatakan bahwa tekanan dari fluida yang bergerak berkurang saat fluida bergerak lebih cepat. 

Lebih rinci, Bernoulli menyatakan bahwa penjumlahan dari tekanan, energi kinetik per satuan volume dan energi potensial per satuan volume selalu bernilai konstan. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Bernoulli, yang secara matematis ditulis sebagai berikut.

Dengan :

P₁ = tekanan fluida pada pipa penampang 1 (Pa)

v₁ = kecepatan aliran fluida pada penampang 1 (m/s)

h₁ = ketinggian pipa penampang 1 (m)

P₂ = tekanan fluida pada pipa penampang 2 (Pa)

v₂ = kecepatan aliran fluida pada penampang 2 (m/s)

h₂ = ketinggian pipa penampang 2 (m)

ρ = massa jenis fluida (kg/m³)

g = percepatan gravitasi bumi (g = 10 m/s²)

4.    Penerapan Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli banyak digunakan dalam alat-alat sehari-hari. Beberapa penerapan  Hukum Bernoulli adalah sebagai berikut.

a.      








a. Teorema Toricelli pada Tangki Bocor

Persamaan Kecepatan Aliran Fluida :

Persamaan Jangkauan Aliran Fluida :

b    b.      Karburator

Karburator merupakan bagian dari mesin yang bertugas dalam sistem pengabutan (pemasukkan bahan bakar ke dalam silinder). Karburator berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara kemudian campuran ini dimasukkan ke dalam silinder mesin untuk pembakaran.

 

c. Venturimeter

Venturimeter adalah alat untuk mengukur kelajuan aliran fluida pada pipa.  Venturimeter dibagi menjadi 2 jenis, yaitu venturimeter tanpa manometer dan venturimeter dengan manometer.

1)      Venturimeter tanpa Manometer

Venturimeter jenis ini berupa tabung venturi yang tidak dilengkapi dengan manometer sebagai pengukur tekanan.

2)      Venturimeter dengan Manometer

Jenis yang kedua yaitu venturimeter dengan tabung yang dilengkapi dengan manometer. Manometer ini berfungsi untuk mengukur tekanan fluida antara dua titik.

c       d. Penyemprot parfum/penyemprot nyamuk

d      e. Gaya angkat pesawat

    Sebuah pesawat dirancang sedemikian rupa sehingga udara di bagian atas pesawat bergerak dengan kecepatan lebih besar daripada kecepatan di bagian bawah pesawat. Karena kecepatan udara di bawah pesawat lebih kecil, sehingga tekanan di bawah pesawat lebih besar sehingga menghasilkan gaya angkat terhadap pesawat.