fluida dinamis

Fluida
Dinamis
Fluida dinamis adalah mempelajari tentang sifat-sifat fluida yang
mengalir / bergerak.
persamaan kontinuitas "luas penampang berbanding
terbalik dengan kelajuan aliran fluida"
FLUIDA DINAMIS
Hukum Bernoulli "Pada pipa mendatar, fluida yang memiliki
kecepatan aliran paling kecil maka tekanan fluidanya paling
besar, begitupun sebaliknya"
Aplikasi hukum Bernoulli:
a. gaya angkat pada sayap pesawat terbang
b. dinding tangki yang bocor
Standart Kompetensi
2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu (benda tegar
dan fluida) dalam menyelesaikan masalah.
Kompetensi Dasar
2.2 Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan
dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Indikator
1. Memformulasikan hukum dasar fluida dinamik
2. Menerapkan hukum dasar fluida dinamik pada masalah fisika sehari-hari
3. Menganalis hukum dasar fluida dinamik pada masalah fisika sehari-hari
33 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
FLUIDA DINAMIS
 Definisi Fluida Dinamis
Fluida dinamis mempelajari tentang sifat-sifat fluida yang mengalir atau bergerak.
Dalam mempelajari materi fluida dinamis, suatu fluida dianggap sebagai fluida
ideal. Fluida ideal adalah fluida yang memiliki ciri-ciri berikut ini.
a. Fluida tidak dapat dimampatkan (incompressible), yaitu volume dan massa
jenis fluida tidak berubah akibat tekanan yang diberikan kepadanya.
b. Fluida tidak mengalami gesekan dengan dinding tempat fluida tersebut
mengalir.
c. Kecepatan aliran fluida bersifat laminer, yaitu kecepatan aliran fluida di
sembarang titik berubah terhadap waktu sehingga tidak ada fluida yang
memotong atau mendahului titik lainnya.
Jika lintasan sebuah titik dalam aliran fluida
ideal dilukiskan, akan diperoleh suatu garis
yang disebut garis aliran (streamline atau
laminer flow).
 Persamaan Kontinuitas
Debit
Debit adalah volume fluida (V) yang mengalir dalam satuan waktu (t) melalui
penampang lintang tertentu dengan luas (A) dan kecepatan (v).
Debit(Q) =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 (𝑉)
𝑠𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 (𝑡)
atau
Q=A.v
Keterangan:
Q = debit aliran fluida (m3/s)
V = volume fluida yang mengalir (m3)
t = selang waktu (s)
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan fluida (m/s2)
d = diameter (m)
Persamaan Kontinuitas
Untuk fluida sempurna (ideal), yaitu zat alir yang
tidak dapat dimampatkan dan tidak memiliki
kekentalan (viskositas), hasil kali laju aliran fluida
dengan luas penampangnya selalu tetap. Secara
matematis, dituliskan sebagai berikut.
34 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
Q1 = Q2
A1 v1 = A2 v2
v2 d22 = v1 d12
atau
Berdasarkan persamaan di atas dapat disimpulkan luas penampang berbanding
terbalik dengan kelajuan aliran fluida, yaitu:
1
A~𝑣
→
𝐴1
𝐴2
𝑣
= 𝑣1
2
Artinya:
“jika pipa pada penampang A1 lebih besar daripada pipa pada penampang A2
maka kelajuan fluida pada v1 lebih kecil daripada kelajuan fluida pada v2, dan
sebaliknya”
Contoh Soal
1. Sebuah pipa lurus memiliki dua macam penampang, masing-masing dengan
luas penampang 200 mm2 dan 100 mm2. Pipa tersebut diletakkan secara
horisontal, sedangkan air di dalamnya mengalir dari penampang besar ke
penampang kecil. Jika kecepatan arus di penampang besar adalah 2 m/s,
tentukanlah:
a. kecepatan arus air di penampang kecil
(4 m/s)
b. volume air yang mengalir setiap menit.
(2,4 x 10-4 m3)
Kaji Soal
1. Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20
liter dengan air dari sebuah kran seperti gambar
berikut! Jika luas penampang kran dengan diameter
D2 adalah 2 cm2 dan kecepatan aliran air di kran
adalah 10 m/s tentukan:
a. Debit air
b. Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
2. Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti
gambar berikut! Jika luas penampang pipa besar
adalah 5 m2 , luas penampang pipa kecil adalah 2 m2
dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15
m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa
kecil!
35 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
 Hukum Bernoulli
Asas Bernoulli
Asas Bernoulli menyatakan “pada pipa
mendatar,
fluida
yang
memiliki
kecepatan aliran paling kecil maka
tekanan
fluidanya
Sebaliknya,
fluida
paling
yang
besar.
memiliki
kecepatan aliran paling besar maka
tekanan fluidanya paling kecil”
Berdasarkan gambar, yaitu:

Tabung A berada pada pipa yang memilki diameter besar sehingga
kecepatan fluidanya semakin kecil, tetapi tekanannya paling besar.
Sedangkan, tabung B berada pada pipa yang memiliki diameter kecil
sehingga kecepatan fluidanya semakin besar, tetapi tekanannya kecil.

Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar, yaitu permukaan fluida pada tabung
A lebih tinggi dibandingkan dengan tabung B.
Hukum Bernoulli
Asas Bernoulli menyatakan “jumlah dari
tekanan (P), energi kinetik persatuan
1
volume (2 𝜌𝑣 2 ), dan energi potensial
persatuan volume (𝜌𝑔ℎ) mempunyai nilai
yang sama pada setiap titik sepanjang
suatu garis arus”
1
Persamaan Bernoulli adalah P + 2 𝜌𝑣 2 + 𝜌𝑔ℎ = konstan
Maka
1
1
P1 + 2 𝜌𝑣1 2 + 𝜌𝑔ℎ1 = P2 + 2 𝜌𝑣2 2 + 𝜌𝑔ℎ2
Keterangan:
P = tekanan (Pa)
h = ketinggian (m)
𝜌 = massa jenis fluida (kg/m3)
v = kecepatan fluida (m/s)
36 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
Contoh Soal
1. Untuk mengukur kecepatan aliran air pada sebuah pipa horizontal digunakan
alat seperti diperlihatkan gambar berikut ini! Jika luas penampang pipa besar
adalah 5 cm2 dan luas penampang pipa kecil adalah 3 cm 2 serta perbedaan
ketinggian air pada dua pipa vertikal adalah 20 cm tentukan :
a. kecepatan air saat mengalir pada pipa besar (1,5 m/s)
b. kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil (2,5 m/s)
2. Pipa untuk menyalurkan air menempel pada sebuah dinding rumah seperti
terlihat pada gambar berikut! Perbandingan luas penampang pipa besar dan
pipa kecil adalah 4 : 1. Posisi pipa besar adalah 5 m diatas tanah dan pipa
kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36
km/jam dengan tekanan 9,1 x 105 Pa. Tentukan :
a. Kecepatan air pada pipa kecil (40 m/s)
b. Selisih tekanan pada kedua pipa (710.000 Pa)
c. Tekanan pada pipa kecil (ρair = 1000 kg/m3) (200.000 Pa)
 Aplikasi Hukum Bernoulli
Gaya Angkat pada Sayap Pesawat Terbang
Sayap merupakan bagian dari pesawat terbang. Fungsi pesawat dalam
pesawat terbang yaitu menghasilkan gaya angkat ke atas yang membuat
pesawat bisa terbang.
Penampang sayap pesawat terbang memiliki:

Sisi bagian depan yang melengkung dan tebal daripada sisi bagian
belakangnya.

Sisi bagian atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya.
Sehingga, dengan bentuk penampang sayap pesawat terbang tersebut
menyebabkan garis-garis aliran udara seperti pada gambar di bawah ini.
37 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
Berdasarkan gambar penampang sayap pada pesawat terbang di atas:
o Garis-garis udara di bagian atas sayap lebih rapat daripada bagian
bawahnya. Hal ini meyebabkan kecepatan aliran udara di bagian atas
sayap (v1) lebih besar daripada aliran udara di bagian bawah sayap (v2),
yaitu (v1 > v2)
Sesuai dengan hukum Bernoulli, pada tempat yang memiliki kecepatan
aliran paling besar maka tekanannya paling kecil.
Sehingga tekanan udara di atas sayap (P1) lebih kecil daripada di bawah
(P2), yaitu (P1 < P2)
o Perbedaan tekanan (P2 – P1) inilah yang akan menghasilkan gaya
angkat sayap pada pesawat terbang.
F2 – F1 = (P2 – P1) A
Rumus gaya angkat sayap pada pesawat terbang adalah:
1
F2 – F1 = 2 𝜌 (v12 – v22) A
o Jadi agar pesawat terbang dapat terangkat ke atas, gaya angkat
pesawat harus lebih besar daripada berat pesawat {( F2 – F1) > mg}
Keterangan:
P1 = tekanan udara di bagian atas sayap (Pa)
P2 = tekanan udara di bagian bawah sayap (Pa)
v1 = kecepatan udara di bagian atas sayap (m/s)
v2 = kecepatan udara di bagian bawah sayap (m/s)
𝜌 = massa jenis udara (kg/m3)
A = luas penampang total sayap (m2)
P2 – P1 = perbedaan tekanan udara (Pa)
F2 – F1 = gaya angkat pesawat terbang (N)
v12 – v22 = perbedaan kecepatan udara (m/s)
38 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
Dinding Tangki yang Bocor
Aplikasi hukum Bernoulli juga dapat digunakan untuk menentukan kecepatan
zat cair yang keluar dari lubang yang bocor.
Dengan menganggap diameter lubang yang bocor pada dinding tangki
sangat kecil dibandingkan dengan diameter pada tangki dan ujung atas
tangki terbuka terhadap atmosfer.
Sehingga kecepatan aliran zat cair yang
keluar dari lubang adalah:
𝑣 = √2𝑔ℎ1
Keterangan:
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h1 = jarak lubang dari permukaan air (m)
h2 = jarak lubang dari dasar bejana (m)
persamaan di atas merupakan hukum Toricelli, yaitu kecepatan zat cair yang
keluar dari lubang sama dengan kecepatan benda yang jatuh bebas dari
ketinggian yang sama.
Jarak horizontal tibanya air di tanah adalah :
𝑥 = 2√ℎ1 ℎ2
Contoh Soal
1. Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga
udara yang melalui bagian atas dan bagian bawah sayap pesawat yang luas
permukaannya 50 m2 bergerak dengan kelajuan masing-masing 320 m/s dan
300 m/s. Berapakah besarnya gaya angkat pada sayap pesawat terbang
(403.000 N)
tersebut? (ρ udara = 1,3 kg/m3)
2. Gambar di samping menunjukkan sebuah reservoir
yang penuh dengan air. Pada dinding bagian bawah
reservoir itu bocor hingga air memancar sampai di
tanah. Jika g = 10 m/s2, tentukanlah:
a. kecepatan air keluar dari bagian yang bocor
(6 m/s)
b. waktu yang diperlukan air sampai ke tanah
(1 s)
c. jarak pancaran maksimum di tanah diukur dari titik P
(6 m)
39 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
Kaji Soal
1. Tangki air dengan lubang kebocoran diperlihatkan
gambar berikut! Jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan
jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan:
a. Kecepatan keluarnya air
b. Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
c. Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah
KAJI SOAL UN
1. Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit dengan diameter 8
cm. Jika kecepatan aliran di bagian pipa berdiameter besar adalah 10 cm/s,
maka kecepatan aliran di ujung yang kecil adalah.... (UAN Fisika 2004)
a. 22,5 cm/s
c. 2,25 cm/s
b. 4,4 cm/s
d. 0,44 cm/s
e. 0,225 cm/s
2. Perhatikan gambar! Jika diameter penampang
besar
dua
kali
diameter
penampang
kecil,
kecepatan aliran fluida pada pipa kecil adalah....
(UAN Fisika 2012 A86)
a. 1 m/s
c. 8 m/s
b. 4 m/s
d. 16 m/s
3. Gambar
di
bawah
ini
menunjukkan
e. 20 m/s
peristiwa
kebocoran pada tangki air.
Kecepatan (v) air yang keluar dari lubang adalah....
(UN 2008 P4 no 17)
a. √2 ms−1
c. √10 ms−1
b. 2√5 ms−1
d. 2√10 ms−1
e. √5 ms−1
4. Gambar menunjukkan penampang sayap pesawat
saat pesawat tinggal landas. Ketika pesawat terbang
akan mendarat, pilot harus mengatur posisi sayap
agar.... (UN 2009 P04 no 15)
a. F1 = F2
c. V1 > V2
b. V1 = V2
d. F1 > F2
40 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
e. V1 < V2
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
5. Pernyataan di bawah ini berkaitan dengan gaya angkat pada pesawat
terbang adalah.... (UN Fisika 2009 P45 no 17)
a. Tekanan udara di atas sayap lebih besar dari pada tekanan udara di
bawah sayap
b. Tekanan udara di bawah sayap tidak berpengaruh terhadap gaya angkat
pesawat
c. Kecepatan aliran udara diatas sayap lebih besar dari pada kecepatan
aliran udara di bawah sayap
d. Kecepatan aliran udara diatas sayap lebih kecil dari pada kecepatan aliran
udara di bawah sayap
e. Kecepatan aliran udara tidak mempengaruhi gaya angkat pesawat
6. Pernyataan di bawah ini yang berkaitan dengan gaya angkat pada pesawat
terbang yang benar adalah.... (UN Fisika 2010 P04 no 14)
a. tekanan udara di atas sayap lebih besar daripada tekanan udara di bawah
sayap
b. tekanan udara dibawah sayap tidak berpengaruh terhadap gaya angkat
pesawat
c. kecepatan aliran udara di atas sayap lebih besar daripada kecepatan
aliran udara dibawah sayap
d. kecepatan aliran udara di atas sayap lebih kecil daripada kecepatan aliran
udara dibawah sayap
e. kecepatan aliran udara tidak mempemgaruhi gaya angkat pesawat
7. Pernyataan di bawah ini yang berkaitan dengan gaya angkat pada pesawat
terbang yang benar adalah.... ((UN Fisika 2010 P37 no 14))
a. tekanan udara di atas sayap lebih besar daripada tekanan udara di bawah
sayap
b. tekanan udara dibawah sayap tidak berpengaruh terhadap gaya angkat
pesawat
c. kecepatan aliran udara di atas sayap lebih besar daripada kecepatan
aliran udara dibawah sayap
d. kecepatan aliran udara di atas sayap lebih kecil daripada kecepatan aliran
udara dibawah sayap
e. kecepatan aliran udara tidak mempemgaruhi gaya angkat pesawat
41 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Fluida
Dinamis
8. Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya angkat ke atas
maksimal, seperti gambar! Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah
tekanan udara, maka sesuai dengan azas Bernoulli rancangan tersebut
dibuat agar.... (UN Fisika 2011 P12 no 6)
a. vA > VB sehingga PA > PB
b. vA > vB sehingga PA < PB
c. vA < vB sehingga PA < PB
d. vA < vB sehingga PA > PB
e. vA > vB sehingga PA = PB
9. Perhatikan alat-alat berikut:
(1) gaya angkat pesawat
(3) kapal laut tidak tenggelam di laut
(2) semprotan obat nyamuk
(4) pengukuran suhu dengan thermometer
Yang berkaitan dengan penerapan hukum bernoulli adalah…(UN Fisika 2013
penerapan asas Bernoulli)
a. (1), (2), (3), dan (4)
d. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (2)
e. (3) dan (4)
c. (4)
10. Sebuah bejana yang mempunyai kran pancuran pada ketinggian 2 m dari
dasar bejana diisi penuh dengan air setinggi 3,25 m. Kecepatan air yang
keluar dari pancuran adalah… ( UN Fisika 2013 no 12 “Asas Bernoulli
(Toricelli))
a. 3 m.s – 1
c. 5 m.s – 1
b. 9 m.s – 1
d. 10 m.s – 1
e. 6 m.s – 1
 Banun, Choirul dan Supriyana. 2013. FRESH UPDATE TOP NO 1. FISIKA
SMA/MA (Kelas 1, 2, 3). Jakarta. Wahyumedia.
 http://sirwandita.blogspot.com/2013/05/fluida-statis-dan-fluida-dinamis.html
 http://tauriesna.blogspot.com/2010/02/sebelumnya-kita-sudah-belajarmengenai.html
 http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/38-fluida-dinamis
 http://fisikastudycenter.com/bank-soal-un/66-un-fisika-fluida
42 | F i s i k a
SMA
XI
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari