Rangkuman dan Contoh Soal Fluida Dinamis hingga Hukum Bernoulli

Fluida sangat di butuhkan dalam kehidupan sehari-hari, setiap hari manusia menggunakan fluida seperti minum,mencuci,menghirup udara dan banyak aktivitas lain yang menggunakan fluida.

Fluida ini dibagi menjadi dua bagian yaitu Fluida Statis dan Fluida Dinamis. Apa perbedaannya?

Fluida statis dipakai untuk menjelaskan fenomena-fenomena seperti kenaikan besar tekanan air terhadap kedalamannya dan perubahan besar tekanan atmosfer terhadap ketinggian pengukuran dari permukaan laut.

Sementara fluida dinamis adalah fluida yang bergerak baik berupa zat cair maupun gas. Contohnya adalah ketika menekan air yang mengalir di ujung selang agar aliran airnya lebih cepat dan jangkauannya lebih jauh.

Sifat Fluida Dinamis

Untuk mempelajari fenomena fluida dinamis ini, para ilmuwan sepakat untuk membuat asumsi tentang fluida ideal. Sifat-sifat fluida ideal itu di antaranya:

• Merupakan aliran tunak (kecepatan aliran di suatu titik adalah konstan terhadap waktu).

Jika kecepatan v di suatu titik adalah konstan, maka aliran fluida dikatakan tunak. Contoh aliran tunak adalah arus air yang melaju dengan tenang (kelajuan aliran rendah).

• Merupakan aliran yang tidak termampatkan, artinya fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume atau massa jenis ketika ditekan. Jika afluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume atau massa jenis ketika ditekan, maka aliran fluida dikatakan tak termampatkan. Hampir semua zat cair yang bergerak 
• Merupakan aliran yang tidak kental. Fluida tidak akan mengalami gesekan antara lapisan fluida satu dengan lapisan lainnya maupun dengan dinding saluran akibat gejala viskositas.
• Aliran memiliki garis arus dan tidak bergolak, artinya tiap partikel fluida akan melewati titik lintasan yang sama dengan arah yang sama.

Meskipun tidak ada fluida yang benar-benar ideal, tetapi fluida yang paling mendekati dengan sifat-sifat fluida ideal tadi adalah air. Sehingga penelitian-penelitian tentang fluida menggunakan air.

Jenis Aliran Fluida

Ada beberapa jenis aliran fluida. Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang bergerak disebut garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida yaitu sebagai berikut :

Aliran lurus atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. Pada aliran ini partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan. Aliran laminer dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau slang.
Aliran turbulen yaitu aliran yang ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen sering dijumpai di sungai-sungai dan selokan-selokan.

Ciri-Ciri umum Fluida Dinamis

Ciri-Ciri umum dari fluida dinamis yaitu sebagai berikut :

• Fluida dianggap tidak kompetibel
• Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan, walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan)
• Aliran fluida adalah aliran stasioner yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida yang melalui suatu titik tertentu selalu tetap

• Tak bergantung waktu (tunak), artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu, dan membentuk
• Aliran leminer (berlapis)

Besaran-besaran dalam fluida dinamis

Debit aliran (Q)

Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang (m2)

V = laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)
V = volume (m3)
t = selang waktu (s)

Hukum-hukum Fluida Dinamis

Terdapat beberapa 2 hukum yang berlaku di dalam fluida dinamis, yaitu Hukum Kontinuitas dan Hukum Bernoulli.

1. Hukum Kontinuitas

Kalau kita kembali lagi ke peristiwa menyiram bunga tadi, air yang mengalir dari selang yang ujungnya ditekan lebih cepat, mengapa bisa demikian? Hal itu disebabkan oleh fenomena Hukum Kontinuitas pada fluida yang mengalir.

Hukum Kontinuitas menyatakan bahwa debit air yang mengalir di setiap titik sepanjang aliran selang adalah sama atau konstan.

Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

Debit atau Q merupakan jumlah volume fluida yang mengalir per satuan waktu atau secara matematis ditulis

Volume dapat dicari dengan mengalikan luas penampang pada selang dengan panjang selang atau V = A cdot L. Sehingga persamaan debit menjadi

Panjang selang yang dilalui oleh air bisa didapat dari kecepatan air dikali dengan waktu, atau dengan kata lain kecepatan adalah panjang selang dibagi waktu, v = frac{L}{t}. Sehingga persamaan debit menjadi

Maka Hukum Kontinuitas dapat dituliskan juga menjadi

2. Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli ditemukan oleh ilmuwan asal Jerman, yaitu Daniel Bernoulli. Dari penemuan ini, Bernoulli berhasil menerbitkan sebuah buku berjudul Hydrodynamica pada tahun 1738.

Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

Hukum ini ternyata bisa diaplikasikan untuk berbagai jenis aliran fluida asalkan memenuhi syarat berikut ini.

• Fluidanya tidak dapat dimampatkan (incompressible).
• Fluidanya tidak memiliki viskositas.
• Aliran fluidanya tetap (steady).
• Aliran fluidanya berjenis laminar (tetap dan tidak membentuk pusaran).
• Tidak ada hilang energi akibat gesekan antara fluida dan dinding serta turbulen.
• Tidak ada transfer energi kalor.

Dalam hal ini berlaku Hukum Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volum ( ½rv2) dan energi potensial per satuan volum (rgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

Jika Hukum Bernoulli dinyatakan dalam persamaan menjadi:

Keterangan: