8. fisika fluida
DESCRIPTION
8. FISIKA FLUIDA. Materi Kuliah: Tegangan Permukaan Fluida Mengalir Kontinuitas Persamaan Bernouli Viskositas. Staf Pengajar Fisika Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya. Beberapa topik tegangan permukaan. Fenomena permukaan sangat mempengaruhi : - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Staf Pengajar FisikaFakultas Teknologi
PertanianUniversitas Brawijaya
Materi Kuliah:- Tegangan Permukaan- Fluida Mengalir- Kontinuitas- Persamaan Bernouli- Viskositas
Beberapa topik tegangan permukaan
Fenomena permukaan sangat mempengaruhi : Penetrasi melalui membran biologis Dalam pembuatan bahan pangan dengan sistem dispersi
(suspensi, emulsi, koloid) dan stabilisasinya Kimia Fisik Pangan Enkapsulasi
Tegangan PermukaanGaya tarik molekul sejenis (kohesif) Gaya tarik antar molekul berlainan jenis (adhesif) di permukaan Tegangan Permukaan
Fenomena Permukaan
Molekul-molekul di permukaan mengalami gaya tarik antar mole-kular di sekitarnya baik dengan sesama molekul (kohesif) mau-pun dengan molekul-molekul lain di atasnya (adhesif)
Molekul-molekul di bagian bawah mengalami gaya tarik dengan kekuatan yang sama ke segala arah oleh sesama molekul
Tegangan PermukaanTegangan permukaan (ɣ) dapat di-gambarkan seperti seseorang yang mengangkat beban dari samping lembah menggunakan tali dengan menariknya secara horisontal.
Sehingga didefinisikan sebagai :Gaya per satuan panjang yang be-kerja sejajar dengan permukaan untuk mengimbangi gaya kohesi dari molekul dalam cairan terhadap mole-kul di permukaan cairan.
F
L
F =
Fenomena Tegangan Permukaan
2 r cos = W
gr
cos 2 h
r r
w
2 r
Viskositas
Ukuran kekentalan zat cair atau gesekan dalam zat cair disebut viskositas.Gaya gesek dalam zat cair tergantung pada koefisien viskositas, kecepatan relatif benda terhadap zat cair, serta ukuran dan bentuk geometris benda. Untuk benda yang berbentuk bola dengan jari-jari r, gaya gesek zat cair dirumuskan:
MANA YANG LEBIH CEPAT JATUH KELERENG YANG DIJATUHKAN DI AIR ATAU OLI?
HUKUM STOKES
Kecepatan Terminal
Jika sebuah benda yang dijatuhkan ke dalam sebuah fluida kental, kecepatannya makin membesar sampai mencapai kecepatan maksimum yang tetap. Kecepatan ini di namakan kecepatan terminalPada gambar bekerja gaya,
dan kecepatan terminal dicapai apabila : W – F – Fs = 0Untuk benda berbentuk bola, kecepatan terminal dirumuskan sebagai
FLUIDA BERGERAK
Pada gambar bekerja gaya, dan kecepatan terminal dicapai apabila : W – F – Fs = 0
Karakteristik Aliran
Laminer ~ V rendah
Turbulen ~ V tinggi
Karakteristik Aliran
HYDRODINAMIKSyarat fluida ideal (Bernoulli) :
1. Zat cair tanpa adanya geseran dalam (cairan tidak viskous)
2. Zat cair mengalir secara stasioner (tidak berubah) dalam hal kecepatan, arah maupun besarnya (selalu konstan)
3. Zat cair mengalir secara steady yaitu melalui lintasan tertentu
4. Zat cair tidak termampatkan (incompressible) dan mengalir sejumlah cairan yang sama besarnya (kontinuitas)
Kenapa kapal terbang yang berat bisa terbang di udara ?
Kenapa perahu layar Kenapa perahu layar bisa mudah berbelok bisa mudah berbelok ??
Ada gaya angkat dari fluidaAda gaya angkat dari fluida
Persamaan Bernoulli
Kecepatan rendah tekanan tinggi
Kecepatan tinggi tekanan rendah
kenapa Selembar kain tipis ditiup dari bagian atasnya, ternyata kain tersebut naik ke atas?
Persamaan Bernoulli
Persamaan Kontinuitas Fluida Dinamis
Persamaan kontinuitas atau kekekalan massa: hasil kali penampang (A) dan kecepatan fluida (v) sepanjang pembuluh garis arus selalu bersifat konstan
2211 vAvA
Gambar: Unsur fluida menga-lami kelestarian massa.
A1
A2
v1
v2
v1t
v2t
Ini berarti, ketika fluida melewati daerah yang lebar, kecepatannya akan berkurang dan sebaliknya jika melewati daerah yang sempit, kecepatannya bertambah.
x3x2x1
A1 A2
A3
A4
Gambar: Fluida yang melewati saluran dengan luas penampang yang berbeda-beda. Misalkan A1 > A4 > A2 > A3.
Perbandingan kecepatannya dapat dilihat pada gambar 7.
x3x2x1
v1
v2
v3
v4
Gambar: Berdasarkan persamaan kontinuitas,perbandingan menampang A1>A4>A2>A3
akan menyebabkan hubungan kecepatan aliran v1 < v4 < v2 < v3 .
Asas Bernoulli dan Akibat-akibatnya.
Asas Bernoulli: Perubahan tekanan dalam fluida mengalir dipengaruhi oleh perubahan kecepatan alirannya dan ketinggian tempat melalui persamaan
konstan 221 hgvp
F1
F2
v1
v2
h1h2
x2
x1
A1
A’1
A2
A’2
Asas Bernoulli dapat ditafsirkan sebagai asas kelestarian energi dalam fluida. Kenapa dikatakan demikian ? Tentu saja karena suku 1/2v2 menyatakan energi kinetik fluida persatuan volume dan suku gh menyatakan energi potensial fluida persatuan volume. Dengan memakai sudut pandang ini, tekanan p dapat pula dipandang sebagai energi persatuan volume.
• Akibat Asas Bernoulli:
1. Fluida Statis: Saat v = 0, persamaan Bernoulli kembali pada persamaan fluida statis
2. Daya angkat pesawat:
Jika h1 = h2 (ketinggian
fluida tetap), maka konstan 2
21 vp
v1
v2
p1
p2
F
Gambar: Dengan mengatur kecepatan udara pada sisi bawah sayap (v2) lebih lambat dari kecepatan udara sisi atasnya (v1), akan timbul resultan gaya F yang timbul akibat perbedaan tekanan udara pada kedua sisi tersebut
kecepatan fluida yang makin besar akan diimbangi dengan turunnya tekanan fluida, dan sebaliknya . Prinsip inilah yang yang digunakan untuk menghasilkan daya angkat pesawat : “ Perbedaan kecepatan aliran udara pada sisi atas dan sisi bawah sayap pesawat, akan menghasilkan gaya angkat pesawat “
Teorema Torricelli
Teori Torricelli menyatakan bahwa kecepatan aliran zat cair pada lubang sama dengan kecepatan benda yang jatuh bebas dari ketinggian yang sama.
V= kecepatan aliran fluida pada lubang (m/s)g = percepatan gravitasi (m/s2 )h = tinggi fluida dari permukaan ( m )
V= kecepatan aliran fluida pada lubang (m/s)g = percepatan gravitasi (m/s2 )h = tinggi fluida dari permukaan ( m )
Teorema Torricelli
Venturimeter Dengan Manometer
Venturimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran zat cair dalam pipa. Untuk venturimeter yang dilengkapi manometer, besarnya kecepatan aliran zat cair pada pipa besar (v1) dirumuskan:
Untuk venturimeter yang tanpa dilengkapi manometer, pada prinsipnya sama, tabung manometer diganti dengan pipa pengukur beda tekanan seperti pada Gambar
Untuk venturimeter yang tanpa dilengkapi manometer, pada prinsipnya sama, tabung manometer diganti dengan pipa pengukur beda tekanan seperti pada Gambar
•Venturimeter tanpa manometer
Pipa PitotTabut pitot digunakan untuk mengukur laju aliran gas.
Alat penyemprot
Cara kerja :Apabila pengisap ditekan, udara keluar dengan cepat melalui lubang
sempit pada ujung pompa. Berdasarkan Hukum Bernoulli, pada tempat yang kecepatannya besar, tekanannya akan mengecil. Akibatnya, tekanan udara pada bagian atas penampung lebih kecil daripada tekanan udara pada permukaan cairan dalam penampung. Karena perbedaan tekanan ini cairan akan bergerak naik dan tersembur keluar dalam bentuk kabut bersama semburan udara pada ujung pompa.
Contoh Air dipompa dengan kecepatan 0,5 m/s
melalui pipa berdiameter 4 cm di lantai dasar dengan tekanan 3 atm. Berapakah kecepatan dan tekanan air di dalam pipa berdiameter 2,6 cm di lantai atas yang tingginya 5 m ?
Aliran ViskosKenapa aliran sungai
terdapat perbedaan kecepatan aliran pada titik tengah dengan pinggir sungai ?
Adanya gaya gesek antara fluida dan dinding
Fluida ideal
Fluida real
Viskositas
P1 P2 L
Debit alir ( volum per detik)
41 2( )
8
r P PV
t L
Viskositas pada pembuluh darah
Debit aliran fluida dipengaruhi oleh tahanan yang tergantung pd:
• Panjang pembuluh
• Diameter pembuluh
• Viskous / kekentalan zat cair (pada darah normal kekentalan 3.5 kali air)
• Tekanan
L
PPr
t
V
8
)( 214
= Viskousitas = 10-3 Pa (air) = 3 – 4 .10-3 Pa (darah)
r = jari-jari pembuluh, L = Panjang
P = Tekanan, V = Volume, t = Waktu
Mengapa aliran darah penderita anemia sangat cepat ??
Contoh Oli mesin dengan viskositas 0,2 N.s/m2
dilewatkan pada sebuah pipa berdiameter 1,8 mm dengan panjang 5,5 cm. Hitunglah beda tekanan yang diperlukan untuk menjaga agar laju alirannya 5,6 mL/menit !
Latihan
Dik: ho = 4 m, hdasar = 5 m, =103 kg/m3, g=10 m/s2
Dit: Porang , Pdasar
Seorang menyelam sampai kedalaman 4 m (1 meter sebelum sampai dasar kolam) jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan g=10 m/s2, berapakaha.Tekanan hidrostatik yang dialami orangb.Tekanan hidrostatik dasar kolam
Jawab:a.Porang = .g.h = 1000.10.4 = 4.104 Paa.Pdasar = .g.h = 1000.10.5 = 4.105 Pa
Latihan
Dik: Po = 76 cmHg, x = 6 cm A = 2 cm2.
Dit: P
Jawab:
P = Po + Praksa
Barometer menunjukan angka 76 cm Hg. Panjang x = 6 cm dan penampang pipa = 2 cm2. Tekanan udara dalam pipa (P) adalah... .
x
P = 76 + 6
P = 82 cmHg
Latihan Sebuah alat hidrolik memiliki Silinder besar dan kecil berbanding kecil 30 : 1. Jika berat mobil yang diangkat 20.000 N, maka dorongan pada penghisap silinder kecil adalah...
Dik: Ab : Ak = 30 : 1. wb = 20.000 N,
Dit: Fk
Jawab
wb : Ab = wk : Ak
wb : wk = Ab : Ak
2.104 : wk = 30 :1 wk = 2.104 : 30
wk = 2.104 : 30
wk = 666,67 N
LatihanAir mengalir pada pipa mendatar dengan diameter pada masing-masing ujungnya 6 cm dan 2 cm, jika pada penampang besar kecepatan air 2 m/s, tentukan : a. Kecepatan aliran pada penampang kecilb. volume fluida yang keluar setelah 3 sekon!
Jawab
LatihanDiketahui : A1 = 1/4πd2 =1/4 3.14 62 = 28,26 cm2 = 28,26 10-4 m2 v1 = 2m/sdi tanya : v2 = ? V = ? Pada t = 3 sDi jawab : A1 v1 = A2 v2
Q = 28,26 10-4 m2 2 m/s = 56,52 10-4 m3/sQ= V/t : sehingga V = Q t = 56,52 10-4 m3/s . 3s = 169,56 10-4 m3
12 1
22
3Av = v ; .2 6 /A 1
v m s
TERIMA KASIH