MEKANIKA FLUIDA

I PUTU GUSTAVE S. P., ST., M.Eng.

DEFINISI

Mekanika fluida gabungan antara hidraulika

eksperimen dan

hidrodinamika klasik

Hidraulika dibagi 2 :

Hidrostatika

Hidrodinamika

PERKEMBANGAN HIDRAULIKA

Archimedes (287 – 212 SM) :

1. Hukum benda terapung

2. Menghitung volume benda

3. Phi

Masa Renaissance

1. Leonardo Da Vinci

2. Simon Stevin

3. Galileo

PRINSIP ARCHIMEDES

Kenapa kayu-kayu yang besar

dan banyak lebih mudah

diangkat dalam air ?

Mengapa balon gas He bisa

naik ke atas ?

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atausebagian dalam suatu fluida akanmendaapatkan gaya angkat ke atas yang samabesar dengan berat fluda yang dipindahkan

FENOMENA ARCHIMEDES

Anak yang terapung dengan bantuan perahu ringan

Anak yang terapung di laut yang kadar garamnya tinggi

sekali

HUKUM NEWTON II

Laju perubahan momentum (massa M x

kecepatan V) adalah berbanding lurus dengan

gaya yang bekerja dan dalam arah yang sama

dengan gaya tersebut

𝐹 =𝑑(𝑀𝑉)

𝑑𝑡

M Konstan maka

𝐹 = 𝑀𝑑(𝑉)

𝑑𝑡 F = M a

DIMENSI DAN SATUAN

MKS dan SI (Systeme International d’Unite)

Satuan MKS :

Gaya kgf

Massa kgm

Satuan SI :

Gaya Newton (N)

Massa kg

Kgf = g N

SIFAT-SIFAT ZAT CAIR

I Putu Gustave S. P., ST., M.Eng

Persamaan dan perbedaan zat cair dan gas

Persamaan :• Kedua zat tidak melawan perubahan bentuk• Kedua zat tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser

Perbedaan :• Zat cair mempunyai permukaan bebas dan hanya

menempati volume yang dibutuhkan saja, sedangkan gas tidak mempunyai permukaan bebas dan massanya akan mengisi seluruh ruangan

• Zat cair merupakan zat yang secara praktis tak termampatkan, gas adalah zat yang bisa dimampatkan

Sifat zat cair

• Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair, akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer

• Mempunyai massa dan berat jenis

• Dapat dianggap tidak termampatkan (incompressible)

• Mempunyai viskositas (kekentalan)

• Mempunyau kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan

RAPAT MASSA, BERAT JENIS, DAN RAPAT RELATIF

RAPAT MASSA ( )

V

M Massa (M) yang menempati

volume (V)

Satuan rapat massa berdasarkan SI adalah kg/m3 dan berdasarkan MKS adalah kgm/m3

Rapat massa air pada suhu 40 C dengan tekanan atmosfer standar adalah 1000 kg/m3

Massa zat cair tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu

BERAT JENIS ( )Berat benda tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu

g

Satuan berat jenis berdasarkan SI adalah N/m3 dan berdasarkan MKS adalah kgf/m3

Rapat massa air pada suhu 40 C dengan tekanan atmosfer standar adalah 1000 kgf/m3 atau 1 t/m3

RAPAT RELATIFPerbandingan antara rapat massa suatu zat dengan rapat massa air (merupakan bilangan tak berdimensi)

airair

S

cairzat cairzat

LATIHAN SOAL

Satu liter minyak mempunyai berat 0.56 kgf. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif , volume minyak 1 l?

Satu liter minyak mempunyai berat 8,65 N. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif

KEMAMPATAN ZAT CAIR

KEMAMPATAN ZAT CAIR

Perubahan (pengecilan ) volume karena adanya perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal dikenal dengan modulus elatisitas

V

dV

dpK

Pertambahan tekanan

Pengurangan volume

Nilai K untuk zat cair sangat besar sehingga perubahan volume akibat adanya perubahan tekanan sangat kecil sehingga terkadang diabaikan.

Pada kondisi tertentu dimana perubahan tekanan sangat besar dan mendadak maka anggapan zat cair tidak termampatkan tidak berlaku

LATIHAN SOAL

Modulus elastisitas air adalah K = 3,24 x 109 N/m2. Berapakah besarnya perubahan volume dari 1 m3 air apabila terjadi penambahan tekanan sebesar 30 bar (1 bar = 105 N/m2)

Sifat zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu

bergerak/mengalir.

Tegangan geser (N/m2)

Kekentalan dinamik (Nd/m2)Kekentalan kinematik (m2/d)

U

Y

Zat cair yang mempunyai hubungan linier antara tegangan geser

dan gradien kecepatan disebut zat cair Newton

Zat cair ideal, tegangan geser adalah nol dan kurvanya berimpit

dengan absis

du/dy

Tegangan g

ese

r

Zat padat elastis

Zat cair ideal

Zat Cair Newton akan berubah tergantung

pada temperature

Zat cair non Newtonian selain temperature

juga dipengaruhi gaya yang diterima

(oobleck, campuran pati jagung dan air)

Dua buah plat horizontal ditempatkan sejajar

dengan jarak 10 mm. Ruang diantaranya diisi oli

dengan viskositas 1,2 N d/m2. hitung tegangan geser

pada oli, apabila plat atas bergerak dengan

kecepatan 2,5 m/d?

Dua buah plat sejajar berjarak 0,02 cm. Plat bagian

bawah tetap, sedang bagian atas bergerak dengan

kecepatan 50 cm/d. Untuk menggerakkan plat

dengan kecepatan tersebut diperlukan gaya tiap

satuan luas sebesar 2 N/m2. Tentukan viskositas

fluida yang berada di antara kedua plat?

Tegangan permukaan ( )

Adanya ketidak setimbangan gaya tarik ke atas dankebawah

Gaya tarik ke bawah lebih dominan

Timbul kerja dari zat cair untuk melawan gaya kebawah

Tegangan Permukaan

Timbul karena gaya tarik-menarik molekul-molekul zat cair yang sejajar permukaan

F

=L

F

Kapilaritas

Akibat Gaya Kohesi dan Adhesi

Kohesi > Adhesi Air RaksaKohesi < Adhesi Air

Kenaikan Kapiler

Apabila tabung bersih, θ = 00 untuk air dan1400 untuk raksa

h

d

AIR

h

d

RAKSA

Soal

Tabung gelas berdiameter 3 mm dimasukkan secara vertikal kedalam air. Hitung kenaikan kapiler apabila tegangan permukaanσ = 0,0736 N/m. Tabung bersih?

TUGAS 1

• Satu liter minyak mempunyai berat 0.56 kgf. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif , volume minyak 1 l?

• Modulus elastisitas air adalah K = 3,24 x 109

N/m2. Berapakah besarnya perubahan volume dari 1 m3 air apabila terjadi penambahan tekanan sebesar 30 bar (1 bar = 105 N/m2)

• Dua buah plat sejajar berjarak 0,02 cm. Plat bagian bawahtetap, sedang bagian atas bergerak dengan kecepatan 50 cm/d. Untuk menggerakkan plat dengan kecepatantersebut diperlukan gaya tiap satuan luas sebesar 2 N/m2.

Tentukan viskositas fluida yang berada di antara kedua plat?• Tabung gelas berdiameter 3 mm dimasukkan secara vertikal

ke dalam air. Hitung kenaikan kapiler apabila teganganpermukaan σ = 0,0736 N/m. Tabung bersih?