Rangkuman Materi Fisika - Fluida Dinamis

Zsmart.id. Pada artikel kali ini, admin akan memberikan rangkuman materi fisika yakni mmateri fluida dinamis. 

A. Debit

Debit merupakan kuantitas atau besaran yang menggambarkan seberapa banyak volum fluida dalam hal ini zat cair yang mengisi wadah tiap detiknya. Berdasarkan pernyataan ini, maka secara matematis, persamaan debit dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan berikut :

dengan keterangan masing-masing besaran adalah Q merupakan debit (m³/s), V merupakan volum fluida (m³) dan t merupakan waktu (s). Selain itu, besar debit dari suatu fluida juga dipengaruhi oleh luas lubang dan kecepatan aliran fluida yang dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan berikut :

dengan A adalah luas permukaan lubang (m²) dan v adalah kecepatan aliran fluida (m/s). Sehinga, terdapat hubungan matematis yakni :

Persamaan ini juga dikenal sebagai persamaan kontinuitas fluida. 

B. Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernoulli merupakan persamaan yang menghubungkan konsep tekanan dan energi dari sebuah fluida yang mengalir pada suatu wadah tertentu dari dua titik dengan ketinggian yang sama ataupun berbeda. Secara umum, persamaan Bernoulli dituliskan ke dalam bentuk persamaan :

dengan P adalah tekanan (Pa), h merupakan ketinggian titik 1 dan 2 terhadap tanah (m), v adalah kecepatan fluida yang mengalir pada titik 1 dan 2 (m/s), g adalah percepatatn gravitasi (g=10m/s²) dan ρ adalah massa jenis fluida (kg/m³). 

Sekarang kita akan melihat beberapa penerapan persamaan Bernoulli dalam berbagai kasus.

1. Teorema Torricelli

Jika terdapat sebuah wadah yang berisi air kemudian terdapat lubang setinggi Δh dari permukaan tabung maka kecepatan aliran fluida dapat diketahui dengan menggunakan prinsip persamaan Bernoulli dan diperoleh 

dengan g merupakan percepatan gravitasi bumi. Lebih lanjut, dengan menggunakan konsep gerak parabola maka jarak terjauh pancuran air dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

dimana R merupakan jarak terjauh pancuran (m).

2. Venturimeter

Venturimeter merupakan sebuah alat yang dignakan untuk menentikan kecepatan fluida yang secara skematik dapat dilihat pada gambar berikut :

dengan menerapkan prinsip Bernoulli, maka kecepatan alir v₁ adalah 

C. Viskositas (Kekentalan)

Jika kita memiliki tiga buah wadah yang diisi dengan tiga jenis cairan yang berbeda-beda kemudian pada tiap wadah dijatuhkan benda maka benda akan mencapai dasar tidak dalam waktu yang bersamaan. Hal ini dikarenakan benda mengalami hambatan atau gesekan yang berasala dari fluida tersebut. Sehingga, semakin besar hambatan yang diberikan ke benda, maka akan semakin kental juga fluida tersebut. Di sisi lain, kekentalan dari suatu fluida akan dipengaruhi oleh temperatur fluida tersebut. Jika temperatur fluida dinaikkan maka sifat kekentalan fluida akan menurun. Sehingga menyebabkan gaya hambat berkurang. 

Sifat kekentalan dari fluida ini secara matematis dirumuskan ke dalam bentuk persamaan yang dikenal sebagai persamaan Stokes berikut :

dengan r merupakan jejari bola (m), v merupakan kecepatan bola (m/s) dan η merupakan koefisien kekentalan fluida (Ns/m²). 

D. Latihan Soal

1. Sebuah wadah horisontal memiliki luas permukaan yang berbeda dikedua ujungnya. Pada ujung A yang memiliki diameter 5cm dialiri oleh fluida dengan kecepatan 4m/s. Tentukan besar kecepatan fluida yang mengalir pada ujung B yang memiliki jejari 3cm !
2. Sebuah wadah yang tingginya 250cm diisi penuh dengan zat cair. Jika terdapat lubang berdiameter 2mm pada 100cm di atas permukaan tanah maka tentukan a) besar kecepatan aliran fluida pada lubang tersebut serta b) jarak terjauh yang ditempuh oleh fluida !

Sekian informasi mengenai rangkuman materi fluida dinamis. Semoga informasi ini bermanfaat. Terima kasih.

Share :