Fluida Dinamis : Jenis, Ciri, Persamaan Bernoulli, Teorema Toricelli, Rumus Dan Contoh Soalnya – Apakah itu fluida dinamis dan jenisnya ?, Pada kesempatan ini Seputarpengetahuan.co.id akan membahasnya dan tentunya tentang hal lain yang juga melingkupinya.Mari kita simak bersama pembahasannya pada artikel di bawah ini untuk lebih dapat memahaminya.
Fluida Dinamis : Jenis, Ciri, Persamaan Bernoulli, Teorema Toricelli, Rumus Dan Contoh Soalnya
Fluida merupakan istilah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida.Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya.
Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Fluida dinamis merupakan fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).
Hidrodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang fluida bergerak. Sebelum mempelajari fluida bergerak perlu diketahui fluida ideal dan jenis-jenis aliran fluida.
Fluida Ideal
Fluida ideal yaitu fluida yang tidak kompresibel, berpindah tanpa mengalami gesekan, dan aliranya stationer :
- Alirannya tunak (steady), yaitu kecepatan setiap partikel fluida pada satu titik tertentu adalah tetap, baik besar maupun arahnya. Aliran tunak terjadi pada aliran yang pelan.
- Alirannya tak rasional, artinya pada setiap titik partikel fluida tidak memiliki momentum sudut terhadap titik tersebut. Alirannya mengikuti garis arus (streamline).
- Tidak komprisibel (tidak termampatkan), artinya fluida tidak mengalami perubahan volume (massa jenis) karena pengaruh tekanan.
- Tak kental, artinya tidak mengalami gesekan baik dengan lapisan fluida disekitarnya maupun dengan dinding tempat yang dilaluinya. Kekentalan pada aliran fluida berkaitan dengan viskositas.
Jenis Aliran Fluida
Ada beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang bergerak disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida yaitu sebagai berikut :
- Aliran lurus atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. Pada aliran ini partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau slang.
- Aliran turbulen yaitu aliran yang ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai di sungai-sungai dan selokan-selokan.
Ciri-Ciri Fluida Dinamis
Ciri-Ciri umum dari fluida dinamis yaitu sebagai berikut :
- fluid dianggap tidak kompetibel
- fluid dianggap bergerak tanpa gesekan, walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan)
aliran fluida adalah aliran stsioner yaitu kecepatan dan arah gerak partikel pluida yang melalui suatu titik tertentu selalu tetap - tak bergantung waktu (tunak), artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu, dan membentuk aliran leminer (berlapis)
Rumus Fluida Dinamis
-
Debit
Debit adalah jumlah volume fluida yang mengalir dalam satuan waktu (umumnya per detik)
Dimana :
Q = debit aliran (m3/s)
A = luas penampang (m2)
V = laju aliran fluida (m/s)
Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran
Dimana :
Q = debit aliran (m3/s)
V = volume (m3)
t = selang waktu (s)
-
Teorema Toricelli
Teorema Toricelli adalah sebuah Fenomena air menyembur keluar dari sebuah lubang tangki air.
Besarnya suatu energi kinetik air yang menyembur keluar dari lubang tangki air sama dengan besarnya energi potensial.
Karena itu, maka kecepatan air yang menyembur pada lubang yaitu sama seperti air yang jatuh bebas dari batas ketinggian air.
Sebab semakin besar perbedaannya antara ketinggian lubang dari batas ketinggian air, maka akan semakin cepat semburan airnya.
t = √(2H/g)
Keterangan :
v adalahkecepatan keluar cairan dari lubang
H adalah jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor
X adalah jarak mendatar jatuhnya cairan
t adalah waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah
h adalah jarak permukaan cairan ke lubang bocor
-
Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas adalah suatu persamaan yang menghubungkan kecepatan fluida dalam satu tempat ke tempat yang lainnya.
Sebelum menurunkan suatu hubungan, sebaiknya harus memahami beberapa istilah aliran fluida. Garis aliran dapat diartikan sebagai jalur aliran fluida ideal (aliran lunak).
Garis singgung berada pada suatu titik pada garis yang memberikan arah kecepatan pada aliran fluida.
Garis aliran fluida tidak berpotongan antara satu dan lainya. Tabung air adalah kumpulan dari garis-garis aliran.
Q1 = Q2
A1v1 = A2v2
-
Persamaan Bernoulli
Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan, pada hukum kekekalan energi dan dialami pada aliran fluida.
Hukum ini menyatakan jumlah tekanan (p), tekanan energi kinetik per satuan volume, & energi potensial per satuan volume, mempunyai nilai sama di setiap titik sepanjang suatu garis arus tersebut.
P + 1/2 ρv2 + ρgh = Konstant
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
Keterangan :
P adalah tekanan (Pascal = Pa = N/m2)
ρ adalah massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m3)
g adalah percepatan gravitasi (m/s2)
Contoh Soal Fluida Dinamis
Soal 1.
Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.15
Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran seperti gambar. Jika g = 10 ms-2, maka kecepatan semburan air dari kran adalah…
A. 3 ms-1
B. 8 ms-1
C. 9 ms-1
D. 30 ms-1
E. 900 ms-1
Pembahasan
Diketahui :
Ketinggian (h) = 85 cm – 40 cm = 45 cm = 0,45 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Kecepatan semburan air dari kran (v)
Jawab :
Teorema Torricelli menyatakan bahwa kecepatan semburan air melalui lubang yang berjarak h dari permukaan air sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h.
Kecepatan semburan air dihitung menggunakan rumus gerak jatuh bebas vt2 = 2 g h
vt2 = 2 g h = 2(10)(0,45) = 9
vt = √9 = 3 m/s
Jawaban yang benar adalah A.
Soal 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
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
c) Tekanan pada pipa kecil
(ρair = 1000 kg/m3)
Pembahasan
Diketahui : h1 = 5 m ; h2 = 1 m ; v1 = 36 km/jam = 10 m/s ; P1 = 9,1 x 105 Pa ; A1 : A2 = 4 : 1
a) Kecepatan air pada pipa kecil
Persamaan Kontinuitas :
A1v1 = A2v2
(4)(10) = (1) (v2)
v2 = 40 m/s
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
Dari Persamaan Bernoulli :
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1)
P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5)
P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000
P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pac) Tekanan pada pipa kecil
P1 − P2 = 7,1 x 105
9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105
P2 = 2,0 x 105 Pa
Soal 3.
Sebuah bak penampungan berisi air dan pada dinding terdapat lubang (lihat gambar). Kelajuan air saat keluar dari lubang tersebut adalah… (g = 10 ms-2)
A. 12 ms-1
B. 10 ms-1
C. 6 ms-1
D. 5 ms-1
E. 2 ms-1
Pembahasan
Diketahui :
Ketinggian (h) = 1,5 m – 0,25 m = 1,25 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)
Jawab :
vt2 = 2 g h = 2(10)(1,25) = 25
vt = √25 = 5 m/s
Jawaban yang benar adalah D.
Soal 4.
Sebuah bak penampungan berisi air setinggi 1 meter (g = 10 ms-2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran (lihat gambar). Kelajuan air yang keluar dari lubang tersebut adalah…
A. 1 ms-1
B. 2 ms-1
C. 4 ms-1
D. 8 ms-1
E. 10 ms-1
Pembahasan
Diketahui :
Ketinggian (h) = 1 m – 0,20 m = 0,8 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)
Jawab :
vt2 = 2 g h = 2(10)(0,8) = 16
vt = √16 = 4 m/s
Jawaban yang benar adalah D.
Soal 5.
Sebuah pipa mengalirkan Air dengan Debit 1M3 setiap second, dan akan digunakan untuk mengisi sebuah Bendungan berukuran ( 100 X 100 X 10 ) M. Maka hitunglah waktu yang diperlukan untuk mengisi Bendungan tersebut sampai penuh !.
Jawaban :
Jadi jawabannya adalah Waktu yang dibutuhkan agar Bendungan tersebut sampai penuh yaitu 100.000 Second.
Demikianlah ulasan dari Seputarpengetahuan.co.id tentang Fluida Dinamis, semoga dapat menambah wawasan dan pengetahuan kalian. Terimakasih telah berkunjung dan jangan lupa untuk membaca artikel lainnya.
Daftar Isi
