Mengenal Alloh lewat akal dan Ilmu

KEBENARAN DAN KEAJAIBAN ALQURAN

Pengertian Imu Fisika

Besaran dan Satuan

Vektor (1)

Gerak Parabola

Gerak melingkar

Gaya gravitasi berdasarkan Hukum Newton

Fisika dinamika gaya

Usahan dan Energi

gambaran usaha dan energi

Kesetimbangan benda tegar

Momentum linier dan tumbukan

Momentum dan Impuls

Minggu, 09 Januari 2011

Pokok bahasan Fluida

Materi Pembelajaran

1. Hukum dasar fluida statis
2. Penerapan hukum tekanan hidrostatis, pascal dan Archimedes
3. Hukum Dasar Fluida Dinamis
4. Penerapan Hukum Kontinuitas dan Asas Bernoulli
---------------------------------------



Pembahasan 1
hukum dasar fluida statis



FLUIDA STATIS

Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu.

Definisi Tekanan

Tekanan dalam mekanika benda titik unsur dinamika yang utama adalah gaya, maka dalam mekanika fluida unsur itu adalah tekanan.Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu titk pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematik tekanan P didefinisikan melalui hubungan
dF=pdA

dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida.

Rumus Tekanan

p = F/A

Ket :
P = Tekanan (Pa)
F = Gaya (N)
A = Luas Benda (m2)

Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal,penemu hukum Pascal.

1Pa = 1 Nm-2

Aplikasi

Tekanan ini biasanya diaplikasikan pada pemain seluncur es, dan pemain ski, dimana pada sepatu pemain seluncur terdapat pisau dibagian bawah yang berfungsi untuk memberikan tekanan besar pada lapisan salju dan pada pemain ski alas yang digunakan memberikan tekanan pada salju sehingga ketika seseorang meluncur maka papan seluncur tidak terbenam di dalam salju .

Tekanan Hidrostatis

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.

Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:
P = ρgh
dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.

Pemahaman tekanan Hidrostatis dengan melakukan percobaan yang menggunakan kaleng bekas tanpa tutup yang diberi lubang berbeda pada ketinggian,tetapi terletak pada satu garis vertical

Maka seluruh lubang akan memancarkan air.Tetapi,masing-masing lubang memancarkan air dengan jarak yang berbeda.Lubang paling dasarlah yang memancrakan air paling deras.
Jadi,Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam wadah selalu tertarik kebawah.Makin tinggi zat cair dalam wadah,makin besar zat cair itu,sehingga makin besar juga tekanan zat cair pada dasar wadahnya.

Tekanan Gauge

Tekanan Gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar).Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge.Adapun tekanan sesungguhnya disebut dengan tekanan mutlak.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer

P = Pgauge + Patm 

Tekanan Mutlak Pada Suatu Kedalaman Zat Cair

Tekanan hidrostatis zat cair dapat kita miripkan dengan tekanan gauge.Dengan demikian,tekanan mutlak pada kedalam h dirumuskan oleh,

P =P0 + ρgh

Ket :
P = Tekanan Hidrostatika (Pa)
P0 = Tekanan Atmosfer (0,01 x 105 Pa)
ρ = Massa jenis (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi 9,8 m/s2
h = Kedalaman (m)


Pemahaman tekanan gauge dengan melakukan percobaan yang menggunakan sebuah kaleng/wadah yang diberikan dua lubang pada sisinya kemudian diisi dengan air hingga penuh.

Pabsolut = Patmosfer + Phidrostatis
P = p atm + p gh

Air terpancar dari lubang-lubang kedua sisi kaleng.Ketika kaleng diangkat dan dipercepat keatas maka jarak pancaran air dari kedua lubang semakin jauh dengan lubang.Tapi,ketika kaleng dijatuhkan dari suatu ketinggian,jarak pancaran air dari kedua lubang menjadi dekat dengan lubang.

Alat Ukur Tekanan Dan Pengukuran Tekanan

Beberapa alat telah diciptakan untuk mengukur tekanan, diantaranya yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka, seperti diperlihatkan pada Gambar 9.5. Manometer tersebut digunakan untuk mengukur tekanan tera yang terdiri dari sebuah tabung yang berbentuk U yang berisi cairan, umumnya mercury (air raksa) atau air. 


------------------------------------
Pembahasan ke 2  
Penerapan hukum tekanan hidrostatis, pascal dan Archimedes



Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes


"Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan".

Penemu

Archimedes
 dari Syracusa (sekitar 287 SM - 212 SM) Sebagian sejarahwan matematika memandang Archimedes sebagai salah satu matematikawan terbesar sejarah, mungkin bersama-sama Newton dan Gauss.

Penurunan Rumus

Hukum Archimedes Berlaku Untuk Semua Fluida

Vbf adalah volum benda yang tercelup dalam FLUIDA

Fa = Mfg

Fa = pfVbfg

Fa = F2 – F1 karena F2 > F1
= pf gh2 A - pf gh1 A
= pf gA (h2 - h1)
= pf gAh sebab h2 - h1 = h
= pf gVbf
sebab Ah = Vbf adalah volum silinder yang tercelup dalam fluida

PERHATIKAN
pf Vbf = massa Fluida (Mf)
pf gVbf = berat Fluida yang dipindahkan benda (Mfg)

RUMUS GAYA APUNG

Fa = Mfg
Fa = pfVbfg

Secara sistematis, hukum archimedes dapat ditulis sebagai berikut :
FA = ρa Va g

FA = gaya angkat ke atas pada benda (N)
ρ a = massa jenis zat cair (kg/m3)
Va = volume zat cair yang terdesak (m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Keadaan Benda
Tiga keadaan benda di dalam zat cair :

Melayang
pb, rata-rata = pf
w = Fa

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Tenggelam
pb, rata-rata > pf
w > Fa

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Terapung

pb, rata-rata < pf
w = Fa

KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung

Aplikasi Hukum Archimedes

1) Kapal Selam
Mempunyai tangki pemberat.
Konsep gaya Apung yang berhubungan dengan berat total untuk menentukan kapal mengapung atau tenggelam.

2) Hidrometer
Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar agar dihasilkan gaya Apung.
Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis cairan dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair

Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki 3 bagian :

Tangkai tabung kaca
Bawah tabung kaca
Diameter kaca

3) Balon Udara
Volum bertambah maka bertambah volum udara yang dipindahkan.
Gaya apung bertambah besar

SAAT INGIN MENAIKKAN BALON UDARA

Saat gaya apung sudah lebih berat daripada berat total balon (berat balon dan muatan) sehingga balon mulai bergerak naik.

SAAT INGIN MENURUNKAN BALON UDARA

Saat gaya apung lebih kecil daripada berat balon, dan berat balon bergerak turun.

4) Kapal Laut
Sangat berat tetapi dapat terapung di permukaan laut
- Konsep Gaya Apung
- Konsep Massa Jenis

Badan kapal yang terbuat dari besi berongga, ini menyebabkan volum air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volum air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar . Gaya apung ini mampu mengatasi berat total sehingga kapal laut mengaoung di permukaan laut. Jadi massa jenis rata – rata besi berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut. Oleh karena itu kapal itu mengapung.

Sebuah kapal selam memiliki tangki pemberat yang terletak di antara lambung sebelah dalam sebelah luar. Tangki ini dapat diisi udara atau air. Mengatur isi tangki pemberat berarti mengatur berat total kapl. Sesuai dengan konsep gaya apung, berat total kapal selam akan menentukan apakah kapl selam mengapung atau menyelam

Kapal laut tidak akan tenggelam apabila.
Berat kapal bertambah maka gaya ke atas juga harus bertambah besar


----------------------------


Pembahasan ke 3

HUKUM BERNOULLI

Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa.

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.

Hukum Bernoulli

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
p + pgh + 1/2 pv^2 = Konstan

di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:
• Aliran bersifat tunak (steady state)
• Tidak terdapat gesekan

Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
v^2/2 + theta + w = konstan


Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( p ), energi kinetik per satuan volum (1/2 PV^2 ), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

Dalam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini. Akan tetapi kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis.
Kita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua ujungnya berbeda dimanaujung pipa 1 lebih besar dari pada ujung pipa 2.

Penerapan Hukum Bernoulli dapat kita lihat pada:

a. Tabung Venturi
Tabung Venturi adalah sebuah pipa yang memiliki bagian yang menyempit.Dua contoh tabung venturi adalah karburator mobil dan venturimeter.

1. Karburator
Karburator berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, kemudian campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan pembakaran.

2. Venturimeter
Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan.

b. Tabung Pitot
Tabung Pitot adalah alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan gas.

c. Penyemprot Parfum
Penyemprot Parfum adalah salah satu contoh Hukum Bernoulli. Ketika Anda menekan tombol ke bawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui lubang sempit diatas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan parfum.Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan udara pada bagian atas tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan memaksa cairan naik ke atas tabung. Semprotan udara berkelajuan tinggi meniup cairan parfum sehingga cairan parfum dikeluarkan sebagai semburan kabut halus.

d. Penyemprot Racun Serangga
Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap

d. Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang
Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang juga merupakan salah satu contoh Hukum Bernoulli.

Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa .

1. Berat Pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi Bumi
2. Gaya angkat yang dihasilkan oleh kedua sayap pesawat
3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh mesin pesawat
4. Gaya hambatan yang disebabkan oleh gerakan udara


------------------


Pembahasan ke 4





FLUIDA DINAMIS

Fluida Ideal
Fluida ideal adalah fluida yang tunak,tak termampatkan,tak kental dan streamline (garis arus)

Ciri-ciri umum fluida ideal

1.Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak
 
(nonsteady)
2.Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan
(incompressible)
3.Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental
(nonviscous)
4.Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streamline) atau aliran
turbulen

GARIS ARUS

Adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya. Garis arus disebut juga aliran berlapis (aliran laminar = laminar flow)

Definisi aliran turbulen

Ketika melebihi suatu kelajuan tertentu, aliran fluida menjadi turbulen. Aliran turbulen ditandai oleh adanya aliran berputar.

Persamaan Kontinuitas

Debit adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.

Debit = Volume Fluida / Selang Waktu

Q = V / t

Persamaan debit kontinuitas

Pada fluida tak termampatkan debit fluida dititik mana saja selalu konstan

Perbandingan kecepatan fluida dengan luas dan diameter penampang- kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan luas penampang yang dilaluinya.- kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari penampang atau diameter penampang.

Daya oleh debit fluida

Debit fluida yang mengalir pada ketinggian tertentu dipengaruhi oleh gravitasi dan massa jenis air.

JADI PERSAMAAN KONTINUITAS
P1A1V1 = P2A2V2
TAK TERMAMPATKAN MAKA P1 = P2 KONSTAN
A1V1 = A2V2 = A3V3………..KONSTAN
JUGA PERSAMAAN DEBIT AIR DAPAT DIKATAKAN
Q = A . V
Q1 = Q2 = Q3……….KONSTAN

PENERAPAN HUKUM KONTINUITAS

- UJUNG SELANG PEMADAM KEBAKARAN YANG BERPENAMPANG KECIL.
- MENYEMPITKAN UJUNG SELANG SAAT MENYIRAM TANAMAN.
- PIPA ALIRAN AIR PADA PLTA BERPENAMPANG KECIL SEBAGAI PENGGERAK TURBIN

PEMBAHASAN KE 5
Viskovitas Fluida 

Viskositas Fluida

Viskositas adalah ukuran hambatan aliran yang ditimbulkan fluida bila fuida tersebut mengalami tegangan geser.Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluida. Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas tinggi.
Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas A dan letaknya pada jarak y dari suatu permukaan yang tidak bergerak,dinyatakan oleh

Penurunan Rumus
 

F = η Av/y

Keterangan:
η =koefisien viskositas
Av = besar gaya f yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida
Y =letak sesuatu dari permukaan yang tidak bergerak

Satuannya kg m-1 s-1

Hukum Stokes untuk Fluida Kental

Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat.
Untuk fluida ideal,viskositas η = 0,sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh fluida.Akan tetapi,bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental,maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida pada benda tersebut.Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan oleh persamaan sebagai berikut:

Penurunan rumus hukum stokes

Ff = η A v = A η v =k η v / y y

Dengan memasukkan nilai k ini ke dalam Persamaandi atas,dapat diperoleh:

Ff = 6πηrv

Penemu hukum stokes:

Pertama kali dinyatakan oleh Sir George Stokes pada tahun 1845,sehingga persamaan ini dikenal dengan hukum stokes

Kecepatan Terminal

Pada suatu benda yang jatuh bebas dalam fluida kental,selama geraknya,pada benda tersebut bekerja tiga buah gaya, yaitu gaya berat, w = mg, gaya ke atas yang dikerjakan fluida Ff.Seperti telah dinyatakan benda akan bergerak makin cepat sampai mencapai kecepatan terminal yang konstan.Pada saat kecepatan terminal Vt tercapai,gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah seimbang.

Penurunan rumus
kecepatan terminal dalam fluida kental
VT = g Vb (P b – P f ) / 6 π η r

Untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r,volume benda V b = 4πr3

Kecepatan terminal dalam fluida kental
VT = 2 r2 g ( Pb – Pf ) / 9 η