I PUTU GUSTAVE S. P., ST., M.Eng.
MEKANIKA FLUIDA
DEFINISI Mekanika fluida gabungan antara hidraulika eksperimen dan hidrodinamika klasik Hidraulika dibagi 2 : Hidrostatika Hidrodinamika
PERKEMBANGAN HIDRAULIKA Archimedes (287 – 212 SM) : 1. Hukum benda terapung 2. Menghitung volume benda 3. Phi Masa Renaissance 1. Leonardo Da Vinci 2. Simon Stevin 3. Galileo
PRINSIP ARCHIMEDES Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih mudah diangkat dalam air ? Mengapa balon gas He bisa naik ke atas ?
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendaapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluda yang dipindahkan
FENOMENA ARCHIMEDES Anak yang terapung dengan bantuan perahu ringan
Anak yang terapung di laut yang kadar garamnya tinggi sekali
HUKUM NEWTON II Laju perubahan momentum (massa M x kecepatan V) adalah berbanding lurus dengan gaya yang bekerja dan dalam arah yang sama dengan gaya tersebut 𝑑(𝑀𝑉) 𝐹= 𝑑𝑡 M Konstan maka
𝑑(𝑉) 𝐹=𝑀 𝑑𝑡
F=Ma
DIMENSI DAN SATUAN MKS dan SI (Systeme International d’Unite) Satuan MKS : Gaya kgf Massa kgm Satuan SI : Gaya Newton (N) Massa kg
Kgf = g N
SIFAT-SIFAT ZAT CAIR I Putu Gustave S. P., ST., M.Eng
Persamaan dan perbedaan zat cair dan gas Persamaan : • Kedua zat tidak melawan perubahan bentuk • Kedua zat tidak mengadakan reaksi terhadap gaya geser Perbedaan : • Zat cair mempunyai permukaan bebas dan hanya menempati volume yang dibutuhkan saja, sedangkan gas tidak mempunyai permukaan bebas dan massanya akan mengisi seluruh ruangan • Zat cair merupakan zat yang secara praktis tak termampatkan, gas adalah zat yang bisa dimampatkan
Sifat zat cair • Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair, akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer • Mempunyai massa dan berat jenis • Dapat dianggap tidak termampatkan (incompressible) • Mempunyai viskositas (kekentalan) • Mempunyau kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan
RAPAT MASSA, BERAT JENIS, DAN RAPAT RELATIF
RAPAT MASSA ( ) Massa zat cair tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu
M V
Massa (M) yang menempati volume (V)
Satuan rapat massa berdasarkan SI adalah kg/m3 dan berdasarkan MKS adalah kgm/m3 Rapat massa air pada suhu 40 C dengan tekanan atmosfer standar adalah 1000 kg/m3
BERAT JENIS ( ) Berat benda tiap satuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu
g
Satuan berat jenis berdasarkan SI adalah N/m3 dan berdasarkan MKS adalah kgf/m3 Rapat massa air pada suhu 40 C dengan tekanan atmosfer standar adalah 1000 kgf/m3 atau 1 t/m3
RAPAT RELATIF Perbandingan antara rapat massa suatu zat dengan rapat massa air (merupakan bilangan tak berdimensi)
zat cair zat cair S air air
LATIHAN SOAL Satu liter minyak mempunyai berat 0.56 kgf. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif , volume minyak 1 l? Satu liter minyak mempunyai berat 8,65 N. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif
KEMAMPATAN ZAT CAIR
KEMAMPATAN ZAT CAIR Perubahan (pengecilan ) volume karena adanya perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal dikenal dengan modulus elatisitas Pertambahan tekanan
dp K dV V
Pengurangan volume
Nilai K untuk zat cair sangat besar sehingga perubahan volume akibat adanya perubahan tekanan sangat kecil sehingga terkadang diabaikan. Pada kondisi tertentu dimana perubahan tekanan sangat besar dan mendadak maka anggapan zat cair tidak termampatkan tidak berlaku
LATIHAN SOAL Modulus elastisitas air adalah K = 3,24 x 109 N/m2. Berapakah besarnya perubahan volume dari 1 m3 air apabila terjadi penambahan tekanan sebesar 30 bar (1 bar = 105 N/m2)
Sifat zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak/mengalir.
Kekentalan dinamik (Nd/m2) Tegangan geser (N/m2)
Kekentalan kinematik (m2/d)
U Y
Zat cair yang mempunyai hubungan linier antara tegangan geser dan gradien kecepatan disebut zat cair Newton
Zat cair ideal, tegangan geser adalah nol dan kurvanya berimpit dengan absis
Tegangan geser
Zat padat elastis
Zat cair ideal du/dy
Zat
Cair Newton akan berubah tergantung pada temperature Zat cair non Newtonian selain temperature juga dipengaruhi gaya yang diterima (oobleck, campuran pati jagung dan air)
Dua buah plat horizontal ditempatkan sejajar dengan jarak 10 mm. Ruang diantaranya diisi oli dengan viskositas 1,2 N d/m2. hitung tegangan geser pada oli, apabila plat atas bergerak dengan kecepatan 2,5 m/d? Dua buah plat sejajar berjarak 0,02 cm. Plat bagian bawah tetap, sedang bagian atas bergerak dengan kecepatan 50 cm/d. Untuk menggerakkan plat dengan kecepatan tersebut diperlukan gaya tiap satuan luas sebesar 2 N/m2. Tentukan viskositas fluida yang berada di antara kedua plat?
Tegangan permukaan (
)
Adanya ketidak setimbangan gaya tarik ke atas dan
kebawah Gaya tarik ke bawah lebih dominan Timbul kerja dari zat cair untuk melawan gaya ke bawah
Tegangan Permukaan Timbul karena gaya tarik-menarik molekul-
molekul zat cair yang sejajar permukaan F L
=
F
Kapilaritas Akibat Gaya Kohesi dan Adhesi Kohesi > Adhesi Air Raksa Kohesi < Adhesi Air
Apabila tabung bersih, θ = 00 untuk air dan 1400 untuk raksa
Kenaikan Kapiler
AIR
RAKSA d
h
h d
Soal Tabung gelas berdiameter 3 mm dimasukkan secara vertikal ke dalam air. Hitung kenaikan kapiler apabila tegangan permukaan σ = 0,0736 N/m. Tabung bersih?
TUGAS 1 • Satu liter minyak mempunyai berat 0.56 kgf. Hitung berat jenis, rapat massa, dan rapat relatif , volume minyak 1 l? • Modulus elastisitas air adalah K = 3,24 x 109 N/m2. Berapakah besarnya perubahan volume dari 1 m3 air apabila terjadi penambahan tekanan sebesar 30 bar (1 bar = 105 N/m2)
• Dua buah plat sejajar berjarak 0,02 cm. Plat bagian bawah tetap, sedang bagian atas bergerak dengan kecepatan 50 cm/d. Untuk menggerakkan plat dengan kecepatan tersebut diperlukan gaya tiap satuan luas sebesar 2 N/m2. Tentukan viskositas fluida yang berada di antara kedua plat? • Tabung gelas berdiameter 3 mm dimasukkan secara vertikal ke dalam air. Hitung kenaikan kapiler apabila tegangan permukaan σ = 0,0736 N/m. Tabung bersih?
