Dinamika FluidaKode Mata Kuliah : 07045233

Jumlah SKS : 2

Oleh : Rahmawati M, S.Si., M.Si.

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Mulawarman

Pertemuan 3Istilah dalam Fluida

Istilah dalam Fluida

Kerapatan (density) yaitu jumlah / kuantitas suatu zat pada suatu unit volume density yang dapat dinyatakan dalam tiga bentuk : 1.Mass density (ρ) dalam satuan SI adalah (kg/m3) .2.Berat spesifik (specific weigh) (γ) = ρ.g, satuan dalam SI adalah N/m3 dimana g adalah percepatan gravitasi.3.Spesifik grafity (s.g) merupakan perbandingan antara berat spesifik suatu zat terhadap density atau berat spesifik suatu standar zat (umumnya terhadap air). Jadi s.g tidak mempunyai satuan

Istilah dalam Fluida

Viskositas suatu fluida merupakan ukuran ketahanan suatu fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk

Tegangan geser diekspresikan dalam dydu

Dalam satuan SI, tegangan geser

)(2 PamN

Istilah dalam Fluida

Gradien kecepatan dalam

dydu

Dalam satuan SI untuk viskositas dinamik

smkg

msN atau ..

2

Istilah dalam Fluida

Viskositas kinematik (v) didefenisikan sebagai perbandingan viskositas dinamik terhDp kerapatan

smv 2

Contoh Soal

Suatu fluida dengan viskositas dinamik 0,08 kg/m.s dan kerapatan 825 kg/m3 mengalir sepanjang sebuah permukaan dengan profil kecepatan yang diberikan melalui persamaan

)/(1050 24 smyyu

Dimana y jarak dari permukaan batas dalam meter. Hitung tegangan geser di permukaan batas tersebut

Konsep Kontinuum

Dalam suatu zat yang bersifat kontinuum, pada titik sebarang didefenisikan sebagai suatu sifat atau suatu besaran misalnya massa jenis adalah fungsi dari kedudukan

),,,( tzyxpP

Konsep Kontinuum

Pada konsep kontinuum, dijumpai apa yang disebut medan, yaitu suatu besaran yang merupakan fungsi dari kedudukan atau ruangAda tiga macam medan yaitu :1.Medan skalar mis, massa jenis, temperatur, viskositas2.Medan vektor mis, kecepatan, percepatan, gaya3.Medan tensor mis, tegangan pada suatu titik

Konsep Kontinuum

Fluida bersifat kontinuum, terdapat 3 macam gaya :1.Gaya permukaan, mis. tekanan, gaya geser yang bekerja pada titik pada permukaan.2.Gaya badan, mis. Gaya elektrostatika, elektromagnetik, gaya Lorentz dan gaya sentripugal. Gaya ini sebagai akibat adanya medan potensial.3.Tegangan permukaan, gaya yang hanya bekerja pada permukaan yaitu bidang pertemuan antara 2 fasa yang berbeda

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan adalah gaya perentang yang diperlukan untuk membentuk selaput, yang diperoleh dengan membagi suku energi permukaan dengan sepanjang satuan selaput dalam kesetimbangan

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan terjadi akibat perbedaan tarik menarik timbal balik antara molekul2 zat cair dekat permukaan dan molekul2 yang terletak agak lebih jauh dari permukaan dalam zat cair yang sama

Tegangan Permukaan

Untuk tetes kecil yang berbentuk bola dengan jari – jari r dimana tekanan P yang perlu untuk mengimbangi gaya tarik yang disebabkan oleh tegangan permukaan. Tegangan permukaan ini dapat dihitung

Tegangan Permukaan

Gaya akibat tekanan permukaan = gaya akibat tegangan permukaan yang mengelilinginya

)( 2rP

)2( r

rP

rrP

2

2Pr

22

Tegangan Permukaan

Untuk sebuah persamaan lengkung yang umumnya dengan r1 dan r2 sebagai jari-jari utama, persamaan tersebut berbentuk :

21

11

rrP

Untuk sebuah silinderr

P

Gejala kapiler

Apabila suatu antara muka zat cair – gas bersinggungan dengan sebuah permukaan zat padat, berarti di situ terdapat 3 buah gaya antar muka, antara gas dan zat cair, antara gas dan zat padat, serta antara zat cair dan zat padat cosglslgs

Tegangan Permukaan

Sudut kontak untuk antar muka gas-zat cair-zat padat

Gas Zat cair

Zat Padat

gs

gl

sl

Tegangan Permukaan

Sebuah zat cair di udaramembasahi sebuah

permukaan2

2

Zat cair tersebut tidak membasahi dinding

Sudut kontak untuk air, udara dan permukaan kaca yang bersih pada dasarnya adalah nol

Gejala Kapiler

Naiknya kolom zat cair dalam suatu pipa kecil adalah akibat tegangan permukaan dan disebut gejala kapilerBerat kolom zat cair dalam pipa, yaitu gaya dari selisih tekanan antara seberang menyeberang antar muka zat cair kali luas penampang sebanding dengan gaya periferal di seputar lingkaran tabung

Gejala Kapiler

Secara matematis diekspresikan :

cos2)( 22 rrPrgh Sehingga kenaikan akibat gejala kapiler

cos

2

grh

Gejala Kapiler

2

2

2

Terjadi kenaikan zat cair pada pipa kapiler

Tidak terjadi kenaikan maupun penurunan zat cair

dalam pipa kapiler

Terjadi penurunan zat cair dalam pipa kapiler

Gejala Kapiler

Bertambahnya diameter pipa, jari – jari lengkung semakin besar dan kenaikan kapiler berkurang

Penggunaan alat ukur seperti manometer selalu dihindari terjadinya efek – efek tegangan permukaan, maka digunakan cairan yang tegangan permukaannya tinggi seperti air raksa

Contoh 2

Sampai ketinggian h berapa air pada temperatur kamar akan naik dalam sebuah pipa kaca bersih berdiameter 2,5 mm. Jika diketahui tegangan permukaan air di udara sekitar 0,073 N/m2

Sebuah bola logam (jejari R, rapat massa L) dijatuhkan tanpa kelajuan awal pada permukaan suatu zat cair (rapat massa C, koefisien kekentalan dinamik ). Tentukan percepatan bola tersebut pada saat kecepatannya 0,25 kecepatan awal. Percepatan gravitasi bumi g.

Tugas