Mekanika Fluida

Mekanika Fluida
Materi
Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)
cairan
gas
Pada bab ini yang akan dibahas lebih
dalam adalah phase cair.
Sifat-sifat penting pada cairan
1.
2.
3.
4.
5.
Density
Tekanan
Aliran Fluida
Viskositas
Tegangan Permukaan
1. Density (berat jenis)
density (berat jenis) adalah berat suatu cairan
tiap satuan volume.
ρ = m/V
satuan : gr/ml, kg/lt, kg/m3
Alat yang dapat digunakan untuk mengukur
density : picnometer, hidrometer.
Specific gravity (sg)
adalah perbandingan density suatu zat
dengan density air pada temperatur yang
sama.
specific gravity tak bersatuan.
misal sg20/20 : density suatu zat dibagi
dengan density air pada temperatur 20 C.
2. Tekanan
Tekanan cairan didefinisikan sebagai
gaya persatuan luas.
P = F/A
dimana F = m.g
m = ρV
V = A.h
sehingga
P = ρAhg / A = ρgh
Tekanan Atmosfer
Tekanan atmosfer adalah tekanan yang
sebabkan oleh oleh udara luar.
biasanya diukur dengan barometer air
raksa.
Tekanan gauge
adalah tekanan yang terukur oleh alat
pengukur tekanan. Misal manometer
Tekanan Absolut
Adalah jumlah dari tekanan atmosfer dan
tekanan gauge
psig : pound per square in gauge
psia : pound per square in absolute
Pa = P atm + Pg
Hukum Pascal
Konversi satuan tekanan
Gaya Apung (Buoyant Force)
Jika benda di timbang (timbangan pegas) pada
suatu ruangan, kemudian dimasukkan pada
suatu ruangan. Maka bagaimana berat benda
terukur?
Ternyata berat benda akan mengalami
penurunan, mengapa?
Karena gaya gravitasi sama, maka pengurangan
berat terjadi karena adanya gaya apung yang
diberikan cairan kepada benda tersebut.
3. Aliran Fluida
Aliran Fluida
dinyatakan sebagai
aliran massa tiap
satuan waktu :
Persamaan kontinuitas :
Pada berbagai diameter aliran massa adalah
tetap.
Jika density cairan tetap maka persamaan
menjadi ;
A1v1 = A2v2
Av = V/t = laju alir volumetris
Persamaan Bernoulli
“Jika kecepatan fluida
tinggi, maka
tekanannya rendah
dan sebaliknya jika
kecepatan fuida
rendah maka
tekanannya tinggi”
4. 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 mulamula 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 viskositas
Persamaan :
FA + 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 & 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.
Kapilaritas
Gejala kapiler atau kapilaritas adalah peristiwa
naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler
disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di
dalam zat cair (adhesi dan kohesi)
Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara
molekul-molekul di dalam suatu zat cair.
Gaya adhesi adalah tarik menarik antara
molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis,
yaitu bahan wadah di mana zat cair berada.
Gejala kapiler pada meniscus cekung (air) akan naik di
dalam pipa kapiler, makin kecil lubang pipa kapiler
makin tinggi naiknya zat cair.
Pada meniskus cembung (raksa) akan turun di dalam
pipa kapiler, Makin kecil lubang pipa kapiler, maka
makin rendah penurunan zat cair.Gejala kapiler
tergantung pada kohesi dan adhesi.
Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas sering
kita temui misalnya:





Naiknya minyak melalui sumbu kompor.
Penghisapan air dari tanah oleh akar tanaman menuju dau
melalui pembuluh kayu pada batang.
Air membasahi dinding kamar mandi sehingga dinding
menjadi lembab.
Penghisapan air pada lantai dengan kain pel.
Penghisapan air pada badan setelah mandi dengan handuk.
Selamat belajar