Modul 1 Mekflu Dan Hidrolika

MODUL PERKULIAHAN

MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA

Modul Standar untuk digunakan dalam Perkuliahan di Universitas Mercu Buana

Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh

TEKNIK PERECANAAN DAN DESAIN

Teknik Sipil 01 MK Acep Hidayat,ST,MT

Abstract Kompetensi

Materi Mekanika Fluida dan Hidrolika berisikan mengenai Statika Fluida, Kinematika Fluida, Dinamika Fluida dan Kehilangan Energi.

Mahasiswa dapat memahami konsep dasar fluida dan Hidrolika, memahami konsep kinematika fluida static dan dinamik, memahami konsep

‘13 1

Acep Hidayat,ST,MTPusat Bahan Ajar dan eLearninghttp://www.mercubuana.ac.id

hidrostatika fluida dan mampu menerapkan dalam perencanaan saluran terbuka dan saluran tertutup.

DEFINISI DAN SIFAT-SIFAT FLUIDA DEFINISI DAN KONSEP

PELABUHAN

Mekanika fluida dan hidrolika adalah bagian dari mekanika terpakai (Applied

Mechanics) yang merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan dasar bagi teknik

sipil. Mekanika fluida dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang

mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku serta perilaku fluida (cairan dan

gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-

sifat dan hukum-hukum yang berlaku, serta perilaku cairan terutama air baik dalam

keadaan diam maupun bergerak atau mengalir. Pelabuhan yang tidak diusahakan:

pelabuhan dalam pembinaan pemerintah yang sesuai dengan kondisi kemampuan dan

pengembangan potensinya masih didominasi sifat overheid zorg Pelabuhan otonom:

pelabuhan yang diberi wewenang untuk mengatur kegiatan dan pengembangannya

sendiri

a. Segi jenis pelayanan terhadap kapal dan muatan

Pelabuhan utama (mayor port): pelabuhan yang melayani kapal-kapal besar dan

merupakan pelabuhan pengumpul/pembagi muatan

Pelabuhan cabang (feeder port): pelabuhan yang melayani kapal-kapal kecil sebagai

pendukung pelabuhan utama

b. Segi kegiatan khusus

Pelabuhan umum

Pelabuhan industri

Pelabuhan minyak/tambang

Pelabuhan militer

‘13 2


1. MASTERPLAN PELABUHAN

Ditinjau dari subsistem angkutan (Transport Subsystem), pelabuhan merupakan salah satu

simpul dari rantai bagi kelancaran angkutan muatan darat dan laut.

Untuk menjalankan peran dan fungsinya, secara umum pelabuhan didukung oleh sarana

dan prasarana di darat maupun perairan, antara lain:

a. Kapal-kapal muat dan kapal kerja

b. Dermaga dan gudang terbuka/tertutup

c. Kolam pelabuhan

d. Alur Pelayaran

e. Sistem telekomunikasi

f. Sistem jaringan jalan dengan daerah pendukung

g. Sistem jaringan pelayaran (route system)

h. Fasilitas penerangan

i. Hidrolika mempelajari gaya-gaya yang bekerja pada benda yang

berada dalam cairan dalam keadaan diam, keseimbangan gaya-gaya yang mengapung

dan melayang dalam cairan, serta keseimbangan relatif.

j. Sedangkan hidrodinamika mempelajari cairan dalam keadaan bergerak atau mengalir

dalam dimensi waktu (t) dan tiga dimensi tempat (x,y,z). Namun di dalam modul

Mekanika Fluida ini pembahasan terbatas pada aliran tetap (tidak berubah menurut

waktu) satu dimensi (hanya berubah di arah aliran) saja.

2. BESARAN DAN SATUAN

2.1. Standar Untuk Besaran Panjang, Massa, dan Waktu

Hukum-hukum fisika dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar. Besaran-

besaran dasar tersebut mempunyai definisi yang jelas. Besaran-besaran dasar tersebut

disebut besaran Pokok. Di dalam mekanika, ada tiga besaran Pokok, yaitu Panjang (L),

Massa (M), dan Waktu (T). Oleh karena itu semua besaran-besaran di dalam mekanika

dapat dinyatakan dengan besaran-besaran dasar tersebut. Misalnya besaran kecepatan

yang mempunyai satuan meter/sekon, dapat dinyatakan oleh besaran dasar panjang (meter)

dan besaran waktu (sekon). Besaran-besaran di dalam fisika pada umumnya merupakan

kombinasi dari beberapa besaran yang lebih mendasar. Misalnya, besaran kecepatan

merupakan kombinasi dari besaran panjang dan besaran waktu.

‘13 3


Yang dimaksud dengan besaran standar atau besaran pokok adalah besaran yang

didefinisikan dan kemudian dijadikan sebagai acuan pengukuran.

2.2. Standar Untuk Besaran Panjang, Massa, dan Waktu

Hukum-hukum fisika dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar. Besaran-

besaran dasar tersebut mempunyai definisi yang jelas. Besaran-besaran dasar tersebut

disebut besaran Pokok. Di dalam mekanika, ada tiga besaran Pokok, yaitu Panjang (L),

Massa (M), dan Waktu (T). Oleh karena itu semua besaran-besaran di dalam mekanika

dapat dinyatakan dengan besaran-besaran dasar tersebut. Misalnya besaran kecepatan

yang mempunyai satuan meter/sekon, dapat dinyatakan oleh besaran dasar panjang (meter)

dan besaran waktu (sekon). Besaran-besaran di dalam fisika pada umumnya merupakan

kombinasi dari beberapa besaran yang lebih mendasar. Misalnya, besaran kecepatan

merupakan kombinasi dari besaran panjang dan besaran waktu.

Yang dimaksud dengan besaran standar atau besaran pokok adalah besaran yang

didefinisikan dan kemudian dijadikan sebagai acuan pengukuran.

2.3. Standar satuan panjang

Sebelum tahun 1960, standar satuan panjang didefinisikan sebagai panjang antara

dua goresan pada suatu batang terbuat dari Platina-Iridium yang disimpan pada suatu

ruangan yang terkontrol kondisinya (lihat gambar 1b). standar ini sudah ditinggalkan karena

beberapa alasan, antara lain karena ketelitian dari standar ini sudah tidak lagi memenuhi

tuntutan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang menurut ketelitian makin tinggi.

Setelah standar panjang di atas ditinggalkan pada tahun 1960, didefinisikan kembali

standar panjang baru yaitu: Satu meter didefinisikan sebagai 1 650 763,73 kali panjang

gelombang cahaya oranye merah yang dipancarkan oleh lampu Krypton-86.

Pada tahun 1983, standar panjang ini didefinisikan kembali, yaitu: Satu meter

didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya di dalam vakum selama waktu

1/299 792 458 detik. Standar ini yang berlaku hingga kini. Dari definisi yang terakhir ini,

maka dapat kita tetapkan bahwa kecepatan cahaya di dalam vakum adalah 299 792 458

meter per sekon.

2.4. Standar satuan massa

Standar untuk satuan massa sistem Internasional adalah kilogram (kg). Massa

sebesar 1 kilogram didefinisikan sebagai masa sebuah benda berbentuk silinder yang

terbuat dari platina-iridium. Gambar 1 (a) memperlihatkan kilogram standar yang tersimpan

dan tertutup oleh tabung gelas. Masa standar ini berbentuk silinder dengan diameter 3,9 cm

‘13 4


dan tinggi 3,9 cm. Kilogram standar ini disimpan di Lembaga Berat dan Ukuran

Internasional, di Sevres, Prancis dan ditetapkan pada tahun 1887.

Duplikasi dari kilogram standar ini disimpan di “National Institute of Standars and

Technology (NIST) di Gaithersburg, Md”. Bila kita mempunyai benda bermassa 5 kg, berarti

benda tersebut mempunyai massa 5 kali massa standar di atas.

Untuk dapat memperoleh gambaran massa dari berbagai benda yang ada di alam

semesta ini, lihat tabel 1.

Tabel 1. Massa dari beberapa benda dan makhluk hidup di alam semesta ini

Benda Massa (kg)

Alam semesta

Galaksi Milky

Way

Matahari

Bumi

Bulan

Manusia

Bakteri

Atom hidrogen

Elektron

1 x 1052

7 x 1041

2 x 1030

6 x 1024

7 x 1022

7 x 101

1 x 10-15

1,67 x 10-27

9,11 x 10-31

2.5. Standar satuan waktu

Sebelum tahun 1960, waktu standar dinyatakan dalam hari matahari rata-rata pada

tahun1900. Sehingga satu detik didefinisikan sebagai (1/60) (1/60) (1/24) hari matahari.

Pada tahun 1960 satu detik didefinisikan kembali, hal ini dilakukan untuk dapat memperoleh

ketelitian yang tinggi, yaitu dengan menggunakan Jam atom. Standar ini didasarkan pada

prinsip transisi atom (proses berpindahnya atom dari suatu tingkat energi ke tingkat energi

yang lebih rendah). Dalam alat ini, frekuensi transisi atom dapat diukur dengan ketelitian

sangat tinggi yaitu 10-12. Frekuensi ini tidak bergantung pada lingkungan di mana jam atom

ini berada. Oleh karena itu satu detik didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh atom

Cesium untuk bergetar sebanyak 9 192 631 770 kali. Dengan menggunakan jam atom ini,

waktu hanya berubah 1 detik setiap 300 000 tahun. ‘13 5


‘13 6


3. Besaran dan Dimensi

3.1 Besaran Pokok dan Besaraan Turunan

Di dalam makanika, kita kenal sistem MKS (meter, kilogram, dan sekon). Selain

sistem MKS ada juga sistem besaran yang lain. Tetapi pada tahun 1960, suatu komite

internasional telah menetapkan sejumlah besaran yang merupakan suatu besaran dasar

atau besaran pokok. Sistem tersebut dikenal sebagai “System International”. Untuk

selanjutnya, di dalam buku ini akan selalu digunakan Sistem International. Adapun besaran-

besaran dasar yang ditetapkan di dalam Sistem International tersebut besaran dasar

(Pokok) yang dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 2: Besaran pokok, satuan, dan dimensinya menurut Sistem Internasional (SI)

No Besaran Pokok Satuan Singkatan Dimensi

1 panjang meter m L 2 massa kilogram kg M3 waktu sekon s T4 kuat arus listrik ampere A I5 suhu kelvin K 6 Intensitas cahaya mol mol N7 Jumlah zat kandela (lilin) Cd J

Selain besaran pokok di atas masih ada besaran lain, yaitu besaran pelengkap

No Besaran Pokok Satuan Singkatan Dimensi 8 Sudut datar Radian rad -9 Sudut ruang Steradian Sr -

Setelah besaran-besaran pokok ditetapkan, maka besaran-besaran dalam fisika dapat mempunyai yang merupakan kombinasi dari besaran-besaran pokok tersebut maupun dengan besaran pelengkap. Besaran yang satuannya dapat diturunkan dari besaran pokok disebut besaran turunan. Jadi secara garis besar, besaran di dalam fisika dapat dibagi menjadi Besaran Pokok,

Besaran Turunan, dan Besaran Tambahan.Contoh dari besaran turunan adalah: kecepatan, percepatan, gaya, usaha, daya, volume, massa jenis dan lain-lain.

3.2 Dimensi

‘13 7


Kata dimensi di dalam fisika mempunyai arti yang berbeda dengan kata dimensi

dalam kehidupan sehari-hari. Dimensi merupakan sifat fisis dari suatu besaran dan tidak

bergantung pada besar pengukuran. Misalnya: besaran massa, apakah massa tersebut 5

kg, 10 kg, atau 20 kg, besaran massa tersebut tetap mempunyai dimensi M (lihat tabel 1).

Pada umumnya besaran-besaran di dalam fisika mempunyai dimensi. Dimensi besaran

turunan dapat diperoleh dengan menggunakan kombinasi dari besaran pokok. Dengan kata

lain, dimensi dari suatu besaran turunan merupakan cara dari besaran tersebut tersusun

dari besaran pokok, misalnya: Volume suatu balok, dapat dicari dengan mengalikan panjang

(p), lebar (l), dan tinggi (t) dari balok tersebut. Panjang, lebar maupun tinggi mempunyai

dimensi panjang, yaitu L. Oleh karena itu, dimensi dari volume menjadi L3.

Dimensi suatu besaran dinyatakan dengan lambang huruf dan diberi tanda kurung

persegi. Misalnya, dimensi dari besaran gaya F dapat ditulis sebagai [ F ]. Dengan

mengetahui dimensi dan satuan dari besaran-besaran pokok, maka dengan menggunakan

analisis dimensional, kita dapat menentukan dimensi dan satuan dari besaran turunan.

Kegunaan dimensi dan analisis dimensional

Di bawah ini, akan diberikan contoh-contoh kegunaan dimensi dan analisis dimensional.

1. Menentukan dimensi dan satuan dari suatu besaran

Tentukan dimensi dan satuan dari besaran-besaran ini menurut Sistem Internasional.

a) Volume (V)

b) Kecepatan (v)c) Percepatan (a)d) Gaya (F)e) Momentum (p)

Jawab

Besaran-besaran di atas merupakan besaran turunan, oleh karenanya dimensi dan

satuannya dapat diturunkan dari besaran pokok menurut Sistem Internasional (tabel

….)

a. Volume = panjang x lebar x tinggiDimensi dari volume dituliskan sebagai [ V ]

[ V ] = [ panjang ] x [ lebar ] x [ tinggi ]

[ V ] = L . L . L = L3

‘13 8


Oleh karena itu gaya dapat diperoleh dengan mengubah lambang-lambang dimensi

besaran pokok di atas dengan satuan dari besaran-besaran pokok.

Jadi, satuan dari volume (V) = m . m . m = m3

Jarak b. Kecepatan = --------

Waktu

[ Jarak ] Kecepatan = ----------- [ Waktu ]

L

[ v ] = ----- = L t-1

T

Dengan cara yang sama pada jawaban (a) di atas, maka dari kecepatan v = ms-1

kecepatan

c. Percepatan = --------------

Waktu

LT-1

[ a ] = ------ = L T-2

T

Satuan dari percepatan = m s-2

d. Gaya = massa x percepatan

[ F ] = [ massa ] x [ percepatan ]

[ F ] = M . L T-2

Jadi satuan dari F adalah kg m s-2 atau kg m s-2

e. Momentum (p) merupakan perkalian antara massa (m) dan kecepatan

(v) [ p ] = [ m ] [ v ] = M . L T-1

Jadi satuan dari p adalah kg m s-1 atau kg . m/s

2. Menentukan apakah dua besaran mempunyai kesetaraan atau kesamaan

‘13 9


Buktikan bahwa besaran energi (E = ½ mv2) mempunyai dimensi sama dengan usaha W = F s, dengan m, v, F, dan s berturut-turut massa, kecepatan (laju), gaya, dan perpindahan.

Jawab

Energi (E) mempunyai dimensi massa dikali dengan kuadrat dimensi kecepatan.

Pada contoh 1, sudah kita ketahui bahwa dimensi massa adalah M dan dimensi laju

L T-1. Oleh karena itu dimensi dari Energi [E] adalah

[ E ] = M L2 T-2

.

DAFTAR PUSTAKA

Daftar Pustaka:

1. Irving H. Shames “Mechanics of Fluids”, McGraw Hill, 19822. White, F.M., “Open Channel Flow”, Prentice Hall, 19933. Ned H.C. Hwang,”Fundamentals of Hydraulic Engineering System”, Prentice Hall,

19874. Ven Te Chow “Open Channel Hydraulics”, McGraw Hill, 19825. Robert W. Fox, Alan T. Mc Donald, Philip J. Pritchard “Introduction to Fluid

Mechanics”, John Wiley & Sons Inc. 20046. Linsley, R., K., and Franzini, J., B, “Water Resources Engineering” McGraw-Hill

Book Company7. Departemen Kimpraswil, Dirjen Sumber Daya Air, “Pedoman Perencanaan

Sumberdaya Air Wilayah Sungai”

‘13 10


Modul 1 Mekflu Dan Hidrolika

Documents

Transcript of Modul 1 Mekflu Dan Hidrolika