MAKALAH Mekanika Fluida [PDF]

Citation preview

MAKALAH Mata kuliah : Fisika Teknik Dosen : Deni Moh Budiman, M.Pd



MEKANIKA FLUIDA



DISUSUN OLEH: Nama : Indera Kalianda Nugraha NIM : D32151050 KONSENTRASI :MEKATRONIK PRODI : MEKANIK INDUSTRI DAN DESAIN



POLITEKNIK TEDC BANDUNG 2015/2016



KATA PENGANTAR



Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya. Sehingga penyusun dapat menyelesaikan makalah yang diberi judul “MEKANIKA FLUIDA”. Penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan makalah ini, sehingga menjadi lebih baik. Dan semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Penyusun menyadari bahwa disana-sini dalam makalah ini masih banyak terdapat kekurangan dan kekeliruannya. Penyusun dengan senang hati menerima koreksi dan teguran dari pembaca untuk kelengkapan dan perbaikan makalah ini. Untuk itu penyusun menyampaikan maaf dan ucapan terima kasih.



Cimahi, 26 Desember 2015 Penyusun



DAFTAR ISI



Kata Pengantar ………………………………………………………………. i Daftar isi…………………………………………………….....……………... ii BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang................................................................................... 1 2. Rumusan masalah.............................................................................. 1 BAB II PEMBAHASAN 1. Pengertian Fluida.....................................................................……..2 2. Pengertian Mekanika Fluida ............................................................ 2 3. Jenis - jenis Fluida…………………………………………………. 3 4. Ciri-Ciri Aliran Fluida……………………………………………... 4 5. Sejarah Mekanika Fluida………………………………………… 5 6. Penemu-Penemu Teori Fluida……………………………………



7



7. Penerapan Mekanika Fluida………………………………… ……..12 BAB III PENUTUP 1. Kesimpulan…………………………………………........................ 15



BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Fluida berupa gas dan cairan. Dalam kehidupan kita selalu berhubungan dengan



fluida. Gejala-gejala alam yang sering terjadi di



disebabkan



oleh pengaruh fluida. Mekanika fluida



memelajari



perilaku fluida baik dalam keadaan diam (static) maupun bergerak (dynamic)



serta



akibat interaksi dengan



sekitar



adalah



suatu



kita ilmu



biasanya yang



media batasnya (zat padat atau fluida dengan yang



lain ).



Seperti kebanyakan disipilin ilmu lainnya, mekanika fluida mempunyai



sejarah



panjang dalam pencapaian hasil-hasil pokok hingga menuju ke era modern seperti sekarang ini. Mekanika fluida berkembang sejalan peradaban manusia. Banyak aspek mekanika fluida, seperti mesin fluida, dan



dengan perjalanan perkembangan



kehidupan



manusia yang terkait dengan



transportasi, industri, aerodinamik bangunan, mesin-



kesehatan. Pada



makalah ini akan dibahas tentang



penerapan Mekanika Fluida dalam kehidupan sehari – hari. 2. Rumusan Masalah Dari latar belakang di atas dapat diambil rumusan permasalahan yaitu a) Apa pengertian dari Fluida b) Pengertian Mekanika Fluida c) Bagaimana Sejarah Mekanika Fluida d) Penerapan Mekanika Fluida



BAB II PEMBAHASAN



1. Pengertian Fluida Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan oleh lemahnya ikatan antara molekul yang disebut kohesi. Gaya kohesi pernah kita pelajari saat kita berada di bangku SMP gaya kohesi sendiri tersebut adalah gaya tarik antar partikel sejenis. Dalam kasus ini gaya kohesi antara molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat cair. Ini mnyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya. Akibat yang lainnya adalah sifat kemampuannya untuk dimampatkan.Gas bersifat mudah dimampatkan sedangkan zat cair sulit. Gas jika dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan berubah manjadi zat cair. Mekanika gas dan zat cair yang bergerak mempunyai perbedaan dalam beberapa hal, tetapi dalam keadaan diam keduanya mempunyai perilaku yang sama dan ini dipelajari dalam statika fluida.



2. Pengertian Mekanika Fluida Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara



fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak.



→ Fluida Newtonian vs. non-Newtonian Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai



fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien



kecepatan



pada arah tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa



fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk. Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan



tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu. → Persamaan pada fluida Newtonian Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal dengan istilah viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida Newtonian adalah: di mana τ adalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida μ adalah viskositas fluida-sebuah konstanta proporsionalitas adalah gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran Viskositas pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada temperatur dan



tekanan dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat inkompresibel dan viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida.



3. Jenis - jenis Fluida Fluida terbagi atas dua jenis, yakni fluida Statis (hidrostatika) dan fluida Dinamis (hidrodinamika).



a. Fluida Statis Fluida statis bermakna fluida atau zat alir yang tidak bergerak. Hal-hal yang dibahas dalam Fluida statis ini yaitu mengenai massa jenis, tekanan zat cair, hukum Pascal, tekanan hidrostatis, bejana berhubungan, hukum Archimedes, gaya apung, tegangan permukaan, kapilaritas. Eksperimen yang dilakukan bisa menghubungkan zat cair antar pipa yang berbeda luas dan penampang, menentukan massa jenis benda, mengukur massa gas dalam ruang atau tabung, bahkan bisa digunakan menentukan tekanan udara yang semakin meningkat ke atmosfer. Satuan yang digunakan adalah satuan tekanan (pascal, N/m2, atmosfer, psi), satuan volume (liter, dm>sup>3,m3, mililiter), satuan gaya (newton, dyne).



b. Fluida Dinamis Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak atau dalam hal ini fluida yang mengalir. Aliran fluida secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran lurus alias laminar dan aliran turbulen. Aliran lurus bisa kita sebut sebagai aliran mulus, karena setiap partikel fluida yang mengalir tidak saling berpotongan. Salah satu contoh aliran laminar adalah naiknya asap dari ujung rokok yang terbakar. Mula-mula asap naik secara teratur (mulus), beberapa saat kemudian asap sudah tidak bergerak secara teratur lagi tetapi berubah menjadi aliran turbulen. Aliran turbulen ditandai dengan adanya linkaran-lingkaran kecil dan menyerupai pusaran dan kerap disebut sebagai arus eddy. Contoh lain dari aliran turbulen adalah pusaran air.



4. Ciri-ciri dari aliran fluida: 1)



Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady. Aliran fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama. Katakanlah partikel fluida mengalir melewati titik A dengan kecepatan tertentu, lalu partikel fluida tersebut mengalir dengan kecepatan tertentu di titik B. nah, ketika partikel fluida lainnya yang nyusul dari belakang melewati titik A, kecepatan alirannya sama dengan partikel fluida yang bergerak mendahului mereka. Hal ini terjadi apabila laju aliran fluida rendah alias partikel fluida tidak kebutkebutan. Contohnya adalah air yang mengalir dengan tenang. Lalu bagaimanakah dengan aliran tak-tunak ? aliran tak tunak berlawanan dengan aliran tunak. Jadi kecepatan partikel fluida di suatu titik yang sama selalu berubah. Kecepatan fluida di titik yang berbeda tidak sama.



2) Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran taktermapatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termapatkan. Sebaliknya apabila jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan. Kebanyakan zat cair yang mengalir bersifat taktermampatkan. 3) Aliran fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolak (irrotational). untuk memahaminya dengan mudah, dirimu bisa membayangkan sebuah kincir mainan yang dibuang ke dalam air yang mengalir. Jika kincir itu



bergerak tapi tidak berputar, maka gerakannya adalah tak berolak. Sebaliknya jika bergerak sambil berputar maka gerakannya kita sebut berolak. Contoh lain adalah pusaran air. 4) Aliran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Kekentalan dalam fluida itu mirip seperti gesekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekan antara partikel fluida makin besar



5.



Sejarah Mekanika Fluida Mekanika Fluida adalah suatu ilmu yang mempelajari prilaku Fluida Baik dalam Keadan diam ( Statik ) Maupun Gerak ( dinamik ) serta akibat interaksi dengan media batas nya ( Zat padat atau fluida dengan V Lain ).seperti kebanyakan disiplin ilmu lainnya, Mekanik fluida mempunyai sejarah panjang dalam pencapaian hasilhasil pokok hingga menuju area modern seperti sekarang ini.



Pada masa prasejarah,



kebudayaan-kebudayaan kuno sudah memiliki pengetahuan yang cukup untuk memecahkan persoalan-persoalan Aliran tertentu.sebagi contoh perahu layar yang sudah di lengkapi dengan dayung dan system pengairan untuk pertanian sudah di kenal pada masa itu.pada abad ketiga sebelum masehi , Archimedes dan Hero dari Iskandariahmemperkenal kan Hukum Jajaran genjang untuk penjumlahan vector. Selanjutnya Archimedes ( 285-212 SM ) merumuskan Hukum Apung dan menerapkan pada benda-benda terapung Atau Melayang, dan juga memperkenalkan bentuk kalkulus Differensial sebagi bagian analisisnya. Sejak pemulaan masehi, sampai jaman Renaissance terus menerus terjadi perbaikan dalam rancangan system-sistem Aliran, Seperti Kapal , Saluran, dan Talang. air.akan tetapitidak ada bukti-bukti Adanya perbaikan yang mendasar dalam analisis aliran Akhirnya Leonardo da Vinci ( 1452-1519 ) menjabar kan persamaan kekekalan Masa dalam aliran tunak satu demensi, Leonardo da vinci adalah ahli eksperimen ulung dan catatan-catatanya berisi diskripsi yang seksama dengan gelombang, jet atau semburan, loncatan hidraulik, pembentuk pusaran , dan rancangan-rancangan seretan rendah ( bergaris aliran ) serta seratan tinggi ( Parasut ).Galileo ( 1564-1642 ) memperkenal kan beberapa hukum tentangmekanik.seorang perancis, Edme Moriotte ( 1642-1684 ) membangun terowongan angin yang pertama dan menguji model-model di dalam nya.



Soal-soal yang menyangkut momentum fluida akhirnya dapat di analisis setelah Isaac Newton ( 1642-1727 ) memperkenal kan hukum-hukum gerak dan hukum kekentalan untuk fluida linear yang sekarang di namakan fluida Newton. Teori itu mula-mula didasarkan atas asumsi fluida ideal (sempurna ) dan Tampa gesekan, dan para matematikawan abab ke lapan belas seperti: Daniel Bernoelidan Leonhrad Euler ( Swiss ), Clairaut dan D’Alembert (Perancis), Joseph-LouisLagrange (17361813),



Pierre-Simon



Laplace



(1749-1827),



dan



Gerstner



(1756-1832),



mengembangkan ilmu matematika untuk mekanika fluida (Hidrodinamika), dan banyak menghasilkan penyelesaian-penyelesaian dari soal-soal aliran tanpa gesekan.Euler Mengembangkan persamaan gerak diverensial dan bentuk integral nya.yang sekarang disebut persamaan bernoelli. D’Alembret memakai persamaan ini untuk menampilkan paradoksnya bahwa suatu benda yang terbenamdi dalam fluida tampa gesekan mempunyai seretan nol. sedangkan Gerstner memakai persamaan Bernoelli untuk menganalisis gelombang permukaan. Hasil-hasil ini merupakan hal yang berlebihan, karena asumsi fluida sempurna dalam praktek hanya mempunyai penerapan yang sangat terbatas dan kebanyakan aliran di bidang teknik sangat dipengaruhi oleh efek kekentalan. Para ahli teknik mulai menolak teori yang sama sekali tidak realistik itu, dan mulai mengembangkan hidraulika yang bertumpu pada ekperimen. Ahli-ahli eksperimen seperti Pitot, Chezy, Borda, Bossut, Coulomb (1736-1806), Weber (1804-1891), Francis (1815-1892), Russel (1808-1882), Hagen (1797-1889), Frenchman Poiseuille (1799-1869), Frenchman Darcy (1803-1858), Manning (1816-1897), Bazin (1829-1917), dan Saxon Weisbach (1806-1871) banyak menghasilkan data tentang beraneka ragam aliran seperti saluran terbuka, hambatan kapal, aliran melalui pipa, gelombang, dan turbin. Pada akhir abad kesembilan belas, hidraulika eksperimental danhidrodinamika teoritis mulai dipadukan. William Froude (1810-1879) dan putranya, Robert (18421924) mengembangkan hukum-hukum pengujian model, Lord Rayleigh (1842-1919) mengusulkan metode analisis dimensional, dan Osborne Reynolds (1842-1912) memperkenalkan bilangan Reynolds takberdimensi yang diambil dari namanya sendiri. Sementara itu, sejak Navier (1785-1836) dan Stokes (1819-1903) menambahkan suku-suku kental newton pada persamaan gerak dan dikenal dengan persamaan Navier-Stokes, belum dapat digunakan untuk aliran sembarang. Selanjutnya pada tahun 1904, setelah seorang insinyur Jerman, Ludwig Prandtl (18751953), menerbitkan makalah yang barangkali paling penting yang pernah ditulis orang



di bidang mekanika fluida. Prandtl menunjukan bahwa aliran fluida yang kekentalannya rendah, seperti aliran air atau aliran udara, dapat dipilah menjadi suatu lapisan kental (lapisan batas) di dekat permukaan zat padat dan antar muka, dan lapisan luar yang hampir encer yang memenuhi persamaan Euler dan Bernoulli. Teori lapis batas ternyata merupakan salah satu alat yang paling penting dalam analisisanalisis aliran modern, disamping teori yang dikembangkan oleh Theodore von Karman (1881- 1963) dan Sir Geofrey I. Taylor (1886-1975).



6. Penemu-Penemu Teori Fluida Adapun para nama-nama penemu teori fluida statik yang dapat kita sebut diantaranya adalah: a. Archimedes (287 – 212 SM) 



Sejarah Penemuan Teori Archimedes Archimedes lahir di kota Sirakusa di Pulau Sisilia, sebelah selatan



Italia,



pada tahun 287 SM. Ia belajar di kota Alexandria, Mesir. Kemudian ia



kembali



ke Mesir. Ayahnya ahli bintang namanya Phidias.



Archimedes adalah ilmuan terbesar sebelum Newton. Ia adalah ahli matematika Yunani (terutama geometri), ahli fisika (terutama mekanika ,statistika, dan hidrostatika), ahli optika, ahli astronomi, warga Negara Sisilia, pengarang , dan penemu. Ia mendapat julukan bapak IPA eksperimental karena mendasarkan penemuannya pada eksperimen. Kebenaran penemuanpenemuannya telah ia buktikan dengan eksperimen. Konsep pelambungan (air mendorong objek keatas sama dengan berat air yang digantikan objek) dan pengungkit (gaya mendorong kebawah pada satu sisi dari pengungkit menciptakan gaya mengangkat pada sisi lain yang proposional pada panjang dua sisi pengungkit) mendasari semua ilmu kuantitatif dan teknik. Prinsip ini mewakili pemahaman manusia yang paling awal mengenai hubungan dalam dunia fisika di sekitar kita dan merumuskan secara matematika kejadian fisika di dunia. Berbagai kemajuan ilmu dan teknik bergantung pada penemuan 2 prinsip ini. Seperti teknologi kapal (konvensional) dan kapal selam (submarine). Pada waktu itu yang jadi raja di Sirakusa adalah Hieron II,sahabat Archimedes. Pada suatu hari Hieron II menyuruh seorang pandai emas



membuat mahkota.Hieron merasa bahwa pandai emas itu curang. Mahkota itu tidak terbuat dari emas murni tapi dari campuran emas dan perak. Maka Hieron menyuruh Archimedes membuktikan kecurangan pandai emas itu tanpa merusak mahkota tersebut. Berhari-hari Archimedes berpikir keras. Ia tidak tahu cara membuktikan kecurangan pandai emas. Waktu itu belum ada alat elektronik yang dapat mendeteksi apakah sebuah benda terbuat dari emas murni atau emas campuran. Ketika kepala Archimedes terasa panas karena terlalu banyak berpikir,ia masuk ke tempat mandi umum. Ia membuka pakaian dan masuk ke bak mandi yang penuh dengan air. Archimedes menyadari lengannya terapung diatas air. Sebuah ide kemudian terbesit di benaknya. Dia menarik tangannya kedalam air dan dia merenggangkan lengannya. Lengannya dengan sendiri mengapung kembali ke atas. Kemudian dia mencoba berdiri dari bak, level air menjadi menyusut, kemudian dia duduk kembali, level air meningkat kembali. Dia berbaring, air naik lebih tinggi lagi, dan dia merasa lebih ringan. Dia berdiri, level air menurun dan dia merasa dirinya lebih berat. Air harusnya telah mendorong dia keatas sehingga dia merasa ringan. Tiba-tiba ia bangkit, lupa mengenakan pakaian, sambil telanjang bulat lari sepanjang jalan menuju rumahnya. Kepada istrinya ia berteriak, Eureka! Eureka! Artinya, Sudah kutemukan! Sudah Kutemukan! Apa yang ia temukan? Ia menemukan nama hukum Archimedes ,yang bunyinya: “Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapat gaya keatas seberat zat cair yang didesak oleh benda itu”. Dengan hukum itu ia bermaksud membuktikan kecurangan pandai emas. Dirumahnya ia melakukan percobaan selanjutnya. Dia kemudian mengambil sebuah batu dan sebalok kayu yang memiliki ukuran sama ke dalam bak dan merendamkan mereka kedua-duanya. Batu tenggelam tetapi terasa ringan. Dia harus menekan kayu supaya tenggelam. Itu artinya air harus menekan ke atas dengan gaya yang relatif terhadap jumlah air yang tergantikan oleh ukuran objek daripada berat dari objek. Seberat apa objek itu dirasakan di air mempengaruhi kepadatan objek. Ini membuat Archimedes mengerti bagaimana memecahkan masalah raja. Dia kembali ke raja. Kuncinya adalah kepadatan. Jika mahkota ini terbuat dari logam bukan emas, dia dapat memiliki berat yang sama tetapi akan memiliki kepadatan yang berbeda sehingga akan menumpahkan jumlah air yang berbeda. Mahkota dan sebuah emas yang beratnya sama di masukkan ke sebuah mangkok berisi air. Mahkotanya ternyata menumpahkan air lebih banyak sehingga terbukti mahkota itu adalah palsu. Pada masa itu, kapal yang dibuat oleh Archimedes adalah kapal yang terbesar. Untuk dapat mengambang, kapal ini harus dikeringkan dahulu dari air yang menggenangi dek kapal. Karena besarnya kapal ini, jumlah air yang harus dipindahkanpun amat banyak. Karena itu Archimedes menciptakan sebuah alat yang disebut “Sekrup Archimedes”. Dengan ini air dapat dengan mudah disedot dari dek kapal. Ukuran kapal yang besar ini juga menimbulkan masalah lain. Massa kapal yang berat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk mengatasi hal ini, Archimedes kembali menciptakan sistem katrol yang disebut “Compound Pulley”. Dengan sistem ini, kapal tersebut beserta awak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya dengan menarik seutas tali. Kapal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadi kapal paling fenomenal pada zaman itu.







kecil



Zat dibagian terletak di bawah



Prinsip Archimedes



Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke dalam zat cair seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih daripada ketika benda tidak berada di dalam zat cair tersebut. kamu mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan zat cair pada kedalaman yang berbeda. Seperti yang telah dijelaskan pada pokok bahasan Tekanan pada Zat cair, tekanan zat cair bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam zat cair (zat cair), semakin besar tekanan zat cair tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam zat cair, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara zat cair pada bagian atas benda dan zat cair pada bagian bawah benda. cair yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada zat cair yang berada di bagian atas benda. Zat cair yang berada bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada zat cair yang pada bagian atas benda. Hal ini disebabkan karena zat cair yang berada benda memiliki kedalaman yang lebih besar dari pada zat cair yang Berada di atas benda (h2 > h1). Besarnya tekanan zat cair pada kedalamana h2 adalah : P2 = → F2 = P2A= ρgh2A Besarnya tekanan zat cair pada kedalamana h1 adalah : P1 = → F1 = P1A= ρgh1A Cat : F2 = gaya yang diberikan oleh zat cair pada bagian bawah benda, F1 = gaya yang diberikan oleh zat cair pada bagian atas benda, A = luas permukaan benda, Selisih antara F2 dan F1 merupakan gaya total yang diberikan oleh zat cair pada benda, yang kita kenal dengan istilah gaya apung. Besarnya gaya apung adalah : Fapung = F2-F1 Fapung = (ρgh2A)- (ρgh1A) Fapung = ρgA(h2-h1) Fapung = ρF gAh Fapung = ρF gV



kita



Keterangan : ΡF= Massa jenis fluida (kg/m3) g=Percepatan gravitasi (m/s2) V=volume benda yang berada didalam fluida (m3) Karena : Ρ = → m = ρV Maka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung (F apung) di atas bisa tulis menjadi : Fapung = ρFGv Fapung = mFg = WF mFg = wF = berat zat cair yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang tercelup.



apung di



Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya pada benda sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Ingat bahwa yang dimaksudkan dengan zat cair yang dipindahkan di sini adalah volume zat cair yang sama dengan volume benda yang tercelup dalam zat cair. Pada gambar atas, telah menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam zat cair (air). Jika dinyatakan dalam gambar maka akan tampak sebagai



berikut:



Archimedes dengan bahwa : zat



Apabila benda yang dimasukkan ke dalam zat cair terapung, di mana bagian benda yang tercelup hanya sebagian maka volume zat cair yang dipindahkan = volume bagian benda yang tercelup dalam zat cair tersebut. Tidak peduli apapun benda dan bagaimana bentuk benda tersebut, semuanya akan mengalami hal yang sama. Ini adalah buah karya eyang buyut (287-212 SM) yang saat ini diwariskan kepada kita dan lebih dikenal julukan “Prinsip Archimedes”. Prinsip Archimedes menyatakan Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. 



Penemuan-penemuan Archimedes



Minat Archimedes adalah matematika murni: bilangan, geometri, menghitung luas bentuk-bentuk geometri. Archimedes dikenal karena kehebatannya mengaplikasikan matematika. Kehebatan inilah yang akan diuraikan di bawah ini. Archimedes berjasa menemukan ulir Archimedes, alat untuk mengangkat air dengan jalan memutar gagang alat ini dengan tangan. Penggunaan awal alat ini adalah untuk membuang air yang masuk ke dalam perahu atau kapal. Tapi dalam perkembangannya digunakan untuk memompa air dari dataran yang lebih rendah ke tanah yang lebi tinggi. Alat ini sampai sekarang masih dipakai oleh para petani di seluruh dunia. Penggunaan cermin pembakar, memberi indikasi bahwa beberapa bentuk geometri sudah diketahui Archimedes, teristimewa bentuk hiperbola. Bentuk lingkaran, elips dan hiperbola terbentuk hanya bagaimana cara kita mengiris suatu bidang. Parabola adalah bentuk istimewa: dapat “mengambil” sinar matahari, dari arah manapun, dan difokuskan pada suatu titik, dan konsentrasikan semua energi cahaya pada bidang sempit untuk dipancarkan kembali dalam berkas sinar yang sangat panas. Archimedes adalah orang pertama yang memberi metode menghitung besar ? (pi) dengan derajat akurasi yang tinggi. Menghitung besar ? dilakukan dengan cara membuat lingkaran diantara dua segi enam. Luas segi enam kecil < luas lingkaran < luas segi enam besar. Dengan memperbesar jumlah segi – Archimedes membuat 96 sisi, diperoleh besaran:



3 10/71 < Л < 3 1/7 (3,14084 < Л < 3,14285) b. Blaise Pascal (1623-1662) Blaise Pascal (1623-1662) terlahir di Clermont Ferrand pada 19 June 1623. Pada tahun 1631 keluarganya pindah ke Paris. Blaise Pascal adalah anak Etienne Pascal, seorang ilmuwan dan matematikawan lahir di Clermont. Etienne Pascal, juga merupakan penasehat kerajaan yang kemudian diangkat sebagai presiden organisasi the Court of Aids



di kota Clermont. Ibu Pascal, Antoinette Bigure, meninggal saat umur Pascal berumur empat tahun tidak lama setelah memberinya seorang adik perempuan, Jacqueline. Ia mempunyai kakak perempuan yang bernama, Gilberte. Pascal juga pernah melakukan studi hidrodinamik dan hidrostatik, prinsip-prinsip cairan hidraulik ( hydraulic Fluida ). Penemuannya meliputi hidraulik tekan ( press Hydraulic ) dan tentang jarum suntik ( syringe ). Umur 18 tahun, tubuhnya lemah dan mengalami kelumpuhan tungkai atas membuat Pascal harus tinggal di tempat tidur. Harus menelan cukup makanan agar tetap hidup, meskipun selalu merasa sakit kepala. Umur 24 tahun, dia dan



Jacqueline



pergi ke Paris untuk pemeriksaan medis dengan peralatan yang lebih



canggih.



Ternyata dia diharuskan tinggal di rumah sakit. Saat ini banyak



ilmuwan datang



menyambangi yang tertarik dengan eksperimen kehampaan



(vakum) yang



sedang dikerjakannya. Descartes datang untuk berdiskusi.



Akhir tahun,



kesehatan tubuhnya memungkinkan dia meneruskan pekerjaan,



menguji teori



kehampaan. Ia memiliki sebuah replika percobaan yang berupa tabung sepanjang



31



inci (78,7 cm) yang diisi air raksa yang diposisikan terbalik dalam sebuah mangkok mercuri. Pascal ingin mengetahui kekuatan apa yang menjaga



mercuri tabung



dalam tabung, dan apa yang mengisi ruang kosong dibagian atas dalam mercuri tersebut. Apakah berisi: udara? uap air raksa? kehampaan?



Pada waktu itu, kebanyakan ilmuwan berpendapat bahwa ruang kosong



ditabung atas mercuri tersebut adalah tak lebih daripada vacuum



( kosong ), dan



beberapa kejadian yang dianggap tak mungkin oleh ilmuwan



sebelumnya, telah



terlihat saat percobaan itu dilakukan. Hal ini berdasarkan



pemikiran



Ariestoteles, bahwa “ penciptaan “ sesuatu yang bersifat “



subtansi “, apakah



terlihat atau tidak terlihat, dan “zat / subtansi “ selamanya



bergerak. Hukum



Ariestoteles adalah sebagai berikut : “ Segala sesuatu yang



bergerak, harus



digerakan oleh sesuatu ( Everything that is in motion must be



moved by



something ) “.



Ariestoteles



Oleh karena itu para ilmuwan penganut



menyatakan, bahwa vacuum ( tenaga isap ) itu adalah hal yang



mustahil.



Bagaimana bisa begitu ? Maka bukti itu ditunjukan : 



Cahaya yang melewati itu di sebut “ vacuum ( kosong ) ” dalam tabung kaca.







Ariestoteles menulis, segala sesuatu bergerak, harus digerakan oleh sesuatu yang lain. Oleh karenanya, disana harus ada “sesuatu” yang tak terlihat untuk memindahkan cahaya melalui tabung kaca, maka dari itu tidak ada vacuum ( tenaga isap atau tekan ) di tabung itu. Tidak di tabung kaca maupun, dimanapun. Vacuum itu tidak ada dan sesuatu yang mustahil. Pascal meninggalkan karya yang berjudul Pensees dan Provincial Letters



yang



sama sekali tidak berhubungan dengan matematika. Pascal juga menulis tentang hidrostatik, yang menjelaskan eksperimennya menggunakan barometer untuk menjelaskan teorinya tentang Persamaan Benda Cair (Equilibrium of Fluids), yang tak sempat



dipublikasikan



sampai satu tahun setelah kematiannya. Makalahnya tentang



Persamaan Benda



Cair mendorong Simion Stevin melakukan analisis tentang



paradoks hidrostatik



dan dan meluruskan apa yang disebut sebagai hukum terakhir



hidrostatik:



“Bahwa benda cair menyalurkan daya tekan secara sama-



rata ke semua



arah” yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum



Pascal dianggap



penting karena keterkaitan antara Teori Benda Cair dan Teori



Benda Gas, dan



tentang Perubahan Bentuk tentang keduanya yang kemudian



dikenal dengan



Teori Hidrodinamik.



Hukum Pascal (1658) “Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya”.



7.



Penerapan Mekanika Fluida Penerapan Mekanika Fluidadalamkehidupan sehari – hari, Yaitu :



1. Dongkrak Hidrolik Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah penerapan dari hukum Paskal yang berbunyi ”tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah”. Gambar Dongkrak Hidrolik



Tekanan yang kita berikan pada pengisap yang penampangnya kecil diteruskan



oleh minyak (zat cair) melalui pipa menuju ke pengisap yang penampangnya



besar. Pada pengisap besar dihasilkan gaya angkat yang mampu menggangkat beban.



2. Sayap Pesawat Terbang Penerapan lain dari asas Bernoulli adalah pada gaya angkat sayap pesawat terbang. Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat. Jika tidak ada udara maka pesawat terbang tidak akan terangkat. Gaya angkat terbangkitkan karena ada perbedaan tekanan di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Bentuk airfoil sayap diciptakan sedemikian rupa agar tercipta karakteristik aliran yang sesuai dengan keinginan. Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah permukaan sayap. Sesuai hukum Bernoulli semakin



cepat kecepatan aliran maka tekanannya makin rendah. Besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan Luas permukaan sayap, kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat. Jadi, untuk pesawat udara, engine berfungsi memberikan gaya dorong agar pesawat dapat bergerak maju. Akibat gerak maju pesawat maka terjadi gerakan relatif udara di permukaan sayap. Dengan bentuk geometri airfoil tertentu dan sudut serang sayap (angel of attack) tertentu maka akan menghasilkan suatu karakteristik aliran udara dipermukaan sayap yang kemudian akan menciptakan beda tekanan dipermukaan atas dan permukaan bawah sayap yang kemudian membangkitkan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini menyebabkan garis arus seperti gambar di bawah.



Agar Pesawat Terbang



Fungsi bagian "sirip hiu" tersebut untuk mengatur aliran udara di atas sayap. Coba perhatikan, bila pesawat sedang take off atau mau mendarat, sirip tadi biasanya diangkat ke atas Diangkatnya sirip tadi akan memperkecil tekanan udara di sisi atas pesawat. Sehingga tekanan udara bagian bawah lebih besar dan pesawat akan terangkat keatas. Ketika pesawat mau mendarat, sirip juga di naikkan karena untuk mengangkat bagian depan (moncong) pesawat sehingga yang menyentuh



3. Karburator



tanah duluan adalah



ban belakang (bukan ban depan).



Gambar Karburator Penampang bagian atas menyempit sehingga udara yang mengalir pada bagian ini bergerak dengan kelajuan yang tinggi. Sesuai asas Bernoulli, tekanan



pada bagian ini rendah. Tekanan didalam tangki bensin sama dengan



tekanan



atmosfer. Tekanan atmosfer memaksa bahan bakar tersembur keluar



melalui jet



sehingga bahan bakar bercampur dengan udara sebelum memasuki



silinder



mesin.



BAB III PENUTUP A. Kesimpulan



Jadi, pada dasarnya terdapat dua hukum yang berlaku dalam mekanika fluida, yaitu: statika dan dimanika. Contonya air, patuh pada hukum Hidrostatika (misalnya hukum Archimedes) dan juga patuh pada hukum Hidrodinamika. Dalam gas/udara berlaku hukum aerosatika dan hukum aerodinamika. 



Contoh Pemanfaatan Hukum : a) Hidrostatika: transportasi dengan kapal laut. b) Aerstatika: balon udara, Zepellin. c) Aerodinamika: pesawat udara, peluru kendali. d) Hydrodinamika: turbin air dan baling-baling kapal laut, permainan selancar diair.



 Yang termasuk dalam Fluida adalah : .



a. b. c. d.



benda cair: air,minyak,bensin,olie, dsb gas: udara, oksigin, hidrogin, nitrogin, dsb gas yang dijadikan cair: LPG, LNG,dsb gas yang mengembun atau zat cair berbentuk uap: uap air, uap spiritus, uap bensin.dsb



Dari contoh kita dapat memperkirakan apa manfaat fluida dan perannya bagi kehidupan sehari-hari. Tanpa ada fulida (misalnya air) maka tak mungkin terjadi kehidupan (living organisme). tanpa oksigen juga manusia akan segera punah.