Pendahuluan

Dinamika fluida adalah salah satu disiplin ilmu yang mengkaji perilaku

dari zat cair dan gas dalam keadaan diam ataupun bergerak dan interaksinya

dengan benda padat. Dinamika fluida sering dikatakan sebagai persoalan fisika

klasik terbesar yang belum terpecahkan. Upaya untuk mengungkapkan fenomena

dinamika fluida tercatat sejak Da Vinci melakukan observasi aliran pada abad ke-

16, diikuti Newton pada akhir abad ke-17 dengan konsep viskositis Newtonian,

lalu beberapa ilmuan besar seperti Bernoulli, Euler, Navier, Cauchy, Poisson,

Saint Venant, dan Stokes. Dua konstribusi penting diberikan secara terpisah oleh

Navier pada tahun 1823 dan Stokes pada tahun 1845 yang menurunkan persamaan

diferensial parsial fluida viskos, persamaan ini membahas tentang persamaan

gerak fluida viskos, persamaan ini dikenal dengan persamaan Navier-Stokes, dan

persamaan inilah yang menjadi dasar kajian dinamika fluida saat ini.

Sehari-hari kita sebenarnya telah berinteraksi dengan segala hal secara

tidak langsung kilta telah mempelajari ilmu fisika. Begitu pula dengan fluida yang

telah sering kita bersinggungan. Fluida merupakan zat yang dapat mengalir dan

memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk saat dilakukan

penekanan. Berdasarkan pengertian inilah, maka dapat disimpulkan bahwa yang

termasuk ke dalam fluida adalah zat cair dan gas.

Konsep fluida menjadi suatu bidang keilmuan yang memberikan manfaat

luas dalam kehidupan. Banyak disiplin ilmu telah memanfaatkan ilmu fluida

untuk kepentingan teknologi. Kesehatan juga mengaplikasikan hukum fluida

untuk kepentingan pelayanan kesehatan. sebenarnya fluida merupakan bagian dari

ilmu biomekanika, karena dalam penerapannya fluida digunakan sebagai teknis

dalam memindahkan sebuah benda.

A. Fluida

Fluida atau zat alir meliputi zat cair dan gas yaitu, keadaan materi bentuk

tetap, ukuran tetap bentuk tak tetap, ukuran tetap bentuk tak tetap, ukuran tak

tetap terdiri atas ion-ion Hidrostatika Hidrodinamika plasma padat cair gas

molekul-molekulnya tersusun secara random dan saling berinteraksi dengan gaya

kohesi yang sangat lemah. Karena fase cair dan gas memiliki karakter tidak

mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai

kemampuan untuk mengalir; dengan demikian keduanya disebut fluida

Mekanika fluida merupakan suatu bagian dari mekanika terapan (apllied

mechanics) yang merupakan cabang dari ilmu pengetahuan dasar fisika. Fluida

memiliki sifat-sifat, yaitu:

1. Mempunyai kemampuan berubah secara kontinyu jika ada perubahan letak

2. Fluida tidak mampu menahan gaya geser yang bekerja padanya, jika dalam

kondisi statis (balance)

3. Fluida mudah berubah wujud tanpa adanya pemisahan massa

Berdasarkan sifat di atas, bisa kita simpulkan bahwa kemampuan berubah

suatu fluida dipengaruhi oleh perubahan letak (gaya geser) dan mampu berubah

tanpa adanya pemisahan massa. Macam-macam fluida sendiri ada 2, yaitu:

1. Gas

Merupakan fluida yang tidak mempunyai permukaan bebas, massanya

selalu berkembang mengisi seluruh volume ruangan, dan dapat

dimampatkan.

2. Cairan (liquid)

Merupakan fluida yang mempunyai permukaan bebas, massanya mengisi

ruangan sesuai dengan volumenya, dan tidak dapat dimampatkan.

FLUIDA

TekananHodrostatis

Cair

memiliki

DapatBerwujudmemiliki

TeganganPermukaan

Klasifikasi

FluidaDinamis

FluidaStatis

HukumKontinuitas

HukumBernoulli

HukumArchimedes

HukumPascal

LuasPermukaan

KecepatanAlir

& Massa Jenis

Ketinggian&TekananFlui

da

Bergantungpdfaktor

HukumPokokHidrostatis

ManometerBarometer

memenuhi

Aplikasipada

Gaya angkatKeatas

Tekananditeruskankeseg

alaarah

HidrometerKapalLaut

KapalSelam

Dongkrakhidrolik

B. Fluida Statis

Cairan memiliki suatu sifat yaitu viskositas (kekentalan) yang merupakan

sifat dari cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser.

Viskositas terjadi karena adanya interaksi antara molekul-molekul cairan.

Sehingga, pengaruh dari viskositas terhadap gaya geser adalah tegangan geser

tergantung pada (berbanding lurus dengan) viskositas dinamika dan perubahan

sudut/ kecepatan sudut dari garis (gradient kecepatan).

Dikarenakan viskositas berhubungan dengan gradient kecepatan dan

tegangan geser, maka disebutlah sebagai viskositas dinamika. Sedangkan

perbandingan antara viskositas dinamika dan kerapatan disebut viskositas

kinematik. Viskositas kinematik dan viskositas dinamik ini dipengaruhi oleh

temperatur. Namun ada suatu cairan yang viskositas dinamiknya tidak tergantung

pada temperatur dan tegangan gesernya dengan gradient kecepatan, disebutlah

sebagai cairan Newton. Perlu diingat sebelumnya, bahwa kinematika menekankan

pada bagaimana benda bergerak (dipengaruhi oleh lintasan, kecepatan, percepatan

setiap saat). Sedangkan dinamika menekankan pada mengapa benda bergerak

(dipengaruhi gaya, energi, dan momentum).

Cairan juga memiliki kerapatan. Kerapatan cairan (density) adalah suatu

ukuran dari konsentrasi massa dan dinyatakan dalam bentuk massa tiap satuan

volume. Kerapatan (ρ) dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan, sehingga:

ρ=Massa

SatuanVolume=

mv ( kg

m3 )Perlu diketahui bahwa kerapatan air pada

tekanan standard/ tekanan atmosfir (760 mmHg) dan temperatur 4oC adalah 1000

kg/ m3.

Kerapatan relatif (S) adalah perbandingan antara kerapatan dari cairan

tersebut dengan kerapatan air. Dengan kerapatan relatif inilah, pengaruh

temperature dan tekanan sangat kecil, sehingga sering kali diabaikan.

Selain itu, cairan juga memiliki berat jenis (γ) yaitu besarnya gaya

gravitasi yang bekerja pada suatu massa dari suatu satuan volume. Sehingga:

γ = ρ. g

Berdasarkan konsep sifat cairan di atas, diketahui bahwa cairan merupakan

zat yang tidak termampatkan (incompressible). Namun, perlu diperhatikan bahwa

cairan dapat berubah bentuk karena tegangan geser atau termampatkan oleh

karena tekanan pada suatu volume cairan tersebut. Dengan prinsip ini, maka,

dengan tekanan tinggi, maka air akan menjadi berubah wujud.

Cairan juga memiliki tegangan permukaan. Tegangan permukaan pada

suatu permukaan air-udara adalah 0,073 N/m pada temperatur

ruangan.Berdasarkan tegangan permukaan inilah, maka akan terjadi gaya aksi

tarik menarik pada permukaan cairan. Selain itu, cairan juga memilki kapilaritas

yaitu tegangan permukaan oleh gaya kohesi dan adhesi.

Sekarang kita mulai memahami fluida statis. Dalam prinsip fluida statis,

bahwa tekanan zat cair dalam keadaan tidak mengalir dan hanya disebabkan oleh

beratnya sendiri, disebut tekanan hidrostatika. Dalam fluida statis, ada beberapa

hukum yang lain berlaku.

1. Hukum Pascal

Prinsip Pascal menyebutkan bahwa tekanan yang bekerja pada

fluida statis dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan

sama rata. Dari hukum Pascal inilah, terapannya dalam bentuk penggunaan

dongkrak hidrolik.

2. Hukum Archimedes

Gaya Archimedes menyebutkan bahwa dalam fluida yang

diam, suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruh volumenya akan

mengalami gaya tekan ke atas (gaya apung) sebesar berat fluida yang

dipindahkan oleh benda tersebut.

Fa=W bu−W bf

Keterangan:

Fa : Gaya apung

W bu : Berat benda di udara

W bf : Berat benda dalam fluida

D. Fluida Dinamis

Merupakan cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan bergerak.

Dalam dinamika fluida, ada 2 macam aliran yaitu aliran laminar yang merupakan

aliran fluida sederhana, dan aliran turbulen yang merupakan aliran fluida

kompleks. jika fluida memiliki viskositas yang tinggi (kental), mala aliran fluida

akan cepat pada bagian tengah pipa dari pada di dekat dinding pipa. Hal ini

dikarenakan tinggi gaya gesek fluida dengan permukaan. Selain itu, luas

penampang juga mempengaruhi kecepatan fluida. Semakin kecil luas penampang

fluida akan mempercepat kecepatan gerak fluida, karena tekanan fluida akan

semakin tinggi.

Besaran-besaran dalam fluida dinamis

1. Debit aliran (Q)

Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:

Q=∆ V∆ t

= AV ∆ t∆ t

Dimana :

Q   =    debit aliran (m3/s)

A   =    luas penampang (m2)

V   =    laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

2. Persamaan Kontinuitas

Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama

di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka:

Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :

3. Hukum Bernoulli

Dinamika fluida dipengaruhi oleh tekanan, kecepatan aliran, dan

ketinggian. Dengan persamaan Bernoulli inilah, maka fluida akan

memiliki pergerakan yang bervariatif tergantung pada tekanan, kecepatan

dan posisi fluida.

p1+12

ρ v12+ρg h1=p2+

12

ρ v22+ρg h2

Dimana :

p   = tekanan air (Pa)

v    = kecepatan air (m/s)

g   = percepatan gravitasi

h    = ketinggian air

E. Aplikasi dalam Kesehatan

Berdasarkan prinsip-prinsip fluida di atas, kesehatan mengaplikasikannya

dalam bidang pelayanan kesehatan. Berikut ini adalah aplikasi nyata fluida dalam

kesehatan:

1. Pemasangan infuse dimana standar infusnya lebih tinggi dari tubuh pasien

2. Penempatan kantong urine (urobag) yang lebih rendah dari posisi tubuh

pasien.

3. Head up 30o pada klien dengan peningkatan TIK (tekanan intra cranial)

untuk mencegah peningkatannya.

4. Aplikasi thermometer air raksa

5. Pemasangan CVC (central venous cathether)

F. Referensi

Physic Journal. 2012. Dinamic Fluida and Static Fluida. American Journal

Education.

Physic Journal. 2012. Principle and Law Physic at Fluida System. British:

AAF.