BAB IIIMekanika FluidaMekanika fluida dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yangmempelajari sifat-sifat dan hukum-hukumyang berlaku serta perilaku fluida(cairandan gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yangmempelajari sifat-sifat danhukum-hukumyangberlaku, serta perilakucairanterutama air baik dalam keadaan diam maupun bergerak atau mengalir.Fluidaadalahsuatuzat yangmempunyai kemampuanber-ubahsecarakontinyu apabila mengalami geseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangangesersekecil apapun. alamkeadaandiamataudalamkeadaankeseimbangan,fluida tidak mampu menahan gaya geser yang bekerja padanya,dan oleh sebab itufluida mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa. GAS ! "idak mempunyai permukaan bebas, danmassanya selalu berkembangmengisi #eluruh $olume ruangan, sertadapat dimampatkan. CAIRAN! mempunyai permukaan bebas, dan massanya akan mengisi ruangansesuai dengan $olumenya, serta tidak termampatkan.DIMENSI! adalah besaran terukur me%ujudkan karakteristik suatu obyek.&. Massa( m )'. (anjang( ) )*. +aktu( t )SATUAN! adalahsuatustandar yangmengukurdimensi, yangpenggunaannyaharus konsisten menurut sistem satuan yang digunakan.Sistem Satuan Internasional #atuanMassa (kg) #atuan (anjang (m) #atuan+aktu (t) #atuan ,aya (-e%ton disingkat -) .olume (m*) /ecepatan (m0det) (ercepatan (m0det') /erja (1oule disingkat 1) "ekanan (-0m') atau (ascal (()#atuanuntukgaya yangbekerja, didalam#istemini diturunkandari hukum-e%ton 22 yaitu!dimana!F 3 gaya dalam -e%ton (-) m 3 massa dalam kilo gram (kg)a 3 percepatan dalam m0det'1F = m . aatau!#uatu gaya sebesar & -(-e%ton) mempercepat suatu massa sebesar & kg(kilogram) pada harga percepatan sebesar & m0det'.alam hal ini !1 N = 1 kgm!det" = 1 kgm!det"#elainsistem#atuan2nternasional(#2) di2ndonesiamasihbanyakyangmenggunakansistemsatuanM/#, dimana didalamsistemini kilogram(kg)digunakan sebagai satuan berat atau gaya. alam hal ini satuan massa adalah kilogram massa (kgm), sehingga (ers diatas menjadi terbentuk! dimana! , 3 gaya berat dalam kilo gram gaya (kgf)m 3 massa dalam kilo gram massa (kgm)g 3 gaya gra$itasi dalam m0det'4alam hal ini !& kgm 3 1g kgf #1 $E$ENTA%AN &'IS$(SITAS).iskositas atau kekentalan dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairanyangmenentukanbesarnyaperla%ananterhadapgayageser. .iskositas terjaditerutama karena adanya interaksiantara molekul-molekul cairan.,ambar &.& (erubahan bentuk akibat dari penerapan gaya-gaya geser tetap5pabila tegangan geser 6 3 F05dimana !2G = m . g63 "egangan geser73 .iskositas dinamiku0zo3 perubahan sudut atau kecepatan sudut dari garis 5gar berlaku umum u0zo dapat dinyatakan dalam du0dz yang disebut gradien kecepatan.Maka dalam bentuk differensial dapat dinyatakan !(ersamaan diatas disebut Hukum -e%ton dari kekentalan atau :alamsistemsatuan#2, tegangangeser dinyatakandalam-0m'dangradienkecepatan adalah dalam (m0det)0m maka satuan dari $iskositas dinamik adalah !(erbandingan antara kekentalan dinamik dan kerapatan disebut kekentalankinematik, yaitu !yang mempunyai dimensi luas tiap satuan %aktu dan satuannya adalah ! m'0det..iskositas kinematis dari cairan sangat dipengaruhi oleh temperatur, demikian pula dengan $iskositas dinamik. 8leh karena itu harga-harga $iskositas dinamik 9 dan $iskositas kinematis dalam hubungannya dengan temperaturdapat dinyatakan dalam bentuk grafik atau dalam bentuk tabel. 5dapun persamaan yang digunakan adalah suatu persamaan sederhana yaitu !imana ! 3 $iskositas kinematis (m '0det)"e3 temperatur (:o) 3Tabel Sifat-Sifat AirTabel Sifat-Sifat Air Lanjutan4Tabel Satuan Dalam SI#uatu cairan dimana $iskositas dinamiknya tidak tergantung padatemperatur, dantegangangesernyaproposional (mempunyai hubunganliniear)dengan gradien kecepatan dinamakan suatu *airan Ne+ton. (erilaku $iskositasdari cairanini adalahmenuruti Hukum-e%tonuntukkekentalanseperti yangdinyatakandalam(ers.(&.;). engandemikianmaka untukcairanini grafikhubunganantarategangangeserdangradienkecepatanmerupakangarislurusyangmelalui titikpusat salibsumbuseperti pada ,ambar /emiringangaristersebut menunjukkan besarnya $iskositas.5Gambar Perilaku viskositas cairan Cairan:airan yang perilaku $iskositasnya tidak memenuhi (ers.(&.;) dinamakan cairan -on -e%ton. :airan -on -e%ton mempunyai tiga sub grup yaitu !&. :airan dimana tegangan geser hanya tergantung pada gradien kecepatan saja, dan %alaupun hubungan antara tegangan geser dan gradien kecepatantidak linier, namun tidak tergantung pada %aktu setelah cairan menggeser.'. :airan dimana tegangan geser tidak hanya tergantung pada gradien kecepatan tetapi tergantung pula pada %aktu cairan menggeser atau pada kondisi sebelumnya.*. :airan $isco-elastis yang menunjukkan karakteristik dari zat pada elastis dan cairan $iskus.#" $ERA,ATAN CAIRAN DAN $ERA,ATAN RE%ATIF$era-atan Cairan /erapatancairan adalah suatu ukuran dari konsentrasi massa dandinyatakan dalam bentuk massa tiap satuan $olume. 8leh karena temperatur dantekananmempunyai pengaruh(%alaupunsedikit) makakerapatancairandapatdidefinisikansebagai !massatiapsatuanvolumepadasuatutemperatur dantekanan tertentu./erapatandari air padatekananstandard0tekananatmosfer (mmHg) dantemperatur ?o: adalah &>>> kg0m*.6$era-atan relati./erapatan relatif ( Sadalah suatu cairan ( specific densit! ) didefinisikansebagai perbandingan antara kerapatan dari cairan tersebut dengan kerapatan air.engan demikian harga ( S ) tersebut tidak berdimensi.+alaupun temperatur dantekananmempunyai pengaruhterhadapkerapatannamunsangat kecil sehinggauntuk keperluan praktis pengaruh tersebut diabaikan.## BERAT /ENIS DAN $EMAM,ATANBerat /enis@erat1enis(specific"ei#$t) Adari suatubendaadalahbesarnyagayagrafitasi yang bekerja pada suatu massa dari suatu satuan $olume, oleh karena ituberat jenis dapat didefinisikan sebagai! berat tiap satuan $olume.dimana!A 3 berat jenis dengans atuan -0m* untuk sistem #2 atau kgf0m* untuk sistem M/#B 3 kerapatan zat, dalam kg0m* untuk sistem #2, atau kgm (kilogram massa) untuksistem M/## 3 percepatan gra$itasi3 ;,C& m0det'$emam-atan"elahdiuraikandimukacairanmerupakanzatyangtidaktermampatkan(incompressible). -amun perlu diperhatikan bah%a cairan dapat berubah bentukkarena tegangan geser atau termampatkan oleh tekanan pada suatu $olume cairantersebut. engan demikian maka untuk kondisi-kondisi dimana terjadi perubahantiba-tiba atau perubahan besar dalam tekanan maka kemampatan cairan menjadipenting. /emampatan dinyatakan dengan harga /. Harga / untuk air pada temperatur '>o: adalah sekitar ',&C D &>; -0m'padatekananatmosferdanbertambahsecaralinier sampai sekitar ',C=D&>;-0m*pada suatu tekanan&>>> atmosfer jadi dalam kondisi pada temperatur '>o:.dimana ( adalah tekanan terukur (#a#e pressure) dalam -0m*. Entuk keperluanpraktis air dapat dipertimbangkan sebagai cairan tak termampatkan(incompressible fluid). -amun ada pengecualiannya, yaitu fenomena F"ater7$ammerG yang terjadi di dalam saluran tertutup apabila terjadi penutupan katubturbin secara tiba-tiba.dimana !% 3 modulus elastisitasdp 3 penambahan tekanand& 3 pengurangan $olume& 3 $olume a%al"anda (-) di dalam persamaan tersebut menunjukkan bah%a pertambahan tekananmengurangi $olume./arenad.0.tidakberdimensi maka! /dinyatakandalamsatuandaritekanan p atau gaya tiap satuan luas. 5pabila yang dipertimbangkan adalah satuanmassa cairan maka modulus elastisitas / dapat dinyatakan dalam persamaan !/arena B. 3 tetap dan d (B.) 3 > atau d.0. 3 -dB0B#0 TEGANGAN ,ERMU$AAN DAN $A,I%ARITASTegangan -ermukaan"egangan permukaan untuk suatu permukaan air-udara adalah >,>o:ditunjukkandi dalamtabel (&.?)danuntukair padatemperatur berbedaditunjukkandi dalamtabel(&.J).10#2 ,RINSI, ,AS$A%(rinsip (askal !! F"ekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.Gongkrak hidrolik adalah aplikasi yang penting dari (rinsip (askal1uga digunakan dalam rem hidrolik, pengangkat mobil dll./arena 5'K5&, maka F'KF&11#3 ,RINSI, ARC4IMEDESAr*5imedes6F#ebuahbendayangtenggelamseluruhnyaatausebagiandalamsuatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang samadengan berat fluida yangdipindahkan.GBenda TerendamL ,aya apung ke atas adalah ' () fluida #&bendaL ,aya gra$itasi ke ba%ah adalah "( m# ( )benda #&bendaL ,aya neto adalah '-"(()fluida-)benda#&benda

'enda akan men#apun# atau ten##elam* ber#atun# pada ara$ #a!a neto12MF 3 @ 3 ((' N (&) 5 , dengan(' 3 (& O Bgh, maka@ 3 (& O Bgh N (&) 5 3 Bfluidagh5 3 Bfluidag.@esarnya gaya apung selalu sama dengan berat fluida yang dipindahkan,ayaapungadalahsamauntukbendayangukuran,bentuk, dankerapatannyasama. ,aya apung adalah gaya yang dikerjakan oleh fluida. #ebuah bendatenggelamataumengapungbergantungpadahubunganantaragayaapungdangaya berat.Gerak FluidaAliran Streamline 5liran #treamline#etiap partikel yang mele%ati sebuah titik bergerak tepat sepanjanglintasan yang diikuti oleh partikel-partikel lain yang mele%ati titiksebelumnya di sebut juga aliran laminar #treamline adalah lintasan streamline yang berbeda tidak saling memotongstreamline pada suatu titik menyatakan juga arah aliran fluida pada titiktersebut.Aliran Tur7ulen 5liran menjadi tak tentu "idak mencapai sebuah nilai kecepatan tertentu. Muncul keadaan yang menyebabkan perubahan kecepatan secara tiba-tiba 5rus Pddy (arus pusar) merupakan sifat dari aliran turbulen.'iskositas .iskositas adalah kadar gesekan internal dalam fluida.13B 3 B.luida'g 3 +.luida,esekan internal diasosiasikan dengan resistansi (hambatan) antara dua lapisan fluida yang bergerak relatif satu terhadap yang lain.Si.at Fluida Ideal Non8iskos"idak ada gesekan internal antar lapisan dalam fluida In*om-ressi7le/erapatannya konstan Stead9/ecepatan, kerapatan dan tekanan tidak berubah terhadap %aktu Bergerak tan-a adan9a tur7ulen"idak ada arus eddy yang muncul.,ersamaan $ontinuitas5&$& 3 5'$' (erkalian antara luas penampang pipa dengan laju fluida adalah konstan. )aju fluida tinggi ketika fluida di pipa yang luas penampangnya sempit dan laju fluida rendah ketika fluida di tempat yang luas penampangnya besar 5$ dinamakan laju alir.,ersamaan Bernoulli Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan ketinggian. (ersamaan @ernoulli adalah konsekuensi dari kekekalan energi yangdiaplikasikan pada fluida ideal. 5sumsinya fluid incompressible, non$iskos, dan mengalir tanpa turbulen. Menyatakan bah%a jumlah tekanan, energi kinetik per satuan $olume, danenergi potensial per satuan$olume mempunyai nilai yangsama padasemua titik sepanjang streamline.14Bagaimana mengukur la:u aliran .luida6 'enturi Meter Menunjukan aliran fluida yang melalui pipa horisontal. )aju aliran fluida berubah jika diametrnya berubah. Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat.15