Mekanika FluidaOleh:

• Ikhsan Arif Gumelar

• Nur Kuncahyo

• Rath Kautsar Firdaus

• Zaid Hafiz Muhmmad

Kelas : 1B

© 2012

Pendahuluan

• Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak.

• Fluida merupakan suatu zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel kecil sampi kasat mata dan mereka dengan mudah untuk bergerak serta berubah-ubah bentuk tanpa pemisahan massa. Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang. Fluida tersusun atas gugusan molekul-molekul dengan jarak pisah yang cukup besar untuk fluida yang berbentuk gas dan jarak pisah yang cukup kecil untuk fluida cair. Molekul-molekul tersebut tidak dapat terikat pada suatu sisi, melainkan saling bergerak bebas terhadap satu dengan yang lainnya.

Pendahuluano Massa jenis (density)

Density/massajenissimbolnyaadalah (dibaca: “rho”). Massa jenis suatuzatadalahsuatuukuranuntukkonsentrasizattersebut, yang dinyatakandalam massaper satuan volume. Sifat iniakanditentukandengancara-caramenghitung nisbah (ratio), masazat yang terkandungdidalamsatukesatuanbagiantertentuterhadap volume bagiantersebut.

Massa jenis : Perbandinganantaramassabendadengan volume benda.

[ kg/m3]m = Massa benda [kg}V = Volume benda [m3]

Nilai density yang dapatdipengaruhiolehtemperatur yang semakintinggitemperaturmaka kerapatansuatufluidasemakinberkurangkarenadisebabkangayakohesidarimolekul-molekulfluidasemakinberkurang.

Statika Fluida Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida.

Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subyek tersebut.

Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan yang stabil.

Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika, dan ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai dinamika fluida.

TekananDalammekanikabenda/partikel, titikunsurutamadinamika yang

utamaadalahgaya (force). Sedangkandalammekanikafluida, titikunsurutamadinamikanyaadalahtekanan (pressure)

Tekanan: Gaya per satuanluas, dimanagaya F dipahamiberkerjategaklurusterhadappermukaan A

P = P : Tekanan [Pa]

F : Gaya [N]

A : Luas [m2]

Contoh Soal Berapa massa bola besipenghancur yang padatdengan radius 18 [cm] ?

(massajenisbesi = 7800 kg/m3)

Diketahui : r = 18 [cm] = 0.18 [m] = 7800 [kg/m3]

Ditanya : m…..? [kg]

Jawab : volume bola = V = == 0.024 [m3]

m = V = (7800 kg/m3)(0.024 m3) = 190 [kg]

Tekanan Hidrostatik• Tekananhidrostatik: tekanan yang terjadidibawah air,

karenaadanyaberat air yang membuatcairantersebutmengeluarkantekanan.

P == = = =

P : tekanan [Pa]

𝜌 : massajeniszatcair [kg/m3]

𝑔 : gravitasi [m/s2]

ℎ : ketinggian [m]

[Pa] = [N/m2]

1 [atm] = 76 [cmHG] = 1,01x105 [N/m2]

Contoh soal : Permukaan air di dalamtangkipenyimpananberadaberada 30 [m] di ataskeran air di dapursebuahrumah. Hitungtekanan air padakeran.

Diketahui : 𝜌air = 103 [kg/m3] = 9,81 [m/s2] = 30 [m]

Ditanya : ΔP = [N/m2] Jawab : ΔP = 𝜌air .

= 103 . 9,81 . 30 = 2,9 . 105 [N/m2]

Tekanan Absolut Tekanan absolut (tekanan total) adalah jumlah dari tekanan atmosfer (1 [atm] = 76 [cmHG] = 1,01x105 [N/m2]) dan tekanan terukur (tekanan gauge)

Prinsip PascalPrinsippascalialahtekanan yang di berikankepadafluidadalamsuatutempat yang akanmenambahtekanankeseluruhandenganbesar yang sama.

Pkeluar = Pmasuk

=

atau

=

Contoh soal: Dalamsuatualattekanhidroliksepertigambar di samping , piston

kecilmemilikluaspenampangmelintang A1 = 5 [cm2] dan piston

besarmemilikluaspenampangmelintang A2 = 200 [cm2]. Jikasuatugayasebesar

250 [N] di berikankepada piston kecil , tentukangaya F2 pada piston besar.

Diketahui : A1 = 5 [cm2]

A2 = 200 [cm2]

F1 = 250 [N]

Ditanya : F2 = …..[N]

Jawab :

=

F2 = 1000 [N] = 1 [kN]

Prinsip Archimedes Prinsip Archimedes ialah gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang di masukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang di pindahkan.

A1

A2

Fluida memberikantekanan P1 = gh1Adipermukaanatassilinderdanmenujukebawah.

Dengancara yang samafluidamemberikangayakeataspadabagianbawahsilinder yang samadengan F2 = P2A = gh2A.

Gaya total yang disebabkantekananafluida yang merupakangayaapung FB, bekerjakeatasdenganbesar :

FB = F2 – F1

= gA (h2 – h1) = ghA = gV

Penerapan Hukum Archimedes Hidrometer : alat untuk mengukur massa jenis atau berat jenis zat

cair Jembatan Ponton : jembatan yang disusun dari drum-drum

kosong, sehingga mengapung Kapal Laut : Kapal laut tidak tenggelam karena kapal dibuat

berongga agar air yang dipindahkan besar, sehingga daya angkat menjadi besar

Kapal Selam&Galangan Kapal : kapal selam dan galangan kapal dapat tenggelam dengan ketinggian yang dapat diatur karena ketika ingin tenggelam, air dimasukkan kedalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah

Contoh soal : Sebuahpatungkuno 70 [kg] terbaring di dasarlaut. Volumenyaadalah 3.0 x 10 4 [cm 3]. Berapagaya yang diperlukanuntukmengangkatnya?

(massajenis air laut, = 1.025 x 103 kg/m3)

Diketahui : m = 70 [kg] V = 3.0 x 104 [cm3] = 3.0 x 10-2 [m3 ] = 1.025 x 103 [kg/m3]

Ditanya : Fangkat………? [N]

Jawab : Fapung= mairx g = air x V x g

= = 1.025 x 103 [kg/m3] x 9.8 [m/s2] x 3.0 x 10-2 [m3] = 3.0 x 102 [N]Wpatung = mg = 70 [kg] x 9.8 [m/s2] = 6.9 x 102 [N]Fangkat = Wpatung – Fpatung

= 690 – 300 = 390 [N]

Dinamika Fluida Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelsaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu, sebagai fungsi ruang dan waktu. Disiplini ini memiliki beberapa subdisiplin termasuk aerodinamika(penelitian gas) dan hidrodinamika (penelitian cairan).

Jenis aliran ada dua yaitu:

1. Aliran laminar/lurus : aliran saat lapisan-lapisan yang bersebelaha meluncur sasama lain secara mulus, sehingga aliran tersebut berjalan secara mulus/lancer

2. Aliran turbulen: aliran dari partikel-partikel fluida yang tidak menentu dikarenakan mengalami campuran serta putaran partikel antar lapisan, dan dapat mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida dan kebagian fluida lain-nya dan dalam skala yang begitu besar. Dalam keadaan yang alirannya turbulen maka turbulensi yang akan terjadi membangkitkan tegangan geser merata diseluruh aliran fluida sehingga akan menghasilkan kerugian-kerugian aliran.

Laju aliran massa dan Persamaan Kontinuitas Laju aliranmassadidefinisikansebagaimassadarifluida () yang melewatititiktertentu per satuanwaktu ()

Lajualiranmassa = [kg/s]

Persamaan Bernaoulli

Viskositas