FLUIDA DINAMIS

• Dapat menganalisis konsep laju aliran dan debit aliran fluida, kemudian menggunakannya dalam memformulasikan persamaan kontinuitas berdasarkan hukum kekekalan massa dalam aliran fluida.
• Merumuskan persamaan Bernoulli berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik dalam fluida.
• Menerapkan dan memanfaatkan hukum Bernoulli untuk mengukur laju aliran fluida.
• Memperlihatkan fenomena gesekan fluida terhadap benda yang bergerak dalam suatu fluida.

C. Pengertian
Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).

Dalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.
D. Besaran-besaran dalam fluida dinamis
Debit aliran (Q)
Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:

Dimana :
Q   =    debit aliran (m³/s)
A   =    luas penampang (m²)
V   =    laju aliran fluida (m/s)
Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

Dimana :
Q   =    debit aliran (m³/s)
V   =    volume (m³)
t     =    selang waktu (s)
Contoh  Soal
Suatu pipa mengalirkan air dengan debit 1m³ tiap sekonnya, dan digunakan untuk mengisi bendungan berukuran ( 100 x 100 x 10 ) m. Hitung waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bendungan sampai penuh !
Jawab :

Persamaan Kontinuitas
Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka:
Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :


Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :

Dimana :
p   = tekanan air (Pa)
v    = kecepatan air (m/s)
g   = percepatan gravitasi
h    = ketinggian air
Contoh soal
Sebuah pipa mendatar dengan luas penampang 10 cm² disambungkan ke pipa mendatar lainnya yang memiliki luas penampang 50 cm². Kelajuan air dalam pipa kecil adalah 6 m/s dan tekanan disana adalah 200 kPa. Tekanan dalam pipa besar adalah ….

• 183 kPa
• 202 kPa
• 217 kPa
• 235 kPa
• 264 kPa

Sebuah pipa horizontal mempunyai luas penampang 0,1 m² dalam suatu bagian dan 0,05 dalam bagian lain. Laju air dalam penampang pertama adalah 5 m/s, dan tekanan air dalam penampang kedua adalah 2 x 10⁵ N/m². Tekanan air dalam penampang pertama adalah ….
2,0 x 10³ Pa
2,4 x 10⁵ Pa
2,0 x 10⁵ Pa
3,0 x 10⁴ Pa
4,0 x 10⁵ Pa
Sebuah tabung berisi zat cair (ideal).

Pada dindingnya terdapat lubang kecil (jauh lebih kecil dari penampang tabung, sehingga zat cair memancar (terlihat seperti pada gambar). Besarnya x adalah ……..
20 cm
30 cm
40 cm
60 cm
80 cm
E. Penerapan dalam teknologi
Pesawat Terbang
Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah.

Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di bawah di kali dengan luas efektif pesawat.

Keterangan:              
-         ρ  = massa jenis udara (kg/m³)
-          v_a= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)
-          v_b= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)
-          F= Gaya angkat pesawat (N)
Contoh soal
Udara yang mengalir horizontal melalui sayap pesawat terbang mengakibatkan kecepatan udara di bagian atas pesawat sebesar 50 m/s dan di bagian bawah 20 m/s. Jika massa pesawat 200 kg, luas penampang sayap 4 m² dan massa jenis udara 1,29 . Besar gaya angkat yang dialami pesawat adalah …
6386 N
5418 N
3418 N
154,8 N
77,4 N
Penyemprot Parfum dan Obat Nyamuk

Prinsip kerja yang dilakukan dengan menghasilkan laju yang lebih besar pada ujung atas selang botol sehingga membuat tekanan di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Akibatnya cairan dalam wadah tersebut terdesak ke atas selang dan lama kelamaan akan menyembur keluar.
F. Contoh Soal UN
Perhatikan gambar pipa air di bawah!

Suatu zat cair di alirkan melalui pipa seperti tampak pada gambar di atas. Jika luas penampang A₂ = 8 cm², A₁ = 2 cm², dan laju zat cair V₁= 2 m.s^-1, maka besar V₂ adalah …
Jawab:
A₁ V₁         =    A₂ V₂
2 x 2          =    8 x V₂
V₂              =    ⁸ / ₄
V₂              =    0,5 m.s^-1