Mekanika Fluida

1. Mekanika Fluida

2. Materi Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir) • cairan • gas Pada bab ini yang akan dibahas lebih dalam adalah phase cair.

3. Sifat-sifat penting pada cairan • Density • Tekanan • Aliran Fluida • Viskositas • Tegangan Permukaan

4. 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.

7. 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.

8. 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

11. Tekanan Atmosfer Tekanan atmosfer adalah tekanan yang sebabkan oleh oleh udara luar. biasanya diukur dengan barometer air raksa.

13. Tekanan gauge adalah tekanan yang terukur oleh alat pengukur tekanan. Misal manometer

14. 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

15. Hukum Pascal

17. Konversi satuan tekanan

18. 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.

23. 3. Aliran Fluida Aliran Fluida dinyatakan sebagai aliran massa tiap satuan waktu :

24. Persamaan kontinuitas : Pada berbagai diameter aliran massa adalah tetap.

25. Jika density cairan tetap maka persamaan menjadi ; A1v1 = A2v2 Av = V/t = laju alir volumetris

28. Persamaan Bernoulli “Jika kecepatan fluida tinggi, maka tekanannya rendah dan sebaliknya jika kecepatan fuida rendah maka tekanannya tinggi”

31. 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).

32. 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.

33. 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.

34. 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 mula-mula 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.

35. Pengukuran viskositas Persamaan : FA + Fs = w W = ρb.Vb.g FA = ρf .Vb.g FS = Vb.g (ρb - ρf) Fs = 6πηrv

36. t = waktu tempuh batas atas – bawah d = jarak batas atas - bawah

37. 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.

39. 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.

45. 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.

46. 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.

49. Selamat belajar