Fluida Dinamis

BAHAN AJAR
PERTEMUAN PERTAMA
I. Topik : Fluida Dinamis (Fluida Ideal dan Azas Bernoulli)
II. Kompetensi Inti (KI)
KI.1 Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
KI.2
Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong
royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap
sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif
dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa
dalam pergaulan dunia.
KI.3 Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural,
dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni,
budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan,
kebangsaan, kenegaraan, dan
peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan
prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk
memecahkan masalah.
KI.4 Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan
pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif
dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan
III. Kompetensi Dasar
1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui
pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya.
2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun;
hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam
aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan ,
melaporkan, dan berdiskusi.
3.7 Menerapkan prinsip fluida dinamik dalam teknologi
4.7 Memodifikasi ide/gagasan proyek sederhana yang menerapkan prinsip dinamika fluida
IV. Indikator
1) Mendiskripsikan Azas Bernoulli
2) Menggunakan persamaan Azas Brnoulli untuk menyelesaikan permasalahan
3) Merencanakan dan melaksanakan percobaan yang menerapkan prinsip azas Bernoulli
V. Uraian Materi
Asas Bernoulli
Asas Bernoulli menyatakan bahwa perubahan tekanan dalam fluida mengalir, juga
dipengaruhi oleh perubahan kecepatan alirannya.
1
+
=
2
Persamaan ini menunjukkan hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian titik
+
yang ditinjau dalam fluida sederhana yang bergerak sekaligus.
5. Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli menerangkan bahwa mengapa sayap pesawat udara menghasilkan gaya
angkat. Udara yang meluncur di atas bagian atas sayap yang melengkung harus menempuh
jarak yang lebih jauh daripada udara yang meluncur di bawah sayap. Karena itu, udara di atas
sayap meluncur lebih cepat. Kecepatan yang bertambah ini menyebabkan tekanan udara di
atas sayap menjadi lebih rendah. Tekanan bawah sayap yang lebih besar menyebabkan sayap
terangkat.
6. Akibat-Akibat Asas Bernoulli
a. Fluida statis
Pada fluida diam, kondisi
= 0 pada sembarang titiknya. Berarti persamaan Bernoulli
yang memenuhi kondisi tersebut adalah:
+
−
=
=
(
+
−
)
Persamaan diatas menyatakan “Beda tekanan antara dua titik dalam fluida diam,
bergantung pada ketinggian fluida yang diapit oleh kedua titik”.
b. Daya angkat pesawat terbang
Ketika bergerak dalam arah horizontal, suku energi potensial dalam persamaan Bernoulli
akan hilang karena ketinggian permukaan fluida akan sama dimana-mana. Sehingga
diperoleh persamaan Bernoulli berbentuk:
+
1
2
=
Artinya “Kecepatan fluida yang makin besar akan diimbangi dengan turunnya tekanan
fluida dan sebaliknya”. Prinsip ini digunakan untuk menghasilkan daya angkat pesawat:
“Perbedaan kecepatan aliran udara pada sisi atas dan sisi bawah sayap pesawat, akan
menghasilkan gaya angkat pesawat”.
7. Penerapan Prisip Kontinuitas dan Prinsip Bernoulli dalam Kehidupan Sehari – hari
a) Penerapan
erapan azas kontinuitas pada kehidupan sehari-hari
sehari hari salah satunya adalah pada saat
mengisi bak mandi, air mengalir melalui pipa besar menuju ke pipa yang lebih kecil pada
bagian keran. Terdapat perbedaan luas antara mulut keran dengan pipa, sehingga aliran
kecepatan air pun berbeda. Akan tetapi debit air yang mengalir tetap sama. Itulah yang
dimaksud dengan asas kontinuitas.
Gamabar 1. Perbedaan luas permukaan pada pipa.
Kita ketahui bahwa dalam hal ini debit air merupakan salah satu komponen yang
akan kita
ita bahas lebih lanjut. Yang dimaksud dengan debit air adalah jumlah air yang
mengalir pada setiap satuan waktu.
Berdasarkan pengertian diatas, rumus empiris dari debit air adalah:
Q = V/t
Keterangan.
Q = Debit Air (m^3/s)
V = Volume (m^3)
t = waktu (s)
Jika kita hubungkan dengan kecepatan aliran air dan luas penampang pipa dan mulut
kran maka persamaan diatas dapat dirubah menjadi:
V = A .h
Q = A . h/t
Q = A.v
Keterangan.
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan aliran air (m/s)
b) Alat Penyemprot Nyamuk
Alat penyemprot nyamuk atau Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip
kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan
tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap
pada tabung racun serangga.
Sehingga persamaan bernouli menjadi:
+
1
2
0+
+
ℎ =
ℎ =
ℎ =
(ℎ − ℎ ) =
1
2
+
+ ℎ
1
2
+
ℎ
ℎ=
+
ℎ
Dengan demikian maka cairan obat nyamuk akan naik setinggi h dan menyemprot
karena pengaruh kecepatan
2
2
.
Gambar 2. Skema alat penyemprot
c) Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang
Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang juga merupakan salah satu contoh Hukum
Bernoulli. Bentuk sayap pesawat terbang sedemikian rupa dibuat sehingga garis arus
aliran udara yang melalui sayap pesawat adalah tetap (streamline).
Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang lebih tajam dan
sisi bagian yang yang atas melengkung dariapada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini
menyebabkan kecepatan aliran udara di bagian atas lebih besar dari pada di bagian
bawah. Dan persamaan bernouli kita dapatkan:
+
1
.
2
+
ℎ =
Dan dengan gaya angkat pesawat terbang:
1
+
2
1
=2
2
2
−
1
+
1
.
2
+
ℎ
2
Gambar 3. Bentuk sayap pesawat terbang.
d) Venturimeter
Venturimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kecepatan aliran zat
cair. Dengan memasukkan venturimeter ke dalam aliran fluida dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan bernouli berdasarkan selisih ketinggian air atau air raksa.
Gambar 4. Prinsif kerja venturimeter
Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang
penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama
sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka
persamaan Bernoulli berubah menjadi:
1
+
1
2
1
1
+2
1
+ 慢ℎ1 =
1
=
2
2
1
+2
+
1
2
2
+
ℎ2 → ℎ1 = ℎ2
2
Sehingga pada saat fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2),
maka laju fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli,
jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan
fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil akan tetapi laju aliran fluida akan menjadi
lebih besar.Peristiwa ini dikenal dengan nama efek Venturi yang menujukkan secara
kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil.