Fluida Dinamis

Photo by HAL9001 on Unsplash

Fluida Dinamis:

1. Fluida Ideal
2. Hukum-Hukum Fluida dan Aplikasinya

Besaran yang ada di bab ini:

Besaran	Lambang	Satuan
Panjang (Jarak)	h, ho	m
Luas	A	m2
Volume	V	m3
Waktu	t	s
Kecepatan	v	m.s-1
Percepatan	g	m.s-2
Massa	m	kg
Gaya	F	N
Tekanan	P	Pa atau N.m-2
Massa Jenis	ρ	kg.m-3
Debit	Q	m3.s-1
Daya	P	J.s-1 atau watt

Fluida Ideal

Fluida yang ideal memiliki 4 ciri berikut:

• Tak termampatkan / Tak kompresibel: volume tidak berubah ketika diberi tekanan.
• Tak kental / Non-viskos: tidak ada gaya gesek antar lapisan fluida.
• Non-turbulen: aliran berupa garis lurus.
• Tunak: kecepatan konstan.

Hukum-Hukum Fluida & Aplikasinya

	Persamaan Kontinuitas Pada sistem di samping, besarnya debit di titik A ataupun B adalah sama: $\begin{align*} Q_{A}&=Q_{B}\\ A_{A}v_{A}&=A_{B}v_{B}\\ V_{A}t_{A}&=V_{B}t_{B} \end{align*}$ Daya generator air terjun, dengan μ sebagai efisiensi: $\begin{align*} P&=\mu \rho Qgh \end{align*}$
	Asas Bernoulli Pada sistem di samping, berlaku: $P_{A}+\frac{1}{2}\rho{v_{A}}^2+\rho g h_{A}= P_{B}+\frac{1}{2}\rho{v_{B}}^2+\rho g h_{B}$
	Sayap Pesawat Pada sistem di samping, berlaku: $\begin{align*} P_{B}&>P_{A}\\ v_{A}&>v_{B}\\ \end{align*}$ Gaya angkat pesawat terbang: $\begin{align*} F_{B}-F_{A}&=(P_{B}-P_{A})A\\ &=\frac{1}{2}\rho A ({v_{A}}^2-{v_{B}}^2) \end{align*}$
	Teorema Toricelli Pada sistem di samping, berlaku: $\begin{align*} v&=\sqrt{2gh}\\ t&=\sqrt{\frac{2h_{o}}{g}}\\ x&=2\sqrt{hh_{o}} \end{align*}$ Perlu diketahui bahwa ho adalah ketinggian lubang yang diukur dari tanah.
	Venturimeter Pada sistem di samping, berlaku: $\begin{align*} v&=\sqrt{\frac{2gh}{\left ( \frac{A_{1}}{A_{2}} \right )^{2}-1}} \end{align*}$
	Venturimeter dengan Manometer Pada sistem di samping, berlaku: $\begin{align*} v&=\sqrt{\frac{2 \rho_{\text{Raksa}}gh}{\rho_{\text{Udara}}\left ( \frac{A_{1}}{A_{2}} \right )^{2}-1}} \end{align*}$
	Tabung Pitot Pada sistem di samping, berlaku: $\begin{align*} v&=\sqrt{\frac{2 \rho_{\text{Raksa}}gh}{\rho_{\text{Udara}}}} \end{align*}$

Contoh Soal

Soal 1: UN 2016
Perhatikan gambar!

Air memancar dari lubang melalui pipa kecil di bagian bawah tandon dan jatuh di tanah sejauh x dari kaki penahan tandon jika g = 10 m.s^-2 maka panjang x adalah ...

1. 5 m
2. 10 m
3. 20 m
4. 24 m
5. 27 m

$\begin{align*} x&=2\sqrt{hh_{o}}\\ &=2\sqrt{(1,25)(5)}\\ &=2\sqrt{6,25}\\ &=5\text{ }m \end{align*}$

Jadi, nilai x adalah 5 m.

Soal 2: UN 2017
Perhatikan gambar alat penyemprot nyamuk pada gambar di bawah ini! Ketika batang pengisap M ditekan, udara dipaksa keluar dari tabung pompa dengan kecepatan v melalui lubang pada ujungnya. P menyatakan tekanan dan v menyatakan kecepatan alir cairan obat nyamuk, maka pernyataan yang benar dari prinsip kerja penyemprot nyamuk tersebut adalah ...

1. P₁ < P₂, maka v₁ < v₂
2. P₁ > P₂, maka v₁ < v₂
3. P₁ < P₂, maka v₁ > v₂
4. P₁ > P₂, maka v₁ > v₂
5. P₁ = P₂, maka v₁ = v₂

Aplikasi Hukum Bernoulli di sayap pesawat sama dengan aplikasi Hukum Bernoulli di penyemprot nyamuk. Berarti: P₁ > P₂, v₁ < v₂.

Soal 3: UN 2018
Suatu pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin yang diputar oleh air dari bendungan yang jatuh dari ketinggian 90 m. Pembangkit listrik tersebut menghasilkan daya 9 Mwatt. Jika efisiensi pembangkit 50%, maka debit air pada pembangkit tersebut adalah ...

1. 5 m³.s^-1
2. 10 m³.s^-1
3. 20 m³.s^-1
4. 100 m³.s^-1
5. 1000 m³.s^-1

$\begin{align*} P&=\mu Q\rho gh\\ 9(10^{6})&=\frac{1}{2}Q(10^{3})(10)(90)\\ 10&=\frac{1}{2}Q\\ Q&=20\text{ }m^{3}.s^{-1} \end{align*}$

Jadi, debit air pada pembangkit adalah 20 m³.s^-1.