Daftar isi
Salah satu kajian mekanika fluida yaitu fluida dinamis. Berikut ini akan dijelaskan mengenai fluida dinamis, sebagai berikut:
Pengertian Fluida Dinamis
Pengertian Secara Umum
Fluida merupakan salah satu hal yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Susu, minyak, air termasuk zat cair dan dapat dikelompokan dalam fluida.
Zat gas juga termasuk dalam fluida karena dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Salah satu kajian mekanika fluida yaitu fluida dinamis.
Fluida dinamis dapat diartikan sebagai suatu zat yang dapat bergerak dan memiliki kecepatan yang beragam serta tidak mengalami perubahan volume.
Pengertian Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) fluida adalah suatu benda seperti air atau gas yang berubah bentuknya oleh pengaruh gaya geser.
Sedangkan dinamis memiliki makna cepat bergerak dan mudah menyesuaikan diri dengan keadaan dan sebagainya.
Sifat Fluida Dinamis
Fluida dinamis merupakan fluida yang dapat bergerak secara dinamis dan memiliki kecepatan. Fluida dinamis memiliki sifat yang membedakan dengan fluida lainnya.
Terdapat beberapa sifat fluida dinamis, diantarnya yaitu tidak kompresibel, tidak mengalami gesekan, memiliki aliran stasioner dan tunak (steady).
Fluida dinamis memiliki kerapatan yang tidak berubah-ubah. Pada fluida dinamis, gerakan antar partikel fluida dibiarkan, sehingga tidak menimbulkan gesekan.
Kecepatan pada fluida dinamis memiliki sifat tunak, yaitu kecepatan masing-masing partikel fluida pada setiap titik biasanya konstan. Fluida dinamis tidak memiliki rotasi atau momentum sudut.
Jenis Aliran Fluida Dinamis
Fluida dinamis yang dapat bergerak mempunyai dua jenis aliran. Aliran fluida dinamis diantaranya yaitu aliran laminer (steady) dan aliran turbulen (turbulent).
Pada fluida dinamis, masing-masing partikel yang memiliki aliran laminer (steady) akan mengalir secara sistematis dan teratur. Aliran laminer yang konstan biasanya dialami oleh aliran fluida pada kecepatan rendah.
Partikel dalam aliran laminer juga tidak berubah. Kebalikan dari sifat aliran laminer yang tidak berubah, fluida dinamis aliran turbulen (turbulent) memiliki aliran yang tidak sistematis serta jalan partikel-partikel yang berubah-ubah dan beragam.
Ketika fluida mengalami kecepatan aliran yang tinggi, aliran turbulen (turbulent) menimbulkan pusaran-pusaran air.
Hukum Fluida Dinamis
Fluida memiliki hukum yang mendasari fluida itu sendiri. Hukum tersebut digunakan sebagai landasan untuk menopang dan membuktikan cara kerja dari fluida.
Fluida dinamis memiliki dua jenis hukum yang berlaku, diantaranya yaitu Hukum Kontinuitas dan Hukum Bernoulli.
Hukum Kontinuitas berpendapat bahwa debit air yang mengalir di setiap titik memiliki sifat konstan dan tidak berubah.
Fenomena Hukum Kontinuitas dalam kehidupan sehari-hari misalnya aliran air yang mengalir pada selang air.
Hukum Bernoulli merupakan hukum yang berdasarkan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum Bernoulli ditemukan oleh ilmuwan asal Jerman yaitu Daniel Benoulli.
Hukum Bernoulli memiliki hitungan jumlah tekanan, energi kinetik dan energi potensial per satuan volume mempunyai nilai yang sama pada setiap titik suatu garis arus.
Hukum Bernoulli memiliki beberapa syarat yang dapat digunakan pada berbagai jenis fluida. Syarat-syarat tersebut yaitu:
- Fluida memiliki sifat incompressible
- Fluida tidak memiliki viskositas
- Aliran fluida tetap
- Tidak adanya gesekan dan hilang energi
- Tidak ada transfer energi kalor
Fenomena Hukum Bernoulli dalam kehidupan sehari-hari dapat ditemui pada alat semprot parfum dan disinfektan serangga.
Rumus Fluida Dinamis
Rumus digunakan untuk mengukur suatu ketepatan pada fluida. Rumus pada fluida dinamis yaitu rumus debit, rumus persamaan kontinuitas, dan rumus persamaan Bernoulli.
Rumus Debit
Rumus debit digunakan untuk mengukur jumlah volume fluida yang mengalir dalam satuan waktu.
Rumusnya adalah:
Q = V/t dan Q = Av.
Q: debit (m3/s)
V: volume (m3)
t: waktu (s)
A: luas penampang (m2)
v : kecepatan aliran (m/s).
Rumus Persamaan Kontinuitas
Rumus persamaan kontinuitas merupakan rumus yang digunakan untuk mengukur persamaan yang menghubungkan kecepatan fluida dari satu tempat ke tempat yang lain.
Rumusnya adalah:
Q1 = Q2 dan A1v1 = A2v2
Rumus Persamaan Bernoulli
Rumus persamaan Bernoulli merupakan rumus yang digunakan untuk mengukur bahwa jumlah tekanan, energi kinetik dan energi potensial adalah sama.
Rumusnya adalah:
P + 1/2 pv2 + pgh = konstan
P1 + 1/2 pv12 + pgh1 = P2 + 1/2 pv22 + pgh2.
Keterangan:
P1 : tekanan pipa 1 (N/m2)
P2 : tekanan pipa 2 (N/m2)
p1 : massa jenis pipa 1 (kg/m3)
p2 : massa jenis pipa 2 (kg/m3)
v1 : kecepatan fluida di pipa 1 (m/s)
v2 : kecepatan fluida di pipa 2 (m/s)
h1 : ketinggian penampang pipa 1 dari titik acuan (m)
h2 : ketinggian penampang pipa 2 dari titik acuan (m)
g : percepatan gravitasi (m/s2).
Contoh Soal Fluida Dinamis
Berikut merupakan contoh soal dari fluida dinamis beserta pembahasannya.
1. Suatu pipa mengalirkan air dengan debit 0,5 m3/s. Massa air yang keluar dari pipa tersebut selama 10 detik adalah….
Pembahasan:
Q = V / t
0,5 = V / 10
V = 5 m2
Massa air yang keluar selama 10 detik adalah
p = m / V
5.000 = m / 5
m = 1000 kg.
Jadi, massa air yang keluar selama 10 detik yaitu 1.000 kg.
2. Tekanan yang dibutuhkan oleh sebuah pompa yang diletakkan di atas tanah untuk menghantarkan air pada ketinggian 5 meter di atas tanah agar dapat keluar dengan kecepatan 2 m/s adalah sebesar….
Pembahasan:
P1 = pgh2 + 1/2 pv2/2
= 1000 . 10 . 5 + 1/2 . 1000 . 22
= 50.000 + 2.000
= 5,2 x 104
Jadi, tekanan yang dibutuhkan sebesar 5,2 x 104 Pa.