Friday, 9 February 2018

Rangkuman, Soal dan Pembahasan Fluida Dinamis

 


Rangkuman Materi Fluida Dinamis

Oke teman-teman jika sebelumnya kita telah membahas tentang fluida statis pada kelas 10. yukk saatnya kita move on ke materi yang lebih susah lagi, yaitu fluida dinamis. 

Nah jika sebelumnya fluidanya statis atau diam, maka kali ini fluidanya Dinamis atau bergerak. banyak sekali hukum fisika yang berhubungan dengan fluida Dinamis diantaranya  Persamaan Bernoulli yang akan kita bahas lebih dalam lagi. 

yuk langsung saja yaa...

FLUIDA DINAMIS
Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak. Ciri-ciri umum dari fluida dinamik diantaranya:
1. Fluida dianggap tidak kompresibel.
2. Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan).
3. Aliran fluida adalah aliran stasioner, yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida yang melalui suatu titik tertentu selalu tetap.
4. Tak bergantung waktu (tunak), artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu dan membentuk aliran laminer (berlapis)

DEBIT
Yaitu Volume fluida tiap satuan waktu yang mengalir dalam pipa. Dirumuskan sebagai berikut


Keterangan :
Q : debit (m3/s)
V : volume fluida (m3)
T : waktu (s)
A : luas (m2)
V : kecepatan (m/s)

PERSAMAAN KONTINUITAS
Persamaan kontinuitas berbunyi “pada fluida yang tak termampatkan, hasil kali antara kelajuan aliran fluida dalam suatu wadah dengan luas penampang wadah selalu konstan”.
Rangkuman, Soal dan Pembahasan Fluida Dinamis

Jika suatu wadah memiliki penampang yang berbeda maka menurut persamaan kontinuitas berlaku

Q1 = Q2
A1.v1 = A2. v2

Keterangan :
Q1 = debit ketika masuk (m3/s)
Q2 = debit ketika keluar (m3/s)
A1 = luas penampang 1 (m2)
A2 = luas penampang 2 (m2)
v1 = kecepatan fluida ketika masuk (m/s)
v2 = kecepatan fluida ketika keluar (m/s)

Persamaan Bernoulli
Menurut persamaan ini, besaran p + ρgh + ½ ρv12 memiliki nilai yang sama pada setiap titikdalam aliran fluida, sesuai dengan gambar berikut:


Bila dituliskan dalam suatu persamaan yaitu sebagai berikut :

p1 + ρgh1 + ½ ρv12 = p2 + ρgh2 + ½ ρv22

Keterangan :
p1, p2 = tekanan di titik 1 dan 2 (N/m2)
v1, v2 = kecepatan aliran di titik 1 dan 2 (m/s)
h1, h2 = ketinggian di titik 1 dan 2 (m)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)

Penggunaan Persamaan BERNOULLI
Gaya angkat pesawat
Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kecepatan udara pada sayap bagian atas lebih besar dibandingkan dengan kecepatan udara pada sayap bagian bawah. Akibatnya tekanan bagian atas lebih kecil dibandingkan tekanan bagian bawah. Ditunjukan melaui gambar berikut


F1 – F2 = ½ ρA (v22-v12)

Keterangan
F1 – F2 = gaya angkat pesawat terbang (N)
P1 = tekanan pada sayap bagian bawah (N/m2)
P2 = tekanan pada sayap bagian atas (N/m2)
A = luas penampang sayap (m2)
v1 = kecepatan udara sayap bagian atas (m/s)
v2 = kecepatan udara sayap bagian bawah (m/s)
ρ = massa jenis (kg/m)

Venturimeter tanpa manometer


kelajuan pada luas penampang A1 yaitu


keterangan :
v1 = kelajuan fluida pada penampang 1
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = perbedaan ketinggian pada fluida (m)
A1 = luas penampang 1
A2 = luas penampang 2

Venturimeter dengan manometer


Kelajuan pada luas penampang A1 sebagai berikut


Keterangan :
v1 = kelajuan fluida pada penampang 1
g = percepatan gravitasi (m/s2)S
h = perbedaan ketinggian pada fluida (m)
A1 = luas penampang 1 (m2)
A2 = luas penampang 2 (m2)
Pr = massa jenis raksa (kg/m3)
Pu = massa jenis udara (kg/ms3)
v2 = kecepatan udara sayap bagian bawah (m/s)
P = massa jenis (kg/m3)

Tangki berlubang




Keterangan :
v = kecepatan semburan (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = tinggi lubang dari permukaan air (m)

waktu yang dibutuhkan semburan air mencapai tanah


keterangan :
t = waktu yang dibutuhkan air mencapai tanah (s)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h2 = ketinggian lubang diukur dari permukaan tanah (m)

jarak jangkauan air (x)


keterangan :
h = tinggi lubang dari permukaan air (m)
h2 = ketinggian lubang diukur dari permukaan tanah (m)

Contoh Soal dan Pembahasan Fluida Dinamis

Soal No. 1
Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari sebuah kran seperti gambar berikut! 


Jika luas penampang kran dengan diameter D2 adalah 2 cm2 dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s tentukan:
a) Debit air
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Pembahasan
Data :
A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2
v2 = 10 m/s

a) Debit air
Q = A2v2 = (2 x 10−4)(10) 
Q = 2 x 10−3 m3/s 

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
Data :
V = 20 liter = 20 x 10−3 m3
Q = 2 x 10−3 m3/s 
t = V / Q 
t = ( 20 x 10−3 m3)/(2 x 10−3 m3/s )
t = 10 sekon

Soal No. 2
Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut! 


Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m2 , luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!

Pembahasan

Persamaan kontinuitas
A1v1 = A2v2 
(5)(15) = (2) v2 
v2 = 37,5 m/s

Soal No. 3
Tangki air dengan lubang kebocoran diperlihatkan gambar berikut! 


Jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan:
a) Kecepatan keluarnya air 
b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

Pembahasan

a) Kecepatan keluarnya air 
v = √(2gh) 
v = √(2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
X = 2√(hH) 
X = 2√(3,2 x 10) = 8√2 m

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah
t = √(2H/g)

t = √(2(10)/(10)) = √2 sekon

NEXT PAGE : 1 2 3