Minggu, 28 April 2013

penerapan mekanika fluida


PENERAPAN HUKUM DASAR FLUIDA STATIK & FLUIDA DINAMIK
1.PENERAPAN HUKUM FLUIDA STATIK
A.PENERAPAN HUKUM PASCAL
Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair
Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah
1. Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah,
2. Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A)
Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar. Prinsip inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik.
-Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik
Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air. Mobil diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita memberikan gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil. Jika gaya F1 diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah dengan F1/A1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar adalah penambahan tekanan ini kali luas A2. Jika gaya ini disebut F2, didapatkan
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjS3DeowHljIvlT72IX4lo7bd2gAkExLO_tW5iOkVxwpEih9aERcPOEoszh0TKZLvxE1G7a-AnOo9Ju_uqV3ltghKU1c6ypdeKo08JAi29XDfaJW1V0nb5D-WpOcnn6phW3VhWxqMrdIh8t/s1600/dongkrak+hidrolik.png
F2 = (F : A1) x A2
Jika A2 jauh lebih besar dari A1, sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang ditempatkan di penghisap yang lebih besar .
Berikut ini contoh perhitungan tekanan pada sebuah dongkrak hidraulik. Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua buah penghisap dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2 dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 newton, pada penghisap dengan luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 = (F1 : A1) x A2 = (200 : 5) x 200 = 8000 newton.

-Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti. Rem hidraulik paling banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang menahan gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja. Pada rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera kembali ke posisi semula jika rem dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan .
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEikyTzxEbS4W1kdnIsaspX85zvnffZmwwin_K6WzUGzBmple8awigQ_HVsHjZmXVRC1L42fm52L-52QCLn1_8uUEOL6wKF7zUOzWLA7_3Zay3QWIWFdlFLZYgeKz24XEM1HsU5HGIUyRUQT/s320/rem.jpg

Gambar 2. Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik
-Prinsip Kerja Pompa Hidraulik
Pompa hidraulik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidraulik. Pompa hidraulik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem hidraulik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump (Aziz, 2009). Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan aktuator. Motor hidraulik mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain.
-Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil
Secara umum, cara kerja mesin hidrolik tersebut sama dengan dongkrak hidrolik.
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgrO0zPstzCuceG6MXU4XSzDsfW6tTjQyVccfCcLaivQ38DySVX1BKL3vtB5JhE7661gNapT0oVug-VKEzu0uVtqPvp0BPMsNozgei2lKTurZtYYZfWyIpV7HcyCqBfUhWYu3ivrvdPSOKJ/s1600/pengangkat+mobil.png

-Pompa Sepeda
Pernahkah kamu memompa ban sepeda? Apakah kamu mengeluarkan banyak tenaga untuk melakukannya? Jika kamu merasa kelelahan, dapat dipastikan bahwa kamu menggunakan pompa yang tidak memanfaatkan sistem Pascal.
Ada dua jenis pompa sepeda, yaitu pompa biasa dan pompa hidrolik. Kamu akan lebih mudah memompa ban sepedamu menggunakan pompa hidrolik karena sedikit mengeluarkan tenaga.

-Mesin Pengepres Kapas (Kempa)
Mesin ini digunakan untuk mengepres kapas dari perkebunan sehingga mempunyai ukuran yang cocok untuk disimpan atau didistribusikan. Cara kerja alat ini adalah sebagai berikut. Gaya tekan dihasilkan oleh pompa yang menekan pengisap kecil. Akibat gaya ini, pengisap besar bergerak ke atas dan mendorong kapas. Akibatnya, kapas akan termampatkan.

B.PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES
 Anda tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes. Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.
gaya ke atas
dengan: FA = gaya ke atas (N),
ρf = massa jenis fluida (kg/m3),
Vf = volume fluida yang dipindahkan (m3), dan
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Dapat dilihat bahwa besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida, volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi Bumi. Anda telah mengetahui bahwa suatu benda yang berada di dalam fluida dapat terapung, melayang, atau tenggelam, berikut uraiannya.
a. Terapung
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida (ρb < ρf). Massa jenis benda yang terapung dalam fluida memenuhi persamaan berikut.
Massa jenis benda yang terapung
atau
Massa jenis benda yang terapung 1
dengan: Vbf = volume benda yang tercelup dalam fluida (m3),
Vb = volume benda (m3),
hbf = tinggi benda yang tercelup dalam fluida (m),
hb = tinggi benda (m),
ρb = massa jenis benda (kg/m3), dan
ρf = massa jenis fluida (kg/m3).
Balok kayu bervolume 100 cm3 dimasukkan ke dalam air
Gambar 7.13 Balok kayu bervolume 100 cm3 dimasukkan ke dalam air.
Sebuah balok kayu ( ρ = 0,6 kg/m3) bermassa 60 g dan volume 100 cm3dimasukkan ke dalam air. Ternyata, 60 cm3 kayu tenggelam sehingga volume air yang dipindahkan sebesar 60 cm3 ( 0,6 N ).
b. Melayang
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida (ρb= ρf). Dapatkah Anda memberikan contoh benda-benda yang melayang di dalam zat cair?
c. Tenggelam
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida (ρb > ρf). Jika benda yang dapat tenggelam dalam fluida ditimbang di dalam fluida tersebut, berat benda akan menjadi
berat benda dalam fluida
atau
berat benda dalam fluida 1
dengan: wbf = berat benda dalam fluida (N), dan
w = berat benda di udara (N).
Balok aluminium
Gambar 7.14 (a) Balok aluminium dengan volume 100 cm3 di udara. (b) Balok aluminium dengan volume 100 cm3 ditimbang di dalam air Apakah beratnya sama?
Perhatikanlah Gambar 7.14. Aluminium (ρ = 2,7 g/cm3) yang bermassa 270 g dan memiliki volume 100 cm3, ditimbang di udara. Berat aluminium tersebut sebesar 2,7 N. Ketika penimbangan dilakukan di dalam air, volume air yang dipindahkan adalah 100 cm3 dan menyebabkan berat air yang dipindahkan sebesar 1 N (m = ρV dan w = mg). Dengan demikian, gaya ke atas FA yang dialami aluminium sama dengan berat air yang dipindahkan, yaitu sebesar 1 N. Berat aluminium di dalam air menjadi
wbf = w FA
= 2,7 N – 1 N
= 1,7 N
Aplikasi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya pada hidrometer, kapal laut, kapal selam, balon udara, dan galangan kapal. Berikut ini prinsip kerja alat-alat tersebut.
a. Hukum Archimedes pada HidrometerHidrometer
Gambar 7.15 Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hidrometer dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Berikut ini prinsip kerja hidrometer.
Gaya ke atas = berat hidrometer
FA = whidrometer
ρ1V1 g = mg
Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka dapat dituliskan
ρ1 (Ah1) = m
tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair
dengan: m = massa hidrometer (kg),
A = luas tangkai (m2),
hf = tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair (m), dan
ρf = massa jenis zat cair (kg/m3).
Hidrometer digunakan untuk memeriksa muatan akumulator mobil dengan cara membenamkan hidrometer ke dalam larutan asam akumulator. Massa jenis asam untuk muatan akumulator penuh kira-kira = 1,25 kg/m3 dan mendekati 1 kg/m3 untuk muatan akumulator kosong.
b. Kapal Laut dan Kapal Selam
Mengapa kapal yang terbuat dari baja dapat terapung di laut? Peristiwa ini berhubungan dengan gaya apung yang dihasilkan oleh kapal baja tersebut. Perhatikan Gambar 7.16 berikut.
Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan
Gambar 7.16 Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan. Volume air yang di pindahkan oleh kapal ditandai dengan tenggelamnya kapal hingga batas garis yang ditunjukkan oleh tanda panah.
Balok besi yang dicelupkan ke dalam air akan tenggelam, sedangkan balok besi yang sama jika dibentuk menyerupai perahu akan terapung. Hal ini disebabkan oleh jumlah fluida yang dipindahkan besi yang berbentuk perahu lebih besar daripada jumlah fluida yang dipindahkan balok besi. Besarnya gaya angkat yang dihasilkan perahu besi sebanding dengan volume perahu yang tercelup dan volume fluida yang dipindahkannya. Apabila gaya angkat yang dihasilkan sama besar dengan berat perahu maka perahu akan terapung. Oleh karena itu, kapal baja didesain cukup lebar agar dapat memindahkan volume fluida yang sama besar dengan berat kapal itu sendiri.
Penampang kapal selam
Gambar 7.17 Penampang kapal selam ketika (a) terapung, (b) melayang, dan (c) tenggelam.
Tahukah Anda apa yang menyebabkan kapal selam dapat terapung, melayang, dan menyelam? Kapal selam memiliki tangki pemberat di dalam lambungnya yang berfungsi mengatur kapal selam agar dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Untuk menyelam, kapal selam mengisi tangki pemberatnya dengan air sehingga berat kapal selam akan lebih besar daripada volume air yang dipindahkannya. Akibatnya, kapal selam akan tenggelam. Sebaliknya, jika tangki pemberat terisi penuh dengan udara (air laut dipompakan keluar dari tangki pemberat), berat kapal selam akan lebih kecil daripada volume kecil yang dipindahkannya sehingga kapal selam akan terapung. Agar dapat bergerak di bawah permukaan air laut dan melayang, jumlah air laut yang dimasukkan ke dalam tangki pemberat disesuaikan dengan jumlah air laut yang dipindahkannya pada kedalaman yang diinginkan.
c. Balon Udara
Balon berisi udara panas kali pertama diterbangkan pada tanggal 21 November 1783. Udara panas dalam balon memberikan gaya angkat karena udara panas di dalam balon lebih ringan daripada udara di luar balon. Balon udara bekerja berdasarkan prinsip Hukum Archimedes. Menurut prinsip ini, dapat dinyatakan bahwa sebuah benda yang dikelilingi udara akan mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan volume udara yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Balon udara dapat mengambang di udara karena memanfaatkanprinsip Hukum Archimedes
Gambar 7.18 Balon udara dapat mengambang di udara karena memanfaatkanprinsip Hukum Archimedes.

2. PENERAPAN HUKUM FLUIDA DINAMIK
A. Penerapan Hukum Bernoulli
Sebelumnya, kita sudah belajar mengenai Prinsip dan Persamaan Bernoulli. Kali ini kita akan melihat penerapan prinsip dan persamaan Bernoulli dalam kehidupan sehari-hari.

-Teorema Torriceli
Salah satu penggunaan persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan zat cair yang keluar dari dasar sebuah wadah (lihat gambar di bawah)
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiJznGNXqMqyB0-NbKpjq4yTNPEmb1ZquZliXas8814WDYqX-E4LxoHYUpj99mvyL4TAvaq12aMcYtUdjL4OJLmU7al6LCtyLxH2d-q86cWIamOHPEL7ACgB1WMM9fn88Q0x7VolExaYyM/s320/penerapan-prinsip-bernoulli-a1.jpg
Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2 (permukaan lubang). Karena diameter kran/lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (v1 = 0). Permukaan wadah dan permukaan lubang/kran terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah :
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjWiRTjj8zISt_ZhVtNMnDkCrGJ_08KhIt6-N2id2mS2vDFKSZNC35fIIJb5QEFaTcds6THiPpubXZxmGTq9ruesYCFY7kNk3J7oq74BQbY8kLO8RLUZ5C0rLUdAqwXLFrVjzYj9LI0KJs/s320/penerapan-prinsip-bernoulli-b.jpg
Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka persamaan ini kita oprek lagi menjadi :
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgTOTI5jni9jwzjm8ZljPJ1rMdZGes3AiIsMFC-eK3dcjVsPWzJ6WLOjwOQcr8xdyhqTjZyzRFSa9UiFw43CEb2euUOkCoLiLesTDk2iTVwQ5VwobHiQPoRYnzg23vHH_I6aLXXnXqll2M/s320/penerapan-prinsip-bernoulli-c.jpg
Berdasarkan persamaan ini, tampak bahwa laju aliran air pada lubang yang berjarak h dari permukaan wadah sama dengan laju aliran air yang jatuh bebas sejauh h (bandingkan
Gerak jatuh Bebas)
Ini dikenal dengan Teorema Torricceli. Teorema ini ditemukan oleh Eyang Torricelli, murid eyang butut Gallileo, satu abad sebelum om Bernoulli menemukan persamaannya.

-Efek Venturi
Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini, amati gambar di bawah.
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhSI0NhW5xBBdh-r0W2bBqdN4qXPX94JfcDV8tZFybrt_4v78-7npsD3B_O1eCHxyzPZjfvyMpqaBPvueCXUFdPhiT2UiOr06sixnDshAa2E6BV30ODtAi-_YDAYoR1DAn_KAnw6bxi_w0/s320/penerapan-prinsip-bernoulli-d.jpg
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 :
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEis9jYnWspiCvnZM1q0aos1ICYtnjhgPOtW3k2iu4C6lj_TgM1tCmuC96rG9C8tPJBI7uwXf4P6hwEqFq2as7diCSgIp9AWZ-Cw01L9n3ObgRdeV1yWNZgmUD3UxkZf1871zzMUA-0dfGo/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-a.jpg
Ketika 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 tetapi laju aliran fluida lebih besar.
Ini dikenal dengan julukan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar.

-Venturi meter
Penerapan menarik dari efek venturi adalah Venturi Meter. Alat ini dipakai untuk mengukur laju aliran fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Terdapat 2 jenis venturi meter, yakni venturi meter tanpa manometer dan venturi meter yang menggunakan manometer yang berisi cairan lain, seperti air raksa. Prinsip kerjanya sama saja…. Pada kesempatan ini gurumuda hanya menjelaskan venturi meter tanpa manometer.

-Venturi meter tanpa manometer
Gambar di bawah menunjukkan sebuah venturi meter yang digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair dalam pipa.
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEg-Mu1TlpcnCxq3Fa7-9V2_w7yc7vwhRvAZmG2ITfQVP7dsxlATN2_TfQ-KDciVCC5xsAre75PRlvam_7aCqacGfZ82KvP-L1iRF3MF-WaMf5X_yhSYr0tNmWrxZnefQEpCRDYr7rvUWeE/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-b.jpg
Kok airnya bisa naik ke pipa kecil sich… Tuh kenapa ya ? masih ingat si kapilaritas-kah ? kalau lupa, belajar kapilaritas lagi… biar paham.
Amati gambar di atas. Ketika zat cair melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), laju cairan meningkat. Menurut prinsipnya om Bernoulli, jika laju cairan meningkat, maka tekanan cairan menjadi kecil. Jadi tekanan zat cair pada penampang besar lebih besar dari tekanan zat cair pada penampang kecil (P1 > P2). Sebaliknya v2 > v1
Sekarang kita oprek persamaan yang digunakan untuk menentukan laju aliran zat cair pada pipa di atas. Kita gunakan persamaan efek venturi yang telah diturunkan sebelumnya. Neh persamaannya…
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiqUeoTSJvD60RHpUAGDFdZr1LPe7UolYqZbAhgHCMhtLEWBaI8kMkDOBtCJgV-MEB8LL2zZmRpwRGF95mBcvEWykL_T-8wR5f3dvw3OtyuNOdV3HdPaQBE0iTM1zsHP2un47nxTrIrZyk/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-c.jpg
Ingat ya, kita hendak mencari laju aliran zat cair di penampang besar (v1). Kita gantikan v2 pada persamaan 1 dengan v2 pada persamaan 2. https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjpKLHdx4zpCw7nFsrBBFs4MAL-x45EoJf9V9u-ICnYPy5MNRs0tlDwOxVPYXIz6STvHmbjysFIrX8-DXKuGnSqQqXCvEP_RIEBlev2gVkWGf_u40oC8_-4xuAiH60eyR4z8mnemTqfuV4/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-d.jpg
Dalam pokok bahasan Tekanan Pada Fluida, gurumuda sudah menjelaskan bahwa untuk menghitung tekanan fluida pada suatu kedalaman tertentu, kita bisa menggunakan persamaan : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhhanCVBfLwzzHVIPeGi2L2fj-e8yUMaWSTL9G2ljXduXYlqx6D7_zD6ODvcp869ttql0_ZF5B-L64eZHplliml0fGtYVJ2WAyVuQmOJV6mr0ds1GI0Y1CIp7c4Sh5Wis4G0vugUZyHKa8/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-e.jpg
Jika perbedaan massa jenis fluida sangat kecil, maka kita bisa menggunakan persamaan ini untuk menentukan perbedaan tekanan pada ketinggian yang berbeda (kalau bingung, baca kembali pembahasan mengenai Tekanan Dalam Fluida — Fluida Statis). Dengan demikian, persamaan a bisa kita oprek menjadi : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgdzN9VixXgxmaY-z4mlSwefCBzcTubGwfajZ2dsVokqLCvoOrS6ohgeb17yLUdy6qO9DqA1JXPvo2SiyFWlrfVqHMGVlnnsuFSmgYMB2xSLkjsLRoaAbehwdGIkc2-NdUlkCQMhvwBTMQ/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-f.jpg
Karena zat cair-nya sama maka massa jenisnya juga pasti sama. Kita lenyapkan rho dari persamaan… https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhiapieFHIlckbOnC1ti4pVivwYP1LxfYp7-Eh6m4AGK2utyFWDkuQGNVciAIsfHDkPb91_o9xLh-4gfQkogd8eBVDnBeF_F6u_8X2rfPta2WIy_4KqssPBF1lvUbBbdkx5QLTqv0C-q-c/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-g.jpg
Ini dia si persamaan yang bikin sebel…. dah nemu. Persamaan ini kita gunakan untuk menentukan laju zat cair yang mengalir dalam pipa.
Dalam bidang kedokteran, telah dirancang juga venturi meter yang digunakan untuk mengukur laju aliran darah dalam arteri.
Tugas kreatif : coba buat alat seperti venturi meter di atas, terserah bahannya apa, asal tahan air. Gunakan alat itu untuk menentukan laju aliran air, mau air sungai kek, air comberan juga terserah masukan alat itu ke dalam air, usahakan posisinya sejajar dengan aliran air. Setelah itu, catat ketinggian air pada dua kolom pipa. Selanjutnya, tentukan h. Luas permukaan bisa langsung dihitung pakai persamaan luas lingkaran. Gunakan rumus di atas untuk menghitung laju aliran air. Selamat mencoba…

-Tabung Pitot
Kirain tabung petot kalau venturi meter digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair, maka tabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran gas / udara. Perhatikan gambar di bawah…
Lubang pada titik 1 sejajar dengan aliran udara. Posisi kedua lubang ini dibuat cukup jauh dari ujung tabung pitot, sehingga laju dan tekanan udara di luar lubang sama seperti laju dan tekanan udara yang mengalir bebas. Dalam hal ini, v1 = laju aliran udara yang mengalir bebas (ini yang akan kita ukur), dan tekanan pada kaki kiri manometer (pipa bagian kiri) = tekanan udara yang mengalir bebas (P1). https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEggbJFvMqUhaCUYolCpvQGuLCry-QnNWFG8L_HL3tGR-5goNaCkzACxOpvMqwMqnhHC8JiQfhxvjCQHEK-xah57VYiI7wlCyE5Souv66DQPeJAHxD9fS6PNOMPqqX4GuBU30FDqZT4uIp0/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-h.jpg
Lubang yang menuju ke kaki kanan manometer, tegak lurus dengan aliran udara. Karenanya, laju aliran udara yang lewat di lubang ini (bagian tengah) berkurang dan udara berhenti ketika tiba di titik 2. Dalam hal ini, v2 = 0. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan udara di titik 2 (P2).
Ketinggian titik 1 dan titik 2 hampir sama (perbedaannya tidak terlalu besar) sehingga bisa diabaikan. Ingat ya, tabung pitot juga dirancang menggunakan prinsip efek venturi. Mirip seperti si venturi meter, bedanya si tabung petot ini dipakai untuk mengukur laju gas alias udara. Karenanya, kita tetap menggunakan persamaan efek venturi. Sekarang kita oprek persamaannya : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEg-gtPtMgewTqOBwjvBn1m1ZsxlUU_gUoDYGyNY8M_HA1XzuP7jWwZQr_QPJhH6bmGsXU8ptt6UsMk3RoS6GDi-YTKu-DFBVw23xeDLNpXnXPftgWSLpLKfcS-gCw_xVYv5dTsssv1zIfs/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-i.jpg
Perbedaan tekanan (P2 – P1) = tekanan hidrostatis zat cair dalam manometer (warna hitam dalam manometer adalah zat cair, air raksa misalnya). Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEicD02dogMkbkcGMr2DmxT8KIyNPgUYTQE1x3Ws_37KBI26KHea5kuum1A1FsSamR4bcFkqPUiL3gJ9BkVDFG9PYn4thT8UOm36N0l-zHC9CBNqNtHwI5c2ICx4LClDbnb0vqnffKcjZ_g/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-j.jpg
Perhatikan persamaan 1 dan persamaan 2. Ruas kiri-nya sama (P2 – P1). Karenanya persamaan 1 dan 2 bisa dioprek menjadi seperti ini : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiau2udwI6vSBkv3dFYZiD176Qoanr7kLqEOAZIUB01Zajvr1LDIYwrTjsMpoCBfreh-GWUIrNqixDwU2t1IxasxSbR0AfnczyjyFNTbe_mzp8PB0y8CkHB2_ExRiGCIU2TSNgdSZEoH-g/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-k.jpg




Ini persamaan yang kita cari. Persamaan ini digunakan untuk menghitung laju aliran gas alias udara menggunakan si tabung petot

-Penyemprot Parfum
Pernah pakai parfum-kah ? wah, masa hari gini belum…. pacar kesayangan bisa kabur dari sisimu. He2… Prinsip kerja penyemprot parfum dkk juga menggunakan prinsip om Bernoulli. Perhatikan gambar di bawah…. Ini cuma gambaran umum saja, bagaimanapun setiap pabrik punya rancangan yang berbeda.
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiuY4s5wj3Up951eMl7dWcgvzVNEXAWGGFiNrI50Ek-VfrS1NUFURn9SQBWhX7IPHJD1onGl_M0ilwA5a3WwYm4QarZJe-JcoFNZSZ6HHDdcptBNiSmVHUhi4u5rcoN6yq3zXmuBqDtYBM/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-l.jpg
Secara garis besar, prinsip kerja penyemprot parfum bisa digambarkan sebagai berikut (sambil lihat gambar ya). Ketika bola karet diremas, udara yang ada di dalam bola karet meluncur keluar melalui pipa 1. Karenanya, udara dalam pipa 1 mempunyai laju yang lebih tinggi. Karena laju udara tinggi, maka tekanan udara pada pipa 1 menjadi rendah. Sebaliknya, udara dalam pipa 2 mempunyai laju yang lebih rendah. Tekanan udara dalam pipa 2 lebih tinggi. Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika si cairan parfum tiba di pipa 1, udara yang meluncur dari dalam bola karet mendorongnya keluar… si cairan parfum akhirnya menyembur membasahi tubuh…
Biasanya lubang berukuran kecil, sehingga parfum meluncur dengan cepat… ingat persamaan kontinuitas, kalau luas penampang kecil, maka fluida bergerak lebih cepat. Sebaliknya, kalau luas penampang pipa besar, maka fluida bergerak pelan.

-Minum dengan pipet alias penyedot
Dirimu pernah minum es teh atau sirup menggunakan pipet alias penyedot-kah ? cairan apapun yang kita minum bisa masuk ke dalam mulut bukan karena kita nyedot. Prinsip om bernoulli berlaku juga untuk kasus ini… ketika kita mengisap alias menyedot air menggunakan pipet, sebenarnya kita membuat udara dalam pipet bergerak lebih cepat. Dalam hal ini, udara dalam pipet yang nempel ke mulut kita mempunyai laju lebih tinggi. Akibatnya, tekanan udara dalam bagian pipet itu menjadi lebih kecil. Nah, udara dalam bagian pipet yang dekat dengan minuman mempunyai laju yang lebih kecil. Karena lajunya kecil, maka tekanannya lebih besar. Perbedaan tekanan udara ini yang membuat air atau minuman yang kita minum mengalir masuk ke dalam mulut kita. Dalam hal ini, cairan itu bergerak dari bagian pipet yang tekanan udara-nya tinggi menuju bagian pipet yang tekanan udara-nya rendah.

-Cerobong Asap
Pernah lihat cerobong asap ? yang tinggal di kota, seperti surabaya, semarang, jakarta dkk pasti pernah lihat cerobong asap pabrik… mengapa asap bisa bergerak naik melalui cerobong ? emang dari sono-nya dah begitu kok… yee… anak TK juga bisa jawab kayak gini
Pertama, asap hasil pembakaran memiliki suhu tinggi alias panas. Karena suhu tinggi, maka massa jenis udara tersebut kecil. Udara yang massa jenisnya kecil mudah terapung alias bergerak ke atas. Alasannya bukan cuma ini… Prinsip om bernoulli juga terlibat dalam persoalan ini.
Kedua, prinsip om bernoulli mengatakan bahwa jika laju aliran udara tinggi maka tekanannya menjadi kecil, sebaliknya jika laju aliran udara rendah, maka tekanannya besar. Ingat bahwa bagian atas cerobong berada di luar ruangan. Ada angin yang niup di bagian atas cerobong, sehingga tekanan udara di sekitarnya lebih kecil. Di dalam ruangan tertutup tidak ada angin yang niup, sehingga tekanan udara lebih besar. Karenanya asap digiring ke luar lewat cerobong… (udara bergerak dari tempat yang tekanan udaranya tinggi ke tempat yang tekanan udaranya rendah).

-Tikus juga tahu prinsip Om Bernoulli
Perhatikan gambar di bawah…. ini gambar lubang tikus dalam tanah. Tikus juga tahu prinsip om bernoulli. Si tikus tidak mau mati karena sesak napas, karenanya tikus membuat 2 lubang pada ketinggian yang berbeda. Akibat perbedaan ketinggian permukaan tanah, maka udara berdesak2an dengan temannya (bagian kanan). Mirip seperti air yang mengalir dari pipa yang penampangnya besar menuju pipa yang penampangnya kecil. Karena berdesak2an maka laju udara meningkat (Tekanan udara menurun).
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhmkz7iFkKge98RDGABsXJ9x5RT6zqOK15PfeYo1mpsfgh1rSadm_XDLmZCWue6t6eMtYHO15D-2ny2RtXqy8ic9OqHdFmBklCE5HW2HWjYXpm8_mIDiT87tNpKslPHMtGRTMaTwdBDCuY/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-m.jpg
Karena ada perbedaan tekanan udara, maka udara dipaksa mengalir masuk melalui lubang tikus. Udara mengalir dari tempat yang tekanan udara-nya tinggi ke tempat yang tekanan udaranya rendah. Kata si tikus, lega rasanya… ada hembusan angin sepoi-sepoi kering, bikin aku tidak kepanasan bukan tikusnya yang pintar fisika, si tikus sudah diprogram Sang Pencipta Alam Semesta dan Seisinya demikian…

-Gaya angkat Pesawat
Salah satu faktor yang menyebabkan pesawat bisa terbang adalah adanya sayap. Bentuk sayap pesawat melengkung dan bagian depannya lebih tebal daripada bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti ini dinamakan aerofoil. Ide ini ditiru dari sayap burung. Bentuk sayap burung juga seperti itu (sayap burung melengkung dan bagian depannya lebih tebal). Pernah lihat burung belum ? Bedanya, sayap burung bisa dikepakkan, sedangkan sayap pesawat tidak. Burung bisa terbang karena ia mengepakkan sayapnya, sehingga ada aliran udara yang melewati kedua sisi sayap. Agar udara bisa mengalir pada kedua sisi sayap pesawat, maka pesawat harus digerakkan maju. Manusia menggunakan mesin untuk menggerakan pesawat (mesin baling2 atau mesin jet).
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhxRS6NlIT3CHsXc6cUvUSj1_WftayGyZEPWQlTkbW8SJnaVMWxGZRFxmyhEdsSJP_f5k9nfnlMcYSX-YIA3L8Cl2xttKbHB3f9pTVbdTC3QXyQTkG5KRCRmEp7OHYemVrQt55JRlJBR7E/s320/penerapan-prinsip-dan-persamaan-bernoulli-n.jpg
Bagian depan sayap dirancang melengkung ke atas. Udara yang ngalir dari bawah berdesak-desakan dengan temannya yang ada di sebelah atas. Mirip seperti air yang ngalir dari pipa yang penampangnya besar ke pipa yang penampangnya sempit. Akibatnya, laju udara di sebelah atas sayap meningkat. Karena laju udara meningkat, maka tekanan udara menjadi kecil. Sebaliknya, laju aliran udara di sebelah bawah sayap lebih rendah, karena udara tidak berdesak-desakan (tekanan udaranya lebih besar). Adanya perbedaan tekanan ini, membuat sayap pesawat didorong ke atas. Karena sayapnya nempel dengan badan si pesawat, maka si pesawat ikut-ikutan terangkat.
Prinsip om bernoulli ini hanya salah satu faktor yang menyebabkan pesawat terangkat. Penyebab lain adalah si momentum. Biasanya, sayap pesawat dimiringkan sedikit ke atas. Pernah lihat pesawat belum ? hiks…hiks… pisss….. coba perhatikan sayap pesawat… posisinya miring khan ? itu juga punya tujuan, bukan asal miring. Udara yang mengenai permukaan bawah sayap dibelokkan ke bawah. Karena pesawat punya dua sayap, yakni di bagian kiri dan kanan, maka udara yang dibelokkan ke bawah tadi saling berciuman. Perubahan momentum molekul udara yang ciuman alias bertumbukkan menghasilkan gaya angkat tambahan (ingat lagi si momentum dan tumbukan). Masih ada lagi…. coba perhatikan gambar di atas. Bagian depannya khan melengkung ke atas… tujuannya biar prinsip om bernoulli bisa dimanfaatkan habis-habisan (mengenai hal ini sudah dijelaskan di atas).
Btw, bagian atas sayap itu melengkung ke bawah lagi, sampai ke buntutnya….. Itu juga punya tujuan. Karena bentuk sayap melengkung ke bawah sampai ke buntutnya, maka udara dipaksa oleh sayap untuk mengalir lagi ke bawah. Menurut eyang Newton dalam Hukum III Newton, karena ada gaya aksi maka ada gaya reaksi. Karena sayap memaksa udara turun, maka udara harus memaksa sayap naik. Dalam hal ini, udara memberikan gaya angkat pada sayap. Jadi bukan cuma prinsip si om bernoulli saja yang bikin pesawat bisa terangkat. Selengkapnya bisa dipelajari di dunia perteknikan.


Template by:

Free Blog Templates