Mekanika FluidaMekanika Fluida

Materi Materi

Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)

cairancairan

gasgas

Pada bab ini yang akan dibahas lebih Pada bab ini yang akan dibahas lebih dalam adalah phase cair.dalam adalah phase cair.

Sifat-sifat penting pada cairanSifat-sifat penting pada cairan

1.1. DensityDensity

2.2. TekananTekanan

3.3. Aliran FluidaAliran Fluida

4.4. ViskositasViskositas

5.5. Tegangan PermukaanTegangan Permukaan

1. Density (berat jenis)1. Density (berat jenis)

density (berat jenis) adalah berat suatu cairan density (berat jenis) adalah berat suatu cairan tiap satuan volume.tiap satuan volume.

ρρ = m/V = m/V

satuan : gr/ml, kg/lt, kg/msatuan : gr/ml, kg/lt, kg/m33

Alat yang dapat digunakan untuk mengukur Alat yang dapat digunakan untuk mengukur density : picnometer, hidrometer.density : picnometer, hidrometer.

Specific gravity (sg)Specific gravity (sg)

adalah perbandingan density suatu zat adalah perbandingan density suatu zat dengan density air pada temperatur yang dengan density air pada temperatur yang sama.sama.

specific gravity tak bersatuan.specific gravity tak bersatuan.

misal sgmisal sg20/2020/20 : density suatu zat dibagi : density suatu zat dibagi

dengan density air pada temperatur 20 C.dengan density air pada temperatur 20 C.

2. Tekanan2. Tekanan

Tekanan cairan didefinisikan sebagai Tekanan cairan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas.gaya persatuan luas.

P = F/AP = F/Adimana F = m.gdimana F = m.g

m = m = ρρVVV = A.hV = A.h

sehingga sehingga P = P = ρρAhg / A = Ahg / A = ρρghgh

Tekanan AtmosferTekanan Atmosfer

Tekanan atmosfer adalah tekanan yang Tekanan atmosfer adalah tekanan yang sebabkan oleh oleh udara luar.sebabkan oleh oleh udara luar.

biasanya diukur dengan barometer air biasanya diukur dengan barometer air raksa.raksa.

Tekanan gaugeTekanan gauge

adalah tekanan yang terukur oleh alat adalah tekanan yang terukur oleh alat pengukur tekanan. Misal manometerpengukur tekanan. Misal manometer

Tekanan AbsolutTekanan Absolut

Adalah jumlah dari tekanan atmosfer dan Adalah jumlah dari tekanan atmosfer dan tekanan gaugetekanan gauge

psig : pound per square in gaugepsig : pound per square in gauge

psia : pound per square in absolutepsia : pound per square in absolute

Pa = P atm + PgPa = P atm + Pg

Hukum PascalHukum Pascal

Konversi satuan tekananKonversi satuan tekanan

Gaya Apung (Buoyant Force)Gaya Apung (Buoyant Force)

Jika benda di timbang (timbangan pegas) pada Jika benda di timbang (timbangan pegas) pada suatu ruangan, kemudian dimasukkan pada suatu ruangan, kemudian dimasukkan pada suatu ruangan. Maka bagaimana berat benda suatu ruangan. Maka bagaimana berat benda terukur? terukur?

Ternyata berat benda akan mengalami Ternyata berat benda akan mengalami penurunan, mengapa?penurunan, mengapa?

Karena gaya gravitasi sama, maka pengurangan Karena gaya gravitasi sama, maka pengurangan berat terjadi karena adanya gaya apung yang berat terjadi karena adanya gaya apung yang diberikan cairan kepada benda tersebut.diberikan cairan kepada benda tersebut.

3. Aliran Fluida3. Aliran Fluida

Aliran Fluida Aliran Fluida dinyatakan sebagai dinyatakan sebagai aliran massa tiap aliran massa tiap satuan waktu :satuan waktu :

Persamaan kontinuitas :Persamaan kontinuitas :

Pada berbagai diameter aliran massa adalah Pada berbagai diameter aliran massa adalah tetap.tetap.

Jika density cairan tetap maka persamaan Jika density cairan tetap maka persamaan menjadi ;menjadi ;

AA11vv11 = A = A22vv22

Av = V/t = laju alir volumetrisAv = V/t = laju alir volumetris

Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli

““Jika kecepatan fluida Jika kecepatan fluida tinggi, maka tinggi, maka tekanannya rendah tekanannya rendah dan sebaliknya jika dan sebaliknya jika kecepatan fuida kecepatan fuida rendah maka rendah maka tekanannya tinggi”tekanannya tinggi”

4. Viskositas4. Viskositas

Hukum Stokes

Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida (Sears & Zemansky, 1982).

Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gayagesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida.

Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa disebut dengan istilah poise di mana

1 poise = 1 dyne det cm-2.

Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.

Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρf, di mana ρb > ρf. Telah diketahubahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir vT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya berat bola samadengan gaya apung ditambah gaya gesekanfluida. Gambar 1 menunjukkan sistem gayayang bekerja pada bola kelereng yakni

FA =gaya Archimedes, FS = gaya Stokes, dan W=mg= gaya berat kelereng.

Pengukuran viskositasPengukuran viskositas

Persamaan :Persamaan :

FA + Fs = wFA + Fs = w

W = ρb.Vb.g

FA = ρf .Vb.g

FS = Vb.g (ρb - ρf)

Fs = 6πηrv

t = waktu tempuh batas atas – bawah

d = jarak batas atas - bawah

5. Tegangan Permuka & Kapilaritas5. Tegangan Permuka & Kapilaritas

Dalam peristiwa sehari-hari dapat diamati seperti serangga dapat berjalan diatas permukaan air jarum atau silet dapat diletakkan di atas permukaan

air dengan hati-hati kecenderungan tetes air berbentuk bola, dsb

Fenomena ini menunjukkan permukaan air mempunyai semacam stress tekan atau tegang muka zat cair.

Secara sederhana gaya permukaan zat cair dapat dinyatakan sebagai gaya per satuan panjang

=koefisien tegang muka. Gaya ini berkurang dengan meningkatnya temperatur dan berubah jika ada larutan-larutan lain. Umumnya gaya per satuan panjang diukur pada suhu 20◦C , misalnya untuk air sebesar

73 dyne/cm = 0, 073 N/m 1 dyne = 10−5N/m.

KapilaritasKapilaritasGejala kapilerGejala kapiler atau atau kapilaritaskapilaritas adalah peristiwa adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam zat cair (adhesi dan kohesi)dalam zat cair (adhesi dan kohesi)

Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara molekul-molekul di dalam suatu zat cair.molekul-molekul di dalam suatu zat cair.

Gaya adhesi adalah tarik menarik antara Gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan wadah di mana zat cair berada. yaitu bahan wadah di mana zat cair berada.

Gejala kapiler pada meniscus cekung (air) akan naik di Gejala kapiler pada meniscus cekung (air) akan naik di dalam pipa kapiler, makin kecil lubang pipa kapiler dalam pipa kapiler, makin kecil lubang pipa kapiler makin tinggi naiknya zat cair. makin tinggi naiknya zat cair. Pada meniskus cembung (raksa) akan turun di dalam Pada meniskus cembung (raksa) akan turun di dalam pipa kapiler, Makin kecil lubang pipa kapiler, maka pipa kapiler, Makin kecil lubang pipa kapiler, maka makin rendah penurunan zat cair.Gejala kapiler makin rendah penurunan zat cair.Gejala kapiler tergantung pada kohesi dan adhesi.tergantung pada kohesi dan adhesi.

Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas sering Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas sering kita temui misalnya:kita temui misalnya:

Naiknya minyak melalui sumbu kompor.Naiknya minyak melalui sumbu kompor. Penghisapan air dari tanah oleh akar tanaman menuju dau Penghisapan air dari tanah oleh akar tanaman menuju dau

melalui pembuluh kayu pada batang.melalui pembuluh kayu pada batang. Air membasahi dinding kamar mandi sehingga dinding Air membasahi dinding kamar mandi sehingga dinding

menjadi lembab.menjadi lembab. Penghisapan air pada lantai dengan kain pel.Penghisapan air pada lantai dengan kain pel. Penghisapan air pada badan setelah mandi dengan handuk.Penghisapan air pada badan setelah mandi dengan handuk.

Selamat belajarSelamat belajar