Mekanika Fluida: Sifat, Jenis, dan Rumusnya

Posted on

mekanika fluida

Mekanika fluida, kata yang sering di dengar oleh teknik sipil maupun teknik mesin. Mekanika fluida dan hidrolika merupakan bagian dari mekanika terpakai yang merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan dasar bagi teknik sipil. Mekanika fluida dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku serta perilaku fluida (cairan dan gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku, serta perilaku cairan terutama air baik dalam keadaan diam maupun bergerak atau mengalir.

Mekanika Fluida adalah cabang dari ilmu fisika yang mempelajari mengenai zat fluida (cair, gas dan plasma) dan gaya yang bekerja padanya.

Fluida adalah 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. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan oleh lemahnya ikatan antara molekul (gaya kohesi). Tidak peduli berapa kecil gaya yang diaplikasikan ke fluida tersebut akan menyebabkan pergeseran/gerakan. Cairan (fluida) akan terus bergerak selama gaya geser diaplikasikan. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa dalam keadaan diam fluida sedang dalam keadaan teg geser=0, atau yang biasa disebut dengan keadaan tegangan hidrostatik pada analisa struktural.

Perkembangan ilmu mekanika fluida dewasa ini sangat dipercepat dengan perkembangan metode pengukuran / instrumentasi yang dldukung dengan erkembangan komputer, baik dalam hal perangkat keras maupun perangkat lunak (software). Selain ilu, perkembangan metode komputasi flluida sangat membantu untuk menganalisa hasil-hasil eksperimen di laboratorium. Metode komputasi ini bersifat sebagai counter part dari hasil eksperimen. Berbagai studi eksperimen dan numerik/komputasi fluida telah diusahakan untuk meningkatkan peran mekanika fluida didalam peningkatan efisiensi energi.

Usaha penurunan gaya drag akibat sifat kentalnya fluida merupakan satu contoh konkrit dalam usaha peningkatan unjuk kerja sebuah peralatan yang menggunakan fluida sebagai media kerja. Didalam sistem pengajaran di perguruan tinggi, materi mekanika fluida diajarkan di berbagal jurusan, terutama jurusan-jurusan yang terkait dengan ilmu pengetahuan alam, khususnya ilmu keteknikan. Sebagai contoh, ilmu mekanika fluida selain diajarkan di Jurusan Teknik Mesin juga diajarkan di Jurusan Teknik Fisika, Teknik Sipil, Teknik Lingkungan, dan Teknik Kelautan.

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.

Sifat-Sifat Fluida

Sifat-sifat fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya:

  1. Massa Jenis
  2. Kapilaritas
  3. Viskositas
  4. Barometer
  5. Pengukur Tekanan Ban

Jenis-Jenis Fluida

Fluida dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Fluida Statis

Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.

Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.

Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.

2. Fluida dinamis

Fluida dinamis adalah 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).

Selain sifatnya, fluida juga memilki fase-fase fluida, ada 3 fase yakni:

  1. Fase padat, zat mempertahankansuatu bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan padabenda tersebut.
  2. Fase cair, zat tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkanmengikuti bentuk wadahnya. Tetapi seperti halnya fase padat, pada fase cair, zat tidakmudah dimampatkan, dan volumenya dapat diubah hanya jika dikerjakan gaya yangsangat besar.
  3. Fase gas, zat tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi akan berkembang
    mengisi seluruh wadah.Karena fase cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yangtetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir; dengan demikian
    keduanya disebut fluida

Rumus mekanika fluida

Tekanan

Mekanika Fluida

Keterangan:
p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²)
F: Gaya (N atau dn)
A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)

Satuan:
1 Pa = 1 N/m² = 10-5 bar = 0,99 x 10-5 atm = 0,752 x 10-2 mmHg atau torr = 0,145 x 10-3 lb/in² (psi)
1 torr= 1 mmHg

Tekanan hidrostatis

Mekanika Fluida

Mekanika Fluida

Keterangan:

ph: Tekanan hidrostatis (N/m² atau dn/cm²)
h: jarak ke permukaan zat cair (m atau cm)
s: berat jenis zat cair (N/m³ atau dn/cm³)
ρ: massa jenis zat cair (kg/m³ atau g/cm³)
g: gravitasi (m/s² atau cm/s²)

Tekanan mutlak dan tekanan gauge
Tekanan gauge: selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan udara luar.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

Mekanika Fluida

Tekanan mutlak pada kedalaman zat cair

Mekanika Fluida

Keterangan:
p0: tekanan udara luar (1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 105 Pa)

Hukum Pascal
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah.

Mekanika Fluida

Keterangan:
F1: Gaya tekan pada pengisap 1
F2: Gaya tekan pada pengisap 2
A1: Luas penampang pada pengisap 1
A2: Luas penampang pada pengisap 2

Jika yang diketahui adalah besar diameternya, maka: Mekanika Fluida

Gaya apung (Hukum Archimedes)

Gaya apung adalah selisih antara berat benda di udara dengan berat benda dalam zat cair.

Mekanika Fluida

Mekanika Fluida

Keterangan:

Fa : gaya apung
Mf : massa zat cair yang dipindahkan oleh benda
g : gravitasi bumi
ρf : massa jenis zat cair
Vbf : volume benda yang tercelup dalam zat cair

Mengapung, tenggelam, dan melayang

  • Syarat benda mengapung: Mekanika Fluida
  • Syarat benda melayang: Mekanika Fluida
  • Syarat benda tenggelam: Mekanika Fluida

Penutup

Itulah penjelasan tentang materi mekanika fluida, semoga bisa membantu Anda dalam pembuatan makalah mekanika fluida maupun tugas lainnya. Terima kasih.

Gravatar Image
Jangan pernah meremehkan diri sendiri. Bila kamu tak bahagia dengan hidupmu, perbaiki apa yang salah, dan TERUSLAH MELANGKAH.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *