BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Hukum Bernoulli

3.1.1 Sejarah Penemu Hukum Bernoulli

Asas Bernoulli dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli (1700±1782). Daniel Bernoulli lahir di Groningen, Belanda pada tangga l8 Februari 1700 dalam sebuah keluarga yang hebat dalam bidang matematika. Dia dikatakan memiliki hubungan buruk dengan ayahnya yaitu Johann Bernoulli, setelah keduanya bersaing untuk juara pertama dalam kontes ilmiah di Universitas Paris. Johann, tidak mampu menanggung malu harus bersaing dengan anaknya sendiri.

Gambar 1.1 Daniel Bernoulli

Johan Bernoulli juga menjiplak beberapa ide kunci dari buku Daniel, Hydrodynamica dalam bukunya yang berjudul Hydraulica yang diterbitkan lebih dahulu dari buku Hydrodynamica. Dalam kertas kerjanya yang berjudul Hydrodynamica, Bernoulli menunjukkan bahwa begitu kecepatan aliran fluida meningkat maka tekanannya justru menurun. Pada saat usia sekolah, ayahnya, Johann Bernoulli, mendorong dia untuk belajar bisnis. Namun, Daniel menolak, karena dia ingin belajar matematika. Ia kemudian menyerah pada keinginan ayahnya dan bisnis dipelajarinya. Ayahnya kemudian memintanya untuk belajar dikedokteran, dan Daniel setuju dengan syarat bahwa ayahnya akan mengajarinya matematika secara pribadi.

Karir Daniel Daniel belajar kedokteran di Basel, Heidelberg, dan Strasbourg, dan memperoleh PhD anatomi dan botani pada tahun 1721. Ia pergi ke St Petersburg pada tahun 1724 sebagai guru besar matematika, pada tahun 1733 ia menderita suatu penyakit yang membuatnyavmeninggalkan St Petersburg. Dia kembali ke Universitas Basel, di sana ia berturut-turut

6

menempati posisi dalam kedokteran, metafisika, dan filosofi alam sampai kematiannya. Pada bulan Mei, 1750 ia terpilih sebagai Fellow of the Royal Society .

MatematikaHal yang dikerjakan oleh Daniel Bernoulli dalam Matematika adalah Exercitationes (LatihanMatematika), yang diterbitkan pada tahun 1724 dengan bantuan Goldbach. Dua tahun kemudian ia menunjukkan untuk pertama kalinya keinginan menyelesaikan gerakan senyawa menjadi gerakan translasi dan gerak rotasi. Karyanya awalnya Hydrodynamica, diterbitkan pada tahun 1738.

Gambar 1.2 Halaman Depan Hydrodynamica

menyerupai Joseph Louis Lagrange dalam Mécanique analytique yang diatur sedemikian rupa sehingga semua hasil merupakan konsekuensi dari prinsip tunggal, yaitu konservasi energi. Bernoulli juga menulis sejumlah besar makalah tentang berbagai pertanyaan mekanis, terutama pada masalah yang berhubungan dengan string bergetar, dan solusi yang diberikan oleh Brook Taylor dan Jean le Rond d'Alembert.Bersama Euler, Bernoulli mencoba untuk menemukan lebih banyak tentang aliran cairan. Secara khusus, mereka ingin tahu tentang hubungan antara kecepatan arus darah dan tekanannya.

StatistikPada tahun 1738 Daniel Bernoulli menulis Spesimen theoriae novae de mensura sortis (Eksposisi Teori Baru pada resiko Pengukuran), St Peters burg paradoks adalah dasar dari teori ekonomi penghindaran risiko, premi risiko dan utilitas. Salah satu upaya awal untuk menganalisis masalah statistik yang melibatkan data tersensor adalah tahun 1766 analisis Bernoulli dari cacar morbiditas dan mortalitas data untuk menunjukkan kemanjuran vaksinasi.

7

FisikaDalam Hydrodynamica (1738) ia meletakkan dasar bagi teori kinetik gas, dan menerapkan ide untuk menjelaskan hukum Boyle. Dia bekerja dengan Euler pada elastisitas dan pengembangan persamaan balok Euler-Bernoulli. Prinsip Bernoulli digunakan dalam aerodinamika.

3.1.2 Pengertian Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli menjelaskan tentang konsep dasar aliran fluida (zat cair dan gas) bahwa peningkatan kecepatan pada suatu aliran zat cair atau gas, akan mengakibatkan penurunan tekanan pada zat cair atau gas tersebut. Artinya, akan terdapat penurunan energi potensial pada aliran fluida 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. Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa.

Hukum Bernoulli berbunyi, “jumlah dari tekanan, energi kinetik persatuan

volume, dan energi potensial persatuan volume mempunyai nilai yang sama pada

setiap titik sepanjang suatu garis arus.”

3.1.3 Prinsip Hukum 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.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 compressibleflow.

3.1.4 Jenis-jenis Aliran Bernoulli

1. Aliran Tak-termampatkan Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang

8

aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll.

Gambar 1.3 Air

Gambar 1.4 Minyak

Gambar 1.5 Emulsi

Emulsi ialah satu campuran yang terdiri daripada dua bahan tak boleh

campur (tak boleh bersebati), dengan satu bahan (fasa tersebar) tersebar di

dalam fasa yang lain (fasa selanjar). Contoh-contoh emulsi

termasuk mentega dan marjerin,mayones, belah filem stock yang fotopeka,

serta bendalir pemotong untuk kerja logam. Bagi mentega dan marjerin,

suatu fasa lipid yang selanjar mengelilingi titisan air (emulsi air dalam

minyak). Pengemulsian adalah proses yang menyediakan emulsi.

Emulsi-emulsi cenderung mempunyai wajah yang keruh kerana antara muka

fasa(sempadan antara fasa-fasa dipanggil "antara muka") yang banyak

akanmenyerakkan cahaya yang merentasi emulsi. Emulsi adalah tidak stabil

dan oleh itu, tidak dibentuk secara spontan. Pemasukan tenaga melalui

menggoncang atau mengaduk, ataupun melalui penghomogen atau proses

9

semburan diperlukan untuk membentuk emulsi. Dengan berlalunya masa,

emulsi-emulsi cenderung kembali menjadi keadaan minyak terasing dari

pada air yang merupakan keadaan yang stabil. Bahan-bahan aktif

permukaan (pembasuh) boleh meningkatkan kestabilan kinetik emulsi

secara ketara supaya emulsi, ketika dibentuk, tidak akan banyak berubah

dengan penyimpanan bertahun-tahun.

Emulsi-emulsi merupakan sebahagian kelas sistem jirim dua fasa yang lebih

umum yang dipanggil koloid. Walaupun istilah 'koloid' dan 'emulsi'

kekadang digunakan secara saling boleh tukar, emulsi cenderung

menandakan bahawa kedua-dua fasa tersebar dan fasa selanjar adalah cecair.

Terdapat tiga jenis ketakstabilan emulsi:

pengelompokan yang menyebabkan zarah-zarah menjadi kelompok;

pengkriman yang menyebabkan zarah-zarah bertumpu di permukaan

campuran semasa masih terasing; dan

pemecahan yang menyebabkan zarah-zarah bertaut dan membentuk

lapisan cecair.

Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:v = kecepatan fluidag = percepatan gravitasi bumih = ketinggian relatif terhadapa suatu referensip = tekanan fluidaρ = densitas fluidaPersamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:• Aliran bersifat tunak (steady state)• Tidak terdapat gesekan

2. AliranTermampatkanAliran 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:

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( p ), energi kinetik per satuan volum (1/2 PV2 ), dan energi potensial per satuan

10

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.

3.2 Penerapan Bernoulli3.2.1 Efek VenturiSelain 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.

Gambar 1.6 Venturimeter

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 :

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.

2.2.2 Tabung PitotTabung Pitot adalah alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan 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

11

yang akan kita ukur), dan tekanan pada kaki kiri manometer (pipa bagian kiri) = tekanan udara yang mengalir bebas (P1).

Gambar 1.7 Tabung pitot

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 : Persamaan ini digunakan untuk menghitung laju aliran gas alias udara menggunakan si tabung

12

pitot.

Tabung Pitot sebagai Detektor Kecepatan Pesawat. Tabung pitot digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara dengan menggunakan persamaan Bernoulli. Tabung ini memiliki dua jenis lubang. Satu lubang dihubungkan dengan pipa yang tertutup ujungnya. Udara dalam pipa tersebut menjadi diam. Lubang lainnya berisi udara yang bersentuhan dengan udara yang bergerak. Perbedaan tekanan udara dalam dua lubang tersebut bergantung pada kecepatan aliran udara relatif terhadap tabung.  Tabung pitot adalah instrument utama pada pesawat terbang. Kalau kita lihat di sejumlah body pesawat kita akan amati sejumlah tabung logam yang menonjol dan menghadap ke depan. Itulah tabung pitot. Tabung tersebut digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara terhadap pesawat, yang artinya mengukur kecepatan pesawat terhadap bumi. Memang disain sudah sangat

13

canggih, Kecelakaan pesawat Airbus A330-200 Air France nomor penerbangan 447 tanggal 1 Juni 2009 diduga karena masalah tabung pitot. Pesawat dengan rute Buenos Aires ke Paris jatuh ke samudera Atlantik dan menewaskan seluruh pnumpang 216 orang dan seluruh kru 12 orang. Kesalahan indikator kecepatan akibat tabung pitot tertutup Kristal es diduga sebagai penyebab awal kecelakaan. Pada suhu puluhan derajat di bawah nol saat pesawat bergerak pada ketinggian di atas 30.000 kaki, mudah sekali terbentuk es pada bodi bagian luar pesawat. Untuk menghilangkan es yang mungkin terbentuk di tabung pitot maka proses pemanasan dilakukan pada tabung

Gambar 1.8 Tabung Pitot Pada Pesawat Airbus

2.2.3. 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.

Gambar 1.9 Penyemprot Racun Serangga

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.

14

Gambar 1.10 Semprotan Serangga

Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika si cairan parfum tiba di pipa 1, udara yang meluncur dari dalam bola karet mendorongnya keluar 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.

2.2.4. Cerobong AsapCerobong asap adalah struktur untuk ventilasi panas gas buang atau asap dariboiler, kompor, tungku atau perapian ke luar atmosfer. Cerobong asap biasanya vertikal untuk aliran gas lancar menarik udara ke dalam pembakaran. Ruang di dalam cerobong asap disebut asap. Cerobong asap dapat ditemukan pada bangunan, lokomotif uap dan kapal di Amerika Serikat.

Fungsi Cerobong Asap

Adapun fungsi cerobong asap adalah untuk meningkatkan menarik udara,untuk pembakaran dan untuk membubarkan polutan dalam gas buang di wilayah yang lebih besar sehingga mengurangi konsentrasi polutan sesuai dengan batasan peraturan atau lainnya.

Accessoris Cerobong Asap

1.      Konstruksi

Karena kemampuan yang terbatas bata untuk menangani beban melintang, cerobong asap di rumah sering dibangun dalam sebuah "stack", dengan perapian di setiap lantai rumah berbagi cerobong tunggal, sering dengan seperti stack di bagian depan dan belakang rumah. Hari pusat pemanas sistem telah membuat penempatan cerobong kurang penting, dan penggunaan gas non-struktural pipa ventilasi memungkinkan saluran gas buang untuk diinstal sekitar hambatan dan melalui dinding.

Bahkan, banyak efisiensi tinggi modern alat-alat pemanas tidak memerlukan cerobong asap. peralatan tersebut biasanya dipasang dekat dinding luar, dan

15

dinding bidal noncombustible memungkinkan pipa ventilasi untuk dijalankan secara langsung melalui dinding luar.

Cerobong asap industri yang sering disebut sebagai tumpukan gas buang dan biasanya struktur eksternal, sebagai lawan sedang dibangun ke dalam dinding bangunan. Mereka umumnya terletak berdekatan dengan sebuah ketel uap yang menghasilkan atau tungku industri dan gas dilakukan untuk itu membutuhkan saluran kerja. Saat ini penggunaan bertulang beton telah hampir seluruhnya diganti batu bata sebagai struktural komponen dalam pembangunan cerobong asap industri. Refractory batu bata yang sering digunakan sebagai alas, terutama jika jenis bahan bakar yang dibakar menghasilkan gas buang yang mengandung asam. cerobong asap industri modern kadang-kadang terdiri dari beton kaca depan dengan sejumlah flues di dalam.

300 meter cerobong asap di Sasol Tiga terdiri dari kaca depan dengan diameter 26 meter dengan empat 4,6 beton diameter flues meter yang dilapisi dengan bata tahan api dibangun di cincin corbels berjarak pada interval 10 meter. Beton bertulang dapat dicetak oleh bekisting konvensional atau bekisting geser. tinggi adalah untuk memastikan polutan tersebar di wilayah yang lebih luas untuk memenuhi persyaratan legislatif atau keselamatan.

2.      Pot Cerobong

Sebuah panci cerobong asap ditempatkan di atas cerobong untuk murah memperpanjang panjang cerobong, dan untuk memperbaiki rancangan cerobong itu. Sebuah cerobong dengan lebih dari satu panci di atas ini menunjukkan bahwa ada lebih dari satu perapian di lantai yang berbeda berbagi cerobong asap.

Sebuah cerobong biarawan ditempatkan di atas cerobong asap untuk mencegah burung dan tupai dari bersarang di cerobong asap. Mereka sering menampilkan penjaga hujan terus turun hujan dari cerobong asap. Sebuah mesh kawat logam sering digunakan sebagai spark arrestor untuk meminimalkan puing-puing terbakar dari meningkatnya keluar dari cerobong asap dan membuatnya ke atapMeskipun batu di dalam cerobong dapat menyerap sejumlah besar air yang kemudian menguap, air hujan dapat mengumpulkan di dasar cerobong asap. Kadang-kadang menangis lubang ditempatkan di bagian bawah cerobong untuk mengalirkan keluar air yang dikumpulkan.

Seorang biarawan cerobong atau angin tutup directional tutup cerobong berbentuk helm yang berputar untuk menyesuaikan dengan angin dan mencegah backdraft asap dan angin kembali ke cerobong asap.

An-gaya topi H (kerudung) adalah puncak cerobong asap yang dibangun dari pipa cerobong berbentuk seperti huruf H. Ini adalah metode usia tua untuk mengatur rancangan dalam situasi di mana angin yang berlaku atau turbulen menyebabkan down draft dan backpuffingMeskipun topi H memiliki keunggulan khas atas downdraft topi lainnya, itu jatuh dari nikmat karena terlihat besar tersebut. Hal ini ditemukan terutama digunakan laut tetapi telah mendapatkan popularitas lagi

16

karena fungsi hemat energi. H-topi menstabilkan draft dan bukan meningkatkannya. Lain topi draft bawah didasarkan pada efek Venturi , memecahkan masalah downdraft dengan meningkatkan draft Facebook terus-menerus mengakibatkan konsumsi bahan bakar yang lebih tinggi banyak.

Sebuah damper cerobong asap adalah musim semi logam pintu ditempatkan di bagian atas cerobong dengan rantai besi panjang yang memungkinkan Anda untuk membuka dan menutup cerobong asap dari perapian. Pada akhir Abad Pertengahan di Eropa Barat desain gagak melangkah Gables muncul untuk memungkinkan akses pemeliharaan ke puncak cerobong asap, terutama untuk struktur tinggi seperti benteng dan besar rumah-rumah bangsawan .

3.      Draft Cerobong Atau Draft

Tumpukan efek dalam cerobong asap: merupakan alat pengukur tekanan udara mutlak dan aliran udara yang ditandai dengan panah abu-abu terang Memanggil mengukur bergerak searah jarum jam dengan meningkatnya tekanan.

Bila batu bara, minyak, gas alam, kayu atau bahan bakar lainnya dibakar dalam kompor, oven, perapian, boiler air panas atau tungku industri, gas-gas produk panas pembakaran yang terbentuk disebut gas buang Mereka umumnya habis gas ke udara ambien luar melalui cerobong asap atau industri tumpukan gas buang (kadang-kadang disebut sebagai cerobong asap).

Gas buang pembakaran dalam cerobong atau tumpukan jauh lebih panas dari luar udara ambien dan karenanya kurang padat dibandingkan udara ambien. Yang menyebabkan bagian bawah kolom vertikal gas buang panas untuk memiliki yang lebih rendah tekanan dari tekanan di bagian bawah kolom yang sesuai dari udara luar. Bahwa tekanan tinggi di luar cerobong asap adalah kekuatan pendorong yang menggerakkan udara pembakaran yang diperlukan ke dalam zona pembakaran dan juga bergerak gas buang dan keluar dari cerobong asap. Bahwa gerakan atau aliran udara pembakaran dan gas buang disebut "natural draft / konsep", "ventilasi alami" , "efek cerobong asap", atau "efek stack". Yang lebih tinggi tumpukan, semakin draft atau rancangan yang dibuat. Ada dapat kasus hasil yang menurun: jika tumpukan terlalu tinggi dalam hubungannya dengan panas yang dikirim keluar dari stack, gas buang dapat dingin sebelum mencapai puncak cerobong asap. Kondisi ini dapat mengakibatkan penyusunan miskin, dan dalam hal peralatan pembakaran kayu, pendinginan gas sebelum keluar dari cerobong asap dapat menyebabkan kreosot untuk menyingkat dekat bagian atas cerobong asap. kreosot bisa membatasi keluar gas buang dan dapat menimbulkan bahaya kebakaran. Merancang cerobong asap dan tumpukan untuk memberikan jumlah yang benar natural draft atau rancangan melibatkan faktor desain nomor, banyak yang memerlukan metode trial-and-error yg berulang-ulang.

Mungkin di lingkungan sekitar kita ada cerobong asap, bisa berasal dari lingkungan pabrik atau rumah yang bergaya eropa. sering kali kita lihat film-film barat ketika penghuninya berada di ruang tamu yang ada cerobong asapnya,

17

kemudian menyalakan kayu bakar di bawah cerobong asap itu asapnya langsung tertarik keatas. apakah dicerobong asap itu ada penyedit asapnya? Sebenarnya di dalam cerobong asap itu tidak ada penyedot asapnya hanya sebuah lubang yang tinggi menjulang keatas melebihi atap rumah. di sekitar kita banyak sekali fenomena fisika yang kadang kala kita tidak pernah menyadarinya. Pada cerobong asap itu bisa kita masukan kedalam salah satu hukum yang paling tua yaitu hukum bernoulli.

Gambar 1.11 Cerobong Asap

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 bernoulli juga terlibat dalam persoalan ini.

Kedua, prinsip 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).

2.2.5. Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang sehingga diperoleh ukuran

presisi. Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal

mesin pesawat (Engine), kemudian dorongan engine tersebut akan menimbulkan

perbedaan kecepatan aliran udara dibawah dan diatas sayap pesawat . Kecepatan

18

udara diatas sayap akan lebih besar dari dibawah sayap di karenakan jarak tempuh

lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di

bawah sayap, waktu tempuh lapisan udara yang melalui atas sayap dan di bawah

sayap adalah sama . Menurut hukum Bernoully , kecepatan udara besar

menimbulkan tekanan udara yang kecil . sehingga tekanan udara di bawah sayap

menjadi lebih besar dari sayap pesawat bagian atas. Sehingga akan timbul gaya

angkat (Lift) yang menjadikan pesawat itu bisa terbang.Terdapat empat gaya mendasar yang bekerja pada pesawat terbang, yaitu:

1. Berat pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi.2. Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk pesawat.3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh gesekan udara.4. Gaya hambatan yang disebabkan oleh gesekan udara

Gambar 1.12 Gaya Angkat Pesawat

Dalam hukum newton yang pertama dapat disimpulkan bahwa benda cendrung untuk tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali jika ada pengaruh (gaya) dari luar yang bekerja padanya. Kecendrungan ini terjadi disebabkan oleh adanya keseimbangan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Jika tarikan yang bekerja pada benda sama besar dengan dorongannya, maka benda tidak akan mengalami perubahan ditinjau dari pergerakan horisontalnya. Begitupun yang terjadi jika geya berat pada benda sama besar dengan gaya angkatnya, maka untuk arah vertikal benda juga tidak mengalami perubahan. Artinya bahwa, jika keseimbangan ini terganggu akan mengakibatkan terjadinya perubahan pada benda, bisa horisontal maupun vertikal.

19

Gambar 1.13 Prinsip Pesawat Terbang

Masih menurut Newton, dalam hukum keduanya dinyatakan bahwa benda dengan massa tertentu yang mendapat pengaruh gaya maka benda tersebut akan mengalami percepatan. Implikasi dari hukum ini adalah untuk kasus pesawat terbang, kita dapat membuatnya terangkat dari tanah dengan memberikan gaya angkat untuk pesawat tersebut, gaya angkat ini harus lebih besar dari gaya yang disebabkan oleh tarikan gravitasi. Penjelasan tentang gaya angkat ini akan lebih jelas jika kita menggunakan prinsip bernoulli dan hukum ketiga Newton.

Dalam prinsip bernoulli kita bisa menemukan bahwa fluida yang mengalir lebih cepat akan menyebabkan penurunan tekanan pada fluida tersebut. Pada model moncong pesawat terbang, sengaja di desain agar ketika udara manabrak moncong tersebut akan menyebabkan aliran udara yang melalui bagian atas pesawat lebih cepat dari pada  yang melewati bagian bawah sayap pesawat terbang.

Gambar 1.14perbedaan kecepatan aliran pada sayap pesawat terbang

Seperti yang telah dinyatakan oleh bernoulli, perbedaan kecepatan ini selanjutnya mengakibatkan tekanan udara pada bagian bawah sayap akan lebih besar daripada tekanan dari bagian atas sayap pesawat terbang. Perbedaan tekanan inilah yang menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang.            

Tinjau dengan hukum Bernoulli :

20

Ø  Laju aliran udara pada sisi atas pesawat (v2) lebih beswar di banding laju aliran udara pada sisi bawah pesawat (v1). Maka sesuai dengan azas Bernoulli, maka tekanan udara pada sisi bawah pesawat (p1) lebih besat dari tekanan udara pada sisi atas pesawat (p2).Ø  Syarat agar pesawat bisa terangkat, maka gaya angkat pesawat (Fa) harus lebih besar dari gaya berat (W=mg), Fa > mg. Ketika sudah mencapai ketinggian tertentu, untuk mempertahankan ketinggian pesawat, maka harus diatur sedemikian sehingga : Fa = mg.Ø  Jika pesawat ingin begerak mendatar dengan percepatan tertentu, maka : gaya dorong harus lebih besar dari gaya hambat (fd > fg), dan gaya angkat harus sama dengan gaya berat, (Fa=mg).Ø  Jika pesawat ingin naik/menambah ketinggian yang tetap, maka gaya dorng harus sama dengan gaya abat (fd = fg), dan gaya angkat harus lebih besar  dari gaya berat (Fa=mg).

Penerapan fisika dalam gaya angkat sayap pesawat terbangGaya angkat pada sayap pesawat terbang dengan menggunakan persamaan bernoulli.Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian yang atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini menyebabkan aliran udara di bagian atas lebih besar daripada di bagian bawah (v2 > v1).

Dari persamaan Bernoulli kita dapatkan :

                      P1 + ½ r.v12 + r g h1 = P2 + ½ r.v2

2 + r g h2          Ketinggian kedua sayap dapat dianggap sama (h1 = h2), sehingga  r g h1 = r g h2.Dan persamaan di atas dapat ditulis :

                                 P1 + ½ r.v12 =  P2 + ½ r.v2

2             

                                 P1 – P2 =  ½ r.v22 -  ½ r.v1

2

                                                 P1 – P2 =   ½ r(v2

2 – v12)

Dari persamaan di atas dapat dilihat  bahwa v2 > v1 kita dapatkan P1> P2 untuk luas penampang sayap   F1 = P1 . A  dan F2 = P2 . A dan kita dapatkan bahwa F1 > F2. Beda gaya pada bagian bawah dan bagian atas (F1 – F2) menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang. Jadi, gaya angkat pesawat terbang dirumuskan sebagai :

21

                                 F1 – F2 =  ½ r A(v22 – v1

2)

Dengan  r = massa jenis udara   (kg/m3)

Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat pesawat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, dan ini berarti gaya angkat pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap, semakin besar pula gaya angkatnya.Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat     ( F1 - F2 > mg ). jika telah berada pada ketingian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketingianya ( melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan gaya berat pesawat ( F1 - F2 = mg )

Gambar 1.15 Bagian Depan Pesawat

Bagian depan sayap dirancang melengkung ke atas. Udara yang ngalir dari bawah berdesak2an 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, makasi pesawat ikut-ikut anterangkat.Pembahasan dalam aerodinamika ini dibatasi pada pesawat berbaling-baling dan bermesin piston.Aneka kombinasi letak mesin tidak dibahas. Pesawat dengan model seperti ini mempunyai mesin piston yang memutar baling-baling di depan pesawat. Seperti halnya kipas angin, baling-baling ini meniup udara ke belakang dengan kuat sehingga terjadi reaksi dari pesawat itu sendiri untuk

22

bergerak ke depan. Gaya dorong dari baling-baling ini disebut THRUST. Gaya ini bekerja ke depan. 

Gambar 1.16 Gaya Angkat Pesawat Jenis ke Dua

 Pada waktu bergerak ke depan, udara yang dilewati oleh pesawat menghasilkan gesekan yang menahan gerakan pesawat tersebut. Gaya gesek ini disebut DRAG. Dengan adanya DRAG maka dibutuhkan lebih banyak THRUST untuk menggerakkan pesawat. Pada waktu pesawat digerakkan ke depan dengan kecepatan tertentu, sayap menghasilkan gaya angkat yang disebut LIFT. LIFT ini bertambah seiring dengan bertambahnya kecepatan pesawat. Tapi jika kecepatan pesawat terus ditambah, maka DRAG yang terjadi akan terlalu besar dan sayap pesawat akan berhenti menghasilkan LIFT.Gaya yang terakhir adalah gaya yang kita kenal dengan berat, yang dalam tulisan ini selanjutnya disebut WEIGHT.

2.2.6. Lubang Tikus Prinsip Bernoulli

Perhatikan gambar di bawah ini gambar lubang tikus dalam tanah. Tikus juga tahu prinsip 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).Karena berdesak2an maka laju udara meningkat (Tekanan udara menurun).

23

Gambar 1.17 Lubang Tikus

Karena ada perbedaan tekanan udara, maka udara dipaksa mengalir masuk melalui lubang tikus. Udara 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.

2.2.7. Penggunaan Mesin Karburator

Penggunaan mesin karburator yang berfungsi untuk mengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran udara yang masuk. Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan bermotor, seperti mobil.

24

Gambar 1.18 Mesin Karburator

Karburator pertama kali ditemukan oleh Karl Benz pada tahun 1885 dan dipatenkan pada tahun 1886.

Pada tahun1893 insinyur kebangsaan Hungaria bernama János Csonka dan Donát Bánki juga mendesain alat yang serupa. Adalah Frederick William Lanchester dari Birmingham, Inggris yang pertama kali bereksperimen menggunakan karburator pada mobil. Pada tahun 1896 Frederick dan saudaranya membangun mobil pertama yang menggunakan bahan bakar bensin di Inggris, bersilinder tunggal bertenaga 5 hp (4 kW), dan merupakan mesin pembakaran dalam (internal combution). Tidak puas dengan hasil akhir yang didapat, terutama karena kecilnya tenaga yang dihasilkan, mereka membangun ulang mesin tersebut, kali ini mereka menggunakan dua silinder horisontal dan juga mendisain ulang karburator mereka. Kali ini mobil mereka mampu menyelesaikan tur sepanjang 1.000 mil (1600 km) pada tahun 1900. Hal ini merupakan langkah maju penggunaan karburator dalam bidang otomotif

Karburator dapat dikelompokan menurut arah aliran udara, barel dan tipe venturi. Tiap-tiap karburator mengkombinasikan ketiganya dalam desainnya :

Arah aliran udara

1. Aliran turun (downdraft), udara masuk dari bagian atas karburator lalu keluar melalui bagian bawah karburator.

2. Aliran datar (sidedraft), udara masuk dari sisi samping dan mengalir dengan arah mendatar lalu keluar lewat sisi sebelahnya.

3. Aliran naik (updraft), kebalikan dari aliran turun, udara masuk dari bawah lalu keluar melalui bagian atas.

25

Prinsip Kerja

Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli: semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statis-nya namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Pedal gas pada mobil sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya aliran bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran udara yang dapat masuk kedalam ruang bakar. Udara bergerak dalam karburator inilah yang memiliki tekanan untuk menarik serta bahan bakar masuk kedalam ruang bakar.

Kebanyakan mesin berkarburator hanya memiliki satu buah karburator, namun ada pula yang menggunakan satu karburator untuk tiap silinder yang dimiliki. Bahkan sempat menjadi trendmodifikasi sepeda motor di Indonesia penggunaan multi-carbu (banyak karburator) namun biasanya hal ini hanya digunakan sebagai hiasan saja tanpa ada fungsi teknisnya. Mesin-mesin generasi awal menggunakan karburator aliran keatas (updraft), dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator lalu keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat menghindari terjadinya mesin banjir, karena kelebihan bahan bakar cair akan langsung tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam intake mainfold; keuntungan lainnya adalah bagian bawah karburator dapat disambungkan dengan saluran oli supaya ada sedikit oli yang ikut kedalam aliran udara dan digunakan untuk membasuh filter udara; namun dengan menggunakan filter udara berbahan kertas pembasuhan menggunakan oli ini sudah tidak diperlukan lagi sekarang ini.

Mulai akhir 1930-an, karburator aliran kebawah (downdraft) dan aliran kesamping (sidedraft) mulai popouler digunakan untuk otomotif.

2.2.8. Perahu LayarPerahu layar biasanya berlayar melawan angin.Cara menggerakkan perahu dengan memanfaatkan angin itu, namanya prinsip Bernoulli

Gambar 1.19 Perahu LayarHull: bagian dari kapal

layar yang berisi semua komponen internal.Tiller: bagian dari dalam

Hull.Rudder: bagian yang melekat pada tiller (kemudi air).Mainsail: layar yang menangkap sebagian besar angin untuk mendorong kapal layar.

26

Mast: sisi vertikal yang menempel pada mainsail untuk mengamankan sisi horizontal pada boom.Boom: sejajar tiang panjang dek yang berguna untuk memanfaatkan angin sebaik mungkin.Jib: layar segitiga kecil yang menambahkan kekuatan tambahan untuk mainsail.Keel: menyeimbangkan kapal agar tidak terbalik.

Cara Perahu bergerak yaitu sebagai berikut ; Ketika angin mengalir, disisi lain kapal layar bergerak dengan cepat dan mendorong dengan keras, demikian layar menerima kekuatan yang tegak lurus terhadap arah angin di dukung oleh keel kapal yang melakukan gerak lateral sehingga kapal hanya bisa bergerak maju yang membuat kekuatan kapal layar lebih besar dari pada kekuatan angin.Kapal layar dapat bergerak berlawanan dengan arah angin dengan memanfaatkan hukum Bernoulli. Untuk dapat bergerak ke arah yang diinginkan maka kapal layar harus mempunyai dua buah layar yang dapat diatur-atur.Gaya Bernoulli (akibat perbedaan tekanan) mendorong kapal dengan dalam arah tegak lurus dengan arah angin. Namun, pada saat bersamaan , air laut menarik sirip kapal dalam arah yang hampir tegak lurus dengan sumbu kapal. Jadi, ada dua gaya sekaligus yang bekerja pada kapal, yaitu gaya Bernoulli yang bekerja pada layar dan gaya oleh air pada sirip kapal.Dua gaya tersebut memiliki arah yang hampir berlawanan dengan arah angin dan kapal layar bergerak dalam arah yang hampir berlawanan dengan arah datangnya angin.

2.2.9. Minum Dengan Pipet atau Penyedot

Prinsip Bernoulli berlaku juga ketika menghisap atau 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.

Gambar 1.20 Sedotan Minuman

27

2.2.10. Penyemprot Parfum

Parfum ialah sesuatu yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Tapi, tahukah Anda prinsip kerja penyemprot parfum? Ternyata, prinsip kerja penyemprot parfum memakai prinsip hukum Bernoulli.

Prinsip kerja hukum Bernoulli pada penyemprot parfum secara garis besar ialah saat bola karet nan ada di botol parfum diremas, udara nan ada di dalamnya meluncur keluar melalui pipa bola karet tersebut. Oleh sebab itu, pipa ini memiliki laju nan lebih tinggi. Laju udara nan tinggi membuat tekanan pada pipa tersebut menjadi rendah.

Gambar 1.21 Prinsip Kerja Penyedot Parfum

Sementara itu, udara dalam pipa di dalam botol parfum, memiliki laju nan lebih rendah dan tekanan udara dalam pipa itu lebih tinggi sehingga cairan parfum didorong ke atas. Saat cairan parfum sampai di pipa selanjutnya (pipa bola karet), udara nan melaju dari dalam bola karet mendorongnya ke luar. Cairan parfum pun akhirnya menyembur ke tubuh kita.Lubang penyemprot parfum biasanya berukuran kecil sehingga cairan parfum melaju dengan cepat. Inilah persamaan kontinuitas, jika luas penampang kecil, fluida akan bergerak lebih cepat. Sebaliknya, jika luas penampang pipa besar, fluida akan bergerak pelan. Itulah penerapan hukum Bernoulli pada penyemprot parfum.

28

2.2.11. Teorema Torriceli

Salah satu penggunaan persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan zat cair yang keluar dari dasar sebuah wadah (lihat gambar di bawah).

Gambar 1.22 Teorema TorriceliKita 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:

Jika kita ingin menghitung kecepatan aliran zat cair pada lubang di dasar wadah, maka persamaan ini kita ubah lagi menjadi:

29

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. Ini dikenal dengan Teorema Torriceli. Teorema ini ditemukan oleh Torricelli, murid Gallileo, satu abad sebelum Bernoulli menemukan persamaannya.

30