Fluida Bergerak
-
Upload
karina-octaria -
Category
Documents
-
view
59 -
download
4
description
Transcript of Fluida Bergerak
FLUIDADINAMIS
ALIRAN LAMINER DAN TURBULEN
Garis alir pada fluida mengalir terdapat dua jenis, yaitu:
Aliran laminar adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis lurus atau melengkung yang jelas ujung dan pangkal-nya serta tidak ada garis lu-rus yang bersilangan.
1.
Aliran turbulen adalah aliran fluida yang ditandai dengan adanya aliran berputar dan arah gerak partikelnya berbeda, bahkan ber-lawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida.
2.
Source: http://www.math.ucsb.edu/~hdc/res/rhomesh.gif
Aliran laminer dan aliran turbulen
PERSAMAAN KONTINUITASApabila suatu fluida mengalir dalam sebuah pipa dengan luas penampang A dan kecepatan aliran fluidanya v, maka banyaknya fluida (volum) yang mengalir melalui penampang tersebut tiap satuan waktu dinamakan debit.
Dalam bentuk persamaan debit dinyatakan sebagai berikut:
vAQ tVQ dan
Keterangan:Q = debit aliran fluida (m3/s)V = volum fluida yang mengalir (m3) t = waktu (s)v = kecepatan aliran fluida (m/s)
Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak melewati pipa yang mempunyai luas penampang yang berbeda maka volum fluida yang melewati setiap penampang itu sama besar dalam selang waktu yang sama.
2211
21
vAvAQQ
Persamaan kontinuitas me-nyatakan bahwa pada aliran fluida ideal, hasil kali laju aliran fluida dengan dengan luas penampangnya adalah konstan.
Keterangan:Q1 = debit aliran fluida bagian 1 (m3/s)Q2 = debit aliran fluida bagian 2 (m3/s)A1 = luas penampang bagian 1 (m2)A2 = luas penampang bagian 2 (m2)v1 = kecepatan cairan bagian 1 (m/s)v2 = kecepatan cairan bagian 2 (m/s)
PERSAMAAN KONTINUITAS
Dari persamaan kontinuitas dapai disimpulkan :
Kelajuan fluida yang termampatkan berbanding terbalik dengan luas-Luas penampangpipa dimana fluida mengalir
Contoh
1. Kecepatan rata-rata aliran air pada sebuah selang yang berdiameter 4 cm is 4 m/s. Hitung jumlah fluida (air) yang mengalir tiap detik (Q)!
Penyelesaian
d = 4 cm r = 2 cm = 2 x 10-2 m
v = 4 m/s
Q = …?
Q = A v = p r2 v
= 3,14 (2 x 10-2 m) x 4 m/s
= 5,024 m3/s
PERSAMAAN KONTINUITAS
2. Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit dengan diameter 8 cm. Jika kecepatan aliran di bagian pipa yang berdiameter besar 10 cm/s, hitung kecepatannya di ujung yang kecil.
d1 = 12 cm r = 6 cm = 6 x 10-2 m
d2 = 8 cm r = 4 cm = 2 x 10-2 m
A1 = p r12 = 3,14 x (6 cm)2 = 113, 04 cm2
A1 = p r12 = 3,14 x (4 cm)2 = 50,24 cm2
V1 = 10 cm/s and v2 = …?
A1 v1 = A2 v2
113,04 cm2 x 10 cm/s = 50,24 cm2
Penyelesaian
scmv
v
5,22
24,504,1130
2
2
PERSAMAAN KONTINUITAS
AZAS BERNAOLI
Pada pipa horizontal : pada bagian yang kelajuannya paling
besar tekanannya paling kecil dan pada bagian yang kelajuannya paling kecil tekanannya paling
besar
Tekanan fluida tempat yang kecepatannya besar lebih kecil daripada tekanan fluida di tempat yang kecepatan-nya kecil.
konstan 221 vhgp Keterangan:
p = tekanan (N/m2) = massa jenis fluida (kg/m3)g = percepatan gravitasi (m/s2)h = ketinggian fluida dari titik acuan (m)v = kecepatan fluida (m/s)
Persamaan bernoulli
AZAS BERNAOLI
AZAS BERNAOLI
Terdapat dua kasus istimewa berkenaan dengan persamaan Bernoulli.1. Fluida diam atau tidak mengalir (v1 = v2 = 0)
)( 1221 hhgpp
Persamaan ini menyatakan tekanan hidrostatis dalam zat cair pada kedalaman tertentu.
Keterangan:p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m2)h1 dan h2 = tinggi tempat 1 dan 2 (m) = massa jenis fluida (kg/m3) g = gravitasional acceleration (m/s2)
AZAS BERNAOLI
2. Fluida mengalir pada pipa horisontal (h1 = h2 = h)
)(21 2
12
221 vvpp
Persamaan ini menyatakan jika v2 > v1, maka p1 > p2 yang berarti jika kecepatan aliran fluida disuatu tempat besar maka tekanan fluida di tempat tersebut kecil dan berlaku sebaliknya.
Keterangan:p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/m2)v1 dan v2 = kecepatan pada 1 dan 2 (m) = massa jenis fluida (kg/m3) g = gravitasional acceleration (m/s2)
AZAS BERNAOLI
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Aplikasi pada persamaan bernoulli di terapkan untuk mengalirkan air ke lantai atas, iluastrasinya seperti berikut
Menentukan kecepatan dan debit semburan air pada tangki yang berlubang
ghv 2
ghAQ 2
Keterangan:Q = aliran debit m3/sv = kecepatan semburan air pada pada bocoran itu m/sh = tinggi air di atas lubang mg = percepatan gravitasi m/s2
A = luas panampang lubang bocoran m2
hQ = A.v
air
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Contoh Sebuah tangki berisi air setinggi 1,25 m. Pada tangki terdapat lubang kebocoran 45 cm dari dasar tangki. Berapa jauh tempat jatuhnya air diukur dari tangki (g =10 m/s2)?
h1 = 1,25 m
h2 = 45 cm = 0,25 m
v = …? smsm
msm
mmsm
hhgv
/4/16
)80,0(/20
)45,0125(/102
)(2
22
2
2
21
Kecepatan air dari lubang bocor :
1,25 cm
1,25 m air
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Lintasan air merupakan bagian dari gerak parabola dengan sudut a = 0o (v0 arah mendatar)
stst
t
tsmm
tsmm
tgtvy
smm
3,09,0
/545,0
)/10(045,0
sin
2
/545,0
22
2221
221
0
2
a
mssm
tvx
2,1)3,0)(1)(/4(
)(cos0
a
Jadi, air jatuhnya 1,2 m dari tangki.
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Venturimeter
]1)/[()(2
221
211
AAPPv
flow velocity v2
flow velocity v1
Keterangan:p1 = tekanan pada titik 1 N/m2
p2 = tekanan pada titk 2 N/m2
= massa jenis fluida kg/m3
v1 = kecepatan fluida pada titik 1 m/s A1 = luas penampang 1 m2
A2 = luas penampang 2 m2
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Sebuah venturimeter memiliki luas penampang besar 10 cm2 dan luas penampang kecil 5 cm2 digunakan untuk mengukur kecepatan aliran air. Jika perbedaan ketinggian permukaan air 15 cm.
Hitunglah aliran air dipenampang besar dan penampang kecil (g = 10 m/s2)?
Contoh
15 cm
A2
A1
v1 v2
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Penyelesaian
A1 = 10 cm2 = 10 x 10-4 m2
A2 = 5 cm2 = 5 x 10-4 m2
h = 15 cm = 15 x 102 m
g = 10 m/s2, v2 = …?
11051010
1015/102
1
2
2
24
24
22
2
2
1
mm
msm
AA
hgv
Untuk menentukan kecepatan v2, gunakan persamaan kontinuitas:
sm
smmm
vAA
v
vAvA
/2
/11051010
24
24
12
12
2211
Jadi, laju aliran gas oksigen dalam pipa adalah 97,52 m/s.
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Penyemprot nyamukKetika penghisap pompa ditekan, udara dari tabung selinder dipaksa keluar melalui lubang sempit. Udara yang keluar dari lubang sempit ini mempunyai kecepatan tinggi sehingga menurunkan tekanan udara dibagian atas nosel.
Karena tekanan udara di atas nosel lebih kecil daripada tekanan udara pada permukaan caiaran di dalam tabung, maka cairan akan menyemprot keluar melalui nosel.
lubang
tekanan rendah
tekanan atmosfer
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas oksigen yang mempunyai massa jenis 1,43 kg/m3 dalam sebuah pipa. Jika perbedaan tinggi zat cair pada kedua kaki manometer adalah 5 cm dan massa jenis zat cair adalah 13600 kg/m3,
Hitunglah kelajuan aliran gas pada pipa tersebut! (g = 10 m/s2)
Contoh
Penyelesaian = 1,43 kg/m3
’= 13600 kg/m3
h = 5 cm = 0,05 m
g = 10 m/s2
v =...? smmkg
msmmkg
ghv
/52,97/43,1
05,0/10/136002
'2
3
23
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Tabung pitotTabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara.
ghv '2
Keterangan:h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair di dalam manometer (m)g = percepatan gravitasi (m/s2) = massa jenis gas (kg/m3)’ = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m3)v = kelajuan aliran udara atau gas (m/s)
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Gaya angkat sayap pesawat terbang
F2 = p2 A
F1 = p1 A
v2
v1
Sesuai dengan azas Bernoulli, apabila kelajuan aliran udara pada bagian atas sayap lebih besar daripada kelajuan aliran udara pada bagian bawah sayap, maka tekanan udara bagian atas sayap lebih kecil daripada tekanan udara dibagian bawah sayap..
AppFF )( 2121 Keterangan:F1 = gaya dorong peasawat ke atas (N)F2 = daya dorong pesawat ke bawah (N)F1 – F2 = gaya angkat ke bawah (N)p1 = tekanan pada sisi bagian bawah (N/m2)p2 = tekanan pada sisi bagian atas (N/m2)A = luas penampang sayap (m2)
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Persamaan gaya angkat di atas dapat pula dinyatakan sebagai berikut:
AvvFF )(21 2
12
221
Keterangan:F1 = gaya dorong pesawat ke atas (N)F2 = gaya dorong pesawat ke bawah (N)F1 – F2 = gaya angkat pesawat (N)v1 = kecepatan udara di bawah sayap (m/s)v2 = kecepatan udara di atas sayap (m/s) = massa jenis udara (kg/m3)
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Jika kecepatan aliran udara dibagian bawah sayap pesawat 60 m/s, berapakah kecepatan dibagian atasnya jika tekanan ke atas yang diperolehnya adalah 10 N/m2? ( = 1.29 kg/m3)
Contoh PENERAPAN AZAS BERNAOLI
DINAMIKA FLUIDAHal.: 28
smsmv
mNsm
ppvv
ppvv
ppvv
hgvphgvp
/13,60/5,3615
29,1/)10(2)/60(
)(2
)(2)(
221
22
1222
21
1222
21
122
22
121
22
221
212
121
1
Penyelesaian
p2 – p1 = 10 N/m
v2 = 60 m/s
h1 = h2
v1 = …?
Jadi, kecepatan aliran udara dibagian atas sayap pesawat adalah 60,13 m/s
PENERAPAN AZAS BERNAOLI
Dik: ho = 4 m, hdasar = 5 m, =103
kg/m3, g=10 m/s2
Dit: Porang , Pdasar
Seorang menyelam sampai kedalaman 4 m (1 meter sebelum sampai dasar kolam) jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan g=10 m/s2, berapakaha.Tekanan hidrostatik yang dialami orangb.Tekanan hidrostatik dasar kolam
Jawab:a.Porang = .g.h = 1000.10.4 = 4.104 Pab.Pdasar = .g.h = 1000.10.5 = 4.105 Pa
LATIHAN AZAS BERNAOLI
Barometer menunjukan angka 76 cm Hg. Panjang x = 6 cm dan penampang pipa = 2 cm2. Tekanan udara dalam pipa (P) adalah... .
x
Dik: Po = 76 cmHg, x = 6 cm A = 2 cm2.
Dit: P
Jawab:
P = Po + Praksa
P = 76 + 6
P = 82 cmHg
LATIHAN AZAS BERNAOLI
Sebuah alat hidrolik memiliki Silinder besar dan kecil berbanding kecil 30 : 1. Jika berat mobil yang diangkat 20.000 N, maka dorongan pada penghisap silinder kecil adalah...
Dik: Ab : Ak = 30 : 1. wb = 20.000 N,
Dit: Fk
Jawab wb : Ab = wk : Ak
wb : wk = Ab : Ak
2.104 : wk = 30 :1 wk = 2.104 : 30 wk = 2.104 : 30 wk = 666,67 N
LATIHAN AZAS BERNAOLI
Air mengalir pada pipa mendatar dengan diameter pada masing-masing ujungnya 6 cm dan 2 cm, jika pada penampang besar kecepatan air 2 m/s, tentukan : a. Kecepatan aliran pada penampang kecilb. volume fluida yang keluar setelah 3 sekon!
LATIHAN AZAS BERNAOLI
Diketahui : A1 = 1/4πd2 =1/4 3.14 62 = 28,26 cm2 = 28,26 10-4 m2 v1 = 2m/sdi tanya : v2 = ? V = ? Pada t = 3 sDi jawab : A1 v1 = A2 v2
Q = 28,26 10-4 m2 2 m/s = 56,52 10-4 m3/sQ= V/t : sehingga V = Q t = 56,52 10-4 m3/s . 3s = 169,56 10-4 m3
12 1
22
3Av = v ; .2 6 /A 1v m s
LATIHAN AZAS BERNAOLI
SELESAI