04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

14
Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-1 of 14 1. PENGERTIAN DASAR 1.1. PENGERTIAN FLUIDA Fluida adalah benda yang tidak memberi perlawanan terhadap perubahan bentuk geometris. Supaya bentuknya tetap fluida harus dibatasi dengan “dinding” kedap. Bila dinding ini diubah maka bentuk geometri fluida akan berubah menyesuaikan diri. Ketidak mampuan fluida mempertahankan bentuk geometrisnya disebabkan oleh lemahnya gaya kohesi antar molekul. Bedasarkan kohesinya fluida dibagi menjadi benda gas dan benda cair (liquid). Benda cair didefinisikan sebagai (Potter et.al, 2013): State of matter in which the molecules are relatively free to change their positions with respect to each other but restricticted by cohesive forces so as to maintain a relatively fixed volume Sedangkan benda gas (Potter et.al, 2013): State of matter in which the molecules are practically unrestricted by cohesive forces so that a gas has neither definite shape nor volume. Perbedaan besarnya gaya kohesi antara benda gas dan cair dapat digambarkan sebagai berikut; untuk memampatkan 20 gram molekul gas uap air kedalam sebuah ruangan bervolume 20 cm 3 diperlukan tekanan sebesar 1340 atmosphere. Jadi didalam benda cair gaya kohesinya juga kurang lebih sebesar 1340 atm, karena gaya kohesi inilah yang mempersatukan dan mengumpulkan ke 20 gram molekul air kedalam sebuah ruangan bervolume 20 cm 3 . Perbedaan antara benda padat dan cairan ialah: 1. Pada batas elastisitas tertentu, perubahan benda padat sedemikian rupa sehingga regangan (strain) berbanding lurus dengan tegangan (stress) 2. Regangan pada benda padat tidak tergantung dari waktu lamanya gaya bekerja dan apabila batas elastis dari benda padat itu tidak dilampaui, bila gaya itu tidak bekerja lagi, perubahan bentuk pun menghilang dan kembali kebentuk semula, sedangkan pada zat cair akan terus berlangsung perubahan bentuknya selama gaya bekerja dan tidak kembali ke keadaan bentuk semula bila gaya tersebut tidak bekerja lagi. Mekanika Fluida adalah bagian daripada mekanika terapan (Applied Mechanics) yang mempelajari statika dan dinamika dari cairan dan gas. Diktat ini akan difokuskan terutama pada perilaku zat cair yang meliputi : sifat-sifat zat cair, statika zat cair, keseimbangan relatif, kinematika zat cair, dinamika zat cair. Pengetahuan ini diperlukan untuk memahami ilmu Hidrolika (hydraulics) yang merupakan terapan dari mekanika fluida untuk merekayasa aliran dalam pipa, aliran dalam jaringan pipa, pengukuran aliran dan dasar aliran seragam pada saluran terbuka dan lain sebagainya.

description

buku pak herr

Transcript of 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Page 1: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-1 of 14

1. PENGERTIAN DASAR

1.1. PENGERTIAN FLUIDA

Fluida adalah benda yang tidak memberi perlawanan terhadap perubahan bentuk

geometris. Supaya bentuknya tetap fluida harus dibatasi dengan “dinding” kedap. Bila

dinding ini diubah maka bentuk geometri fluida akan berubah menyesuaikan diri. Ketidak

mampuan fluida mempertahankan bentuk geometrisnya disebabkan oleh lemahnya gaya

kohesi antar molekul.

Bedasarkan kohesinya fluida dibagi menjadi benda gas dan benda cair (liquid). Benda

cair didefinisikan sebagai (Potter et.al, 2013):

State of matter in which the molecules are relatively free to change their

positions with respect to each other but restricticted by cohesive forces so as

to maintain a relatively fixed volume

Sedangkan benda gas (Potter et.al, 2013):

State of matter in which the molecules are practically unrestricted by cohesive

forces so that a gas has neither definite shape nor volume.

Perbedaan besarnya gaya kohesi antara benda gas dan cair dapat digambarkan sebagai

berikut; untuk memampatkan 20 gram molekul gas uap air kedalam sebuah ruangan

bervolume 20 cm3 diperlukan tekanan sebesar 1340 atmosphere. Jadi didalam benda cair

gaya kohesinya juga kurang lebih sebesar 1340 atm, karena gaya kohesi inilah yang

mempersatukan dan mengumpulkan ke 20 gram molekul air kedalam sebuah ruangan

bervolume 20 cm3.

Perbedaan antara benda padat dan cairan ialah:

1. Pada batas elastisitas tertentu, perubahan benda padat sedemikian rupa sehingga regangan (strain)

berbanding lurus dengan tegangan (stress)

2. Regangan pada benda padat tidak tergantung dari waktu lamanya gaya bekerja dan apabila batas elastis

dari benda padat itu tidak dilampaui, bila gaya itu tidak bekerja lagi, perubahan bentuk pun

menghilang dan kembali kebentuk semula, sedangkan pada zat cair akan terus berlangsung perubahan

bentuknya selama gaya bekerja dan tidak kembali ke keadaan bentuk semula bila gaya tersebut tidak

bekerja lagi.

Mekanika Fluida adalah bagian daripada mekanika terapan (Applied Mechanics) yang

mempelajari statika dan dinamika dari cairan dan gas. Diktat ini akan difokuskan

terutama pada perilaku zat cair yang meliputi : sifat-sifat zat cair, statika zat cair,

keseimbangan relatif, kinematika zat cair, dinamika zat cair. Pengetahuan ini diperlukan

untuk memahami ilmu Hidrolika (hydraulics) yang merupakan terapan dari mekanika

fluida untuk merekayasa aliran dalam pipa, aliran dalam jaringan pipa, pengukuran aliran

dan dasar aliran seragam pada saluran terbuka dan lain sebagainya.

Page 2: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-2 of 14

1.2. PENGETAHUAN DASAR MATEMATIKA DAN FISIKA DASAR YANG TERKAIT

1.2.1. Interpretasi Fisik Diferensial.

Bila suatu variabel p merupakan fungsi dari variabel x sehingga p=f(x), maka bentuk

diferensial atau turunannya secara matematis didefinisikan sebagai

x

xpxxp

xdx

dp

)()(

0lim

Dengan mensubstitusikan )()( xpxxpp , maka definisi ini juga akan dituliskan

secara lebih singkat sebagai

x

p

xdx

dp

0lim

Bila p dipandang sebagai sisi tegak dari segi tiga ABC (Gambar 1-1) dan x sebagai

sisi mendatarnya, maka bentuk xp / adalah juga tangen sudut ABC. Jadi, interpretasi

geometris dari dp/dx adalah besarnya harga diferensial atau turunan di suatu titik

merepresentasikan besarnya kemiringan kurva di titik tersebut.

Perlu ditekankan bahwa, penulisan dp/dx secara implisit menyatakan bahwa p=f(x) yang

artinya; bila x dirubah maka p akan turut berubah, dan perubahan p tidak dipengaruhi

variabel apapun selain variabel x. Apabila p bukan hanya merupakan fungsi x saja, tetapi

juga fungsi variabel y misalnya sehingga p=f(x,y), maka penulisan dp/dx tidak memiliki

arti apapun. Untuk kasus ini bentuk turunan hanya dapat dituliskan sebagai

dyy

pdx

x

pdp

[1-1]

dimana x

yxpyxxp

xx

p

),(),(

0lim

dan y

yxpyyxp

yy

p

),(),(

0lim

Disini terlihat bahwa turunan parsial (parsial dalam pengertian “only a part of it”) p/x

adalah kemiringan bidang f(x,y) pada arah sumbu x dan p/y pada arah sumbu y.

Interpretasi geometris dari persamaan [1-1] dapat dilihat pada Gambar 1-2. Disini terlihat

bahwa dp adalah beda p di titik (x+x, y+y) dengan p di (x,y) atau

dp= p(x+x, y+y) - p(x,y).

yang dapat dipecah menjadi

),(),(

),(),(

yxpyyxp

yyxpyyxxpdp

[1-2]

Sementara

Page 3: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-3 of 14

),(),( yyxpyyxxpdxx

p

[1-3a]

dan ),(),( yxpyyxpdyy

p

[1-3b]

sehingga jelas bahwa (p/x)dx adalah laju perubahan p pada arah x sepanjang dx yang

tentunya juga adalah beda p di titik (x+x, y+y) dengan p di (x, y+y). Untuk

(p/y)dy interpretasinya analog.

Contoh pemakaian notasi ini adalah sebagai berikut. Bila tekanan p berubah-ubah

menurut ruang dan waktu sehingga p(x, y, z, t), dan tekanan dititik A pada saat t adalah

pA, maka tekanan di titik A setelah selang waktu sebesar dt umumnya dituliskan sebagai

dtt

pp

A .

Seiring dengan pengertian ini, bila tekanan di A adalah pA, maka pada saat yang sama,

tekanan di titik B yang letaknya sejauh dx dari A (sedangkan koordinat y dan z -nya

sama) dapat dituliskan secara umum sebagai

dxx

ppp

AB .

1.2.2. Interpretasi Fisik Integral.

Secara definisi, bila p=f(x), integral dituliskan sebagai;

i

i xxpx

dxp )(0

lim

yang secara geometrisnya integral ini diinterpretasikaan sebagai total luas dari luas

keping-keping p(xi) x. Penting diperhatikan disini bahwa bila dituliskan dxp , maka p

paling tidak adalah fungsi x.

Penulisan

Sys

dxp )( atau

CV

dxp )( itu, dimana notasi Sys melambangkan seluruh

volume sistem dan CV melambangkan seluruh ruang yang ditetapkan sebagai control

volume serta dengan anggapan bila volume dzdydxd , artinya akan sama dengan

CV

dzdydxzyxpdzyxp ),,(),,(

Demikian juga bila luas dydxdA , maka

dydxxpdAxp

SCVA

)()(

Page 4: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-4 of 14

1.2.3. Vektor dan Operasi vektor.

Variable yang melambangkan suatu besaran vektor akan dicetak tebal, sedangkan

variable skalar dicetak miring, sehingga vektor a dituliskan sebagai:

a i j k a a a1 2 3

dimana a1, a2, a3 adalah besar (magnitude) unit vektor a pada sumbu x, y, dan z.

Sedangkan panjang vektor akan dituliskan sebagai a dimana:

a a a a1

2

2

2

3

2

Properti aljabar dari besaran vektor adalah aturan matematis yang berkaitan dengan

operasi penambahan serta pengalian besaran-besaran vektor, baik operasi yang

mempengaruhi besar (value) maupun arah dari vektor yang dihasilkan. Materi aljabar

vektor dapat dibaca pada pelajaran Aljabar Linier untuk tingkat Sekolah Menengah

maupun semester awal Strata 1 dan tidak akan diulang kembali.

Beberapa kaidah dasar aljabar vektor yang penting adalah sebagai berikut:

1. Penjumlahan

a b i j k

a b b a

a b c a c b

a 0 a

a a 0

a b a b a b1 1 2 2 3 3

( )

2. Perkalian

a. Perkalian antara skalar dengan vektor

c c a c a c a

c d c d

cd c d d c

a i j k

a a a

a a a

a a

a

1 2 3

1

0 0

( ) ( )

b. Perkalian skalar (inner product atau dot product) antar vektor

a b

a b a b

a a a

a b b a

a b c a b c

a b c a b a c

0 a 0

a b a b a b1 1 2 2 2 2

2

cos

( )

Page 5: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-5 of 14

c. Perkalian vektor (vector product atau cross product) antar vektor

kji

kji

ba21

21

31

31

32

32

321

321 bb

aa

bb

aa

bb

aa

bbb

aaa

a b b a

a b a b a b

a b c a c b c

c a b c a c b

a b c a b c

a b a b

a b a b a b

c c c

sin

2 2 2

1.2.4. Konsep Continuum Mechanic.

Rumusan besaran-besaran fisika pada tingkat pengenalan di sekolah menengah umumnya

disajikan dalam bentuk yang telah disederhanakan. Meskipun hal ini akan mengurangi

akurasi tetapi dianggap perlu dilakukan untuk memudahkan penjelasan dalam penyajian

materi. Sebagai contoh massa jenis (specific density) dirumuskan dalam bentuk

besarnya masa (m) per satu unit volume () sehingga:

m

Disini tidak dipermasalahkan besarnya yang boleh dipakai. Padahal apabila benda yang

dipermasalahkan tidak murni homogen, maka pengambilan yang berbeda akan

menghasilkan yang berbeda pula. Dengan demikian perumusan yang lebih akurat

adalah

m

0lim

atau

d

dm

Meskipun bentuk perumusan ini lebih akurat, tetapi bila diterapkan pada tingkat kajian

makroskopis (dan bukan pada tingkat mikroskopis) sebagaimana layaknya ilmu-ilmu

praktis lainnya, masih akan mengandung kontradiksi. Bila diambil sekecil mungkin

untuk memenuhi syarat limit, maka volume yang kecil ini mungkin hanya akan

mencakup satu atom dari benda tersebut atau hanya melulu terdiri dari rongga pori.

Selanjutnya besarnya massa m dari (1) atom ini, (2) udara dalam rongga pori, dan (3)

benda yang bersangkutan tentunya akan berbeda-beda. Dengan demikian bila sangat

kecil maka fungsi hubungan m=f() tidak lagi kontinyu (kurvanya akan banyak

Page 6: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-6 of 14

mengandung discontinuity, lihat Gambar 1-2). Sementara pada titik dimana terjadi

discontinuity, harga turunan tidak akan terdefinisi.

Berangkat dari kenyataan ini, konsep continuum mechanic melakukan pembatasan

sedemikian rupa sehingga limit dibatasi pada rentang dimana fungsi-fungsi kurva besaran

fisika tidak mengandung discontinuity.

1.2.5. Gerak Translasi.

Bila s adalah vektor yang titik tangkapnya terletak pada origin O(0,0) dan mata panahnya

menunjukkan letak materi pada waktu t, maka kecepatan v didefinisikan sebagai

perubahan s menurut t, sehingga;

vs s s

( )( ) lim ( ) ( )

td t

dt t

t t t

t

0

Hubungan ini umumnya disajikan dalam bentuk integralnya

d t t dt t t dts v s v( ) ( ) ( ) ( )

Dalam rumusan ini telah disubstitusikan kenyataan bahwa s=0 pada t=0. Percepatan a

didefinisikan sebagai

av v v

( )( ) lim ( ) ( )

td t

dt t

t t t

t

0

Persamaan inipun umumnya disajikan dalam bentuk integralnya dengan mengasumsikan

a sebagai besaran vektor yang tidak berubah menurut waktu, sehingga

d t dt

t dt

t t

t t

t

t

t

t

v a

v a

v v a

v v a

( )

( )

( )

( )

0

0 0

0

Bila persamaan terakhir disubstitusikan kedalam persamaan s akan didapatkan

s v a

v a

v a

( )t t dt

dt t dt

t t

0

0

01

22

Kenyataan akan terjadinya penjumlahan vektor dan perkalian skalar pada rumusan ini

dapat diteliti pada contoh beikut ini.

Contoh 1: Sebuah bola dilontarkan dengan kecepatan 30 m/dt kearah z, 20 m/dt kearah

x. Angin berhembus pada arah y dengan kecepatan 1 m/dt. Bila bola

Page 7: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-7 of 14

mengalami percepatan oleh angin sebesar 2 m/dt2

dan oleh gravitasi sebesar

10 m/dt2, dimana letak bola pada t=4 dt ?.

Jawab: Kecepatan awal yang dialami bola adalah v0= 20i + 1j + 30k, sedangkan

percepatannya adalah a= 0i + 2j - 10k, dengan demikian;

s = 4 (20i + 1j + 30k) + 0.5 (0i + 2j - 10k) 42

= (80i + 4j + 120k) + (80i + 16j - 80k)

= (160i + 20j + 40k)

Bila posisi ini dituliskan menurut koordinat kartesian, letak bola adalah di

titik (160, 20, 40)

Apabila a adalah vektor yang berubah menurut waktu maka rumusan diatas tidak berlaku.

Apabila v(x,y,z,t) maka

dtt

dzz

dyy

dxx

d

vvvvv

sehingga percepatan

tzyx

dt

dt

tdt

dz

zdt

dy

ydt

dx

x

dt

tdt

zyx

vv

vv

vv

v

vvvv

va

)()(

bila a dinyatakan dalam a = ax i + ay j – az k, maka

tzyx

tzyx

tzyx

zz

zy

zx

zz

y

z

y

y

y

x

y

y

xz

xy

xx

xx

vv

vv

vv

va

vv

vv

vv

va

vv

vv

vv

va

1.2.5. Gaya dan Momentum.

Momentum M adalah besaran fisika yang terjadi bila suatu benda dengan massa m

bergerak dengan kecepatan v yang didefinisikan sebagai:

M v( ) ( )t m t

Perhatikan bahwa, M adalah hasil kali antara besaran skalar m dengan besaran vektor v,

dengan demikian M adalah besaran vektor. Meskipun m umumnya dianggap konstan

terhadap waktu, tetapi karena v tergantung dari t, akibatnya M juga tergantung dari t.

Gaya F (force) didefinisikan sebagai perubahan momentum menurut waktu, yang

dinyatakan secara matematis sebagai;

Page 8: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-8 of 14

FM M M

( )( ) lim ( ) ( )

td t

dt t

t t t

t

0

Dari definisi ini terlihat bahwa, karena F adalah perkalian besaran vektor M dengan

besaran skalar (inverse dari t) maka jelas bahwa F adalah besaran vektor. Dari definisi ini

pula dapat diturunkan hukum Newton II;

FM

V

V

a

( )( )

( )

( )

td t

dt

d m t

dt

md t

dt

m

Contoh 1: Berapa besar gaya yang dialami suatu benda dengan m=100 N bila

mengalami percepatan sebesar 30 m/dt2 kearah z, 20 m/dt

2 kearah x didalam

medan gravitasi bumi ?.

Jawab: percepatan yang dialami benda tersebut adalah a= 20i + 30j - 10k, dengan

demikian;

F = 100 (20i + 30j - 10k)

= 2000i + 3000j - 1000k) N

yang bila dituliskan dalam bentuk komponennya menjadi Fx=2000 N,

Fy=3000 N, dan Fz=-1000 N. Besarnya (magnitude) dari resultan gaya ini

adalah F 2000 3000 10002 2 2( )

1.2.6. Kerja, Energi Kinetis dan Potensial.

Besarnya kerja W adalah total perkalian antara gaya F dengan jarak tempuh ds, sehingga

sF dW

Meskipun baik F maupun s adalah besaran vektor, tetapi W adalah besaran skalar. Bila F

konstan sepanjang ds, maka integral dari perkalian skalar diatas dapat ditulis sebagai

cossFW

Didalam keseharian, perumusan terakhir kerja W ini dikemukakan sebagai hasil kali s

dengan komponen F yang sejajar s.

Kenyataan bahwa kerja adalah bentuk lain dari energi dapat dilihat dari ilustrasi berikut

ini. Untuk tidak menambah kerumitan, tinjauan akan dilakukan untuk situasi dimana F

sejajar s. Karena maF dan 2

21 atvts , maka

Page 9: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-9 of 14

2

21

2

21

2

21

2

21

mv

vmvvm

tamtavm

tatvam

dsFW

Disini terlihat bahwa kerja dapat dikonversikan menjadi energi kinetis ( 2

21 mv ).

Selanjutnya, bila gaya yang memindahkan suatu benda kearah vertikal sejauh h adalah

gaya akibat percepatan gravitasi, maka kerja yang ditimbukan adalah:

hgm

dsFW

Jadi kerja yang dihasilkan akan sama dengan besarnya energi potensial yang dilepaskan.

Hukum termodinamika I, menyatakan bahwa energy persatuan massa suatu materi dapat

diubah menjadi kerja W dan/atau panas Q, sehingga

E =W -Q

Dalam sistem dimana pertukaran panas tidak terjadi, atau cukup kecil sehingga dapat

diabaikan (Q=0), maka

E =W

Disini energy E adalah semua kandungan potensi kerja dari suatu materi persatuan massa,

sehingga

E =1

2mv2 +mgh +mu

disini ditambahkan suku energy lain (�̅�) selain energy kinetis dan potensial, seperti

energy nuklir, osmosis, difusif dll. Bila energy ditulis sebagai properti intensif (per satuan

massa) materi tersebut, maka

E =1

2v2 + gh + u

1.2.7. Tekanan.

Secara umum tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya persatuan luas sehingga secara

matematik dituliskan sebagai:

AA

p

F

0

lim

Page 10: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-10 of 14

Tekanan dalam pengertian istilah stress () adalah tekanan yang diakibatkan oleh

komponen gaya F pada arah normal, sedangakn shear () adalah yang diakibatkan oleh

komponen tangensialnya. Dengan demikian;

A

n

A

F

0

lim

A

s

A

F

0

lim

Dimana n

dan s

masing-masing adalah unit vektor pada arah normal dan tangensial

terhadap permukaan benda dimana gaya F bekerja.

Untuk kasus tekanan benda gas, gaya F adalah gaya yang ditimbulkan oleh benturan

molekul-molekul gas tersebut pada permukaan dimana tekanan tersebut diukur. Tekanan

gas akan naik dan turun selaras dengan bertambah atau berkurangnya jumlah molekul gas

yang terdapat di dalam ruang termaksud. Dengan demikian, secara definisi, tekanan gas

dalam suatu wadah adalah sama dengan nol, p = 0, bila wadah tersebut tertutup rapat dan

tidak mengandung molekul gas sebutirpun. Definisi ini dipakai sebagai dasar untuk

pengukuran tekanan absolut (pabsolut).

Gambar berikut memperlihatkan perbedaan antara tekanan pada dasar bejana bila berisi

air dan berisi gas. Bila berisi air, maka F yang bekerja pada bidang dasar adalah berat air

WAIR, sehingga

p =WAIR

A=grAIR"

A=grAIRhAIRA

A= grAIRhAIR

Bila berisi udara dilain pihak

rGASRT

dimana R adalah konstanta gas yang menggambarkan besarnya tekanan oleh energy

tolak-menolak antar molekul untuk tiap satu satuan 𝜌 pada temperatur T tertentu. Jadi

jelas bahwa tekanan fluida pada fase cair, dimana antar molekul terjadi gaya kohesi yang

bersifat tarik-menarik, maka tekanan melulu didominasi oleh gaya akibat gravitasi (berat

air adalah gaya akibat gravitasi yang bekerja pada molekul-molekul air). Dalam kasus

fluida ada pada fase gas, maka antar molekul tidak terjadi gaya “kohesi” tarik-menarik,

melainkan saling tolak menolak. Karena saling tolak, kerapatan massa molekul-molekul

gas menghasilkan pengaruh gravitasi 𝜌𝑔 yang sangat kecil, dibandingkan dengan gaya

yang ditimbulkan akibat energy tolak-menolak antar molekul.

Page 11: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-11 of 14

(a) (b)

Gambar: Perbandingan tekanan pada titik-titik di dasar (a) bejana yang berisi air dan

(b) bejana yang berisi gas

Perlu dicatat bahwa pengukuran berdasarkan pendekatan ini sangat sulit untuk dipakai

dalam penerapan praktis dilapangan, karena sulitnya menciptakan refernsi untuk

mengkalibrasi pabsolut = 0. Berangkat dari kendala ini, untuk keperluan praktis,

disepakatilah suatu cara pengukuran yang lain, yang memakai berapapun besarnya

tekanan absolut udara diatas permukaan laut, sebagai titik skala dimana p = 0, dan

tekanan absolut di titik ini disebut sebagai tekanan atmosperik (atmospheric pressure,

pabsolut = patmosperik). Tekanan yang diukur dengan cara ini disebut sebagai tekanan relatif.

Dalam buku ini, notasi p selalu digunakan untuk merujuk tekanan relatif. Besarnya

tekanan absolut dititik patmosperik yang dipakai sebagai p = 0, yang dipakai sebagai acuan

baku resmi dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel : Tekanan pabsolut dimana patmosperik dan tekanan relatif p=0

Besar pabsolut Satuan

101.3 kPa 14.7 psi

2117 psf

30.0 in. Hg

760 mm Hg

34 ft H2O

1.013 bar

Dalam kenyataan keseharian, dengan alasan agar praktis, setiap tekanan udara dalam

ruang bebas akan dianggap sebagai tekanan atmospherik dimana tekanan relatuf dianggap

sama dengan nol, tanpa memperhatikan berapa sebenarnya tekanan absolut ditempat

tersebut.

Sketsa berikut memberi gambaran bahwa tekanan pabsolut akan selalu lebih besar dari nol,

sementara tekanan di suatu titik A dinyatakan sebagai tekanan akan negatif

pA<0 bila pabsolut-A< patmosperik

dan tekanan akan positif

Page 12: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-12 of 14

pA>0 bila pabsolut-A> patmosperik.

Gambar: Perbandingan skala tekanan absolut dan skala tekanan relatif

1.3. PROPERTI FLUIDA

1.3.1. Massa Jenis dan Berat Jenis

Berdasarkan penjelasan yang dibahas pada konsep continuum mechanic, massa jenis (ρ)

merupakan besarnya masa (m) per satu unit volume (). Properti fluida yang berkaitan

langsung dengan massa adalah berat jenis (γ) yang didefinisikan sebagai berikut

g

dimana, massa jenis ρ (kg/m3), berat jenis γ (N/m

3), percepatan gravitasi g (m/s

2). Untuk

properti fluida air, digunakan γ sebesar 9800 N/m3 dan ρ sebesar 1000 kg/m

3. Specific

gravity S merupakan rasio massa jenis substansi terhadap air pada suhu 4°C dan sering

digunakan untuk menentukan berat jenis atau massa jenis suatu fluida.

AirAir

S

pabsolut = 0

pabsolut > 0

patmosperikp = 0

p > 0

p < 0

Skal

a te

kan

an

abso

lut

Skal

a te

kan

an r

elat

if

p = +3mmH2O

p = -3mmH2O

Page 13: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-13 of 14

1.3.2. Viskositas

Viskositas 𝜇 merupakan rasio antara tegangan geser (shear stress, 𝜏) yang terjadi, apabila

molekul-molekul fluida yang berdampingan sejauh 𝑑𝑦 bergerak dengan beda kecepatan

𝑑𝑉.

Gambar: Besaran dV dan dy pada profil sebaran

kecepatan V menurut kedalaman air y di

saluran terbuka

Untuk fluida pada fase cair, 𝜏 ini timbul karena “lengketan” antar molekul akbibat adanya

gaya kohesi. Bila beda kecepatan dV semakin besar, maka 𝜏 juga akan meninggi. Dengan

demikian, maka secara matematik, besarnya 𝜇 merupakan sudut kemiringan garis yang

dibentuk oleh besarnya 𝜏 oleh berbagai harga 𝑑𝑉𝑑𝑦

, sehinga

dydv /

Grafik pada gambar berikut menggambarkan hal ini.

Gambar: hubungan viskoitas 𝜇 dengan 𝜏 dan 𝑑𝑉

𝑑𝑦

untuk fuida Newtonian.

Grafik pada gambar diatas memperlihatkan bahwa harga 𝜇 akan konstan apabila

hubungan 𝜏 dengan 𝑑𝑉𝑑𝑦

membentuk garis lurus. Fluida yang bersifat seperti ini disebut

V

y

dV

dy

m =tdVdy

t

t

dV

dy

dV

dy

Page 14: 04 Buku Ajar Volume 1 Bab 1 Herr 150804

Bab 1 Buku Ajar Volume 1 I-14 of 14

sebagai fluida Newtonian. Bila garis tersebut membentuk lengkung, makadisebut sebagai

fluida non-Newtonian. Kenaikan suhu akan menurunkan viskositas cairan namun tidak

dipengaruhi oleh perubahan tekanan. Sebaliknya pada gas, kenaikan suhu akan

meningkatkan viskositas gas.

1.3.3. Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus dalam satuan

panjang pada permukaan zat cair. Penyebab utama tegangan permukaan adalah akibat

adanya gaya tarik menarik antar molekul dari fluida yang dinyatakan dalam N/m. Untuk

tetesan air, dapat didefinisikan sebagai berikut,

RRp 22

Rp

2

dan pada gelembung air memiliki tegangan permukaan dua kali lipat.

1.3.4. Tekanan Uap

Tekanan uap merupakan tekanan yang dihasilkan oleh molekul gas. Tekanan uap air pada

kondisi standar absolut (15°C; 101,3 kPa) adalah 1,7 kPa dan untuk amoniak adalah 33,8

kPa.Tekanan uap sangat bergantung pada tekanan dan temperatur, sehingga akan

meningkat secara signifikan di saat terjadi kenaikan temperatur.