FLUIDA DINAMIK

Tujuan Pembelajaran :

1     .      Mendeskripsikan konsep fluida ideal

2     .      Memformulasikan persamaan kontinuitas

3     .      Memformulasikan prinsip asas Bernoulli

4     .      Menerapkan asas Bernoulli pada kehidupan sehari-hari

  A.    Konsep Fluida Ideal

Fluida yang bergerak sebenarnya memiliki sifat yang kompleks. Akan tetapi, sejumlah situasi dapat dinyatakan melalui model ideal yang relatif sederhana yang disebut fluida ideal. Seperti disebutkan sebelumnya bahwa fluida ideal hanyalah suatu model ideal, namun konsep ini sangat bermanfaat untuk mendapatkan perkiraan awal tentang sifat-sifat aliran fluida.

Ciri-ciri umum fluida ideal adalah sebagai berikut :

1    .      Tak termampatkan ( tidak kompresibel ), artinya bahwa fluida ideal tidak akan mengalami perubahan volum ( atau massa jenis ) ketika mendapatkan pengaruh tekanan.

2    .      Tidak kental ( non-viskos ), artinya fluida ideal tidak akan mengalami gesekan antara lapisan fluida satu dengan lapisan yang lain maupun dengan dinding saluran akibat gejala viskositas

3   .      Alirannya tidak bergolak ( non-turbulen ), artinya fluida ideal memiliki aliran garis arus ( streamline ) sehingga tidak ada elemen fluida yang memiliki kecepatan sudut tertentu.

4   .      Alirannya tidak bergantung waktu ( tunak ), artinya kecepatan fluida ideal di setiap titik tertentu adalah konstan, namun kecepatan fluida pada dua titik yang berbeda boleh saja tidak sama.

  B.     Persamaan Kontinuitas

        Apabila suatu fluida ideal bergerak atau mengalir di dalam suatu pipa, maka massa fluida yang masuk ke dalam pipa akan sama dengan yang di keluar dari pipa selama selang waktu tertentu. Maka akan terjadi penambahan atau pengurangan massa pada bagian tertentu di dalam pipa. Gambar di bawah ini menunjukkan suatu fluida ideal bermassa jenis ρ memasuki pipa berluas penampang A₁ dengan kecepatanV₁ dan keluar pada pipa berluas penampang A₂ dengan kecepatan V₂

 

Dari gambar di atas bisa kita rumuskan : 

 Dari persamaan ini kita definisika besaran baru yang disebut  debit, yaitu volum fluida yang mengalir per satuan waktu. Jadi, debit Q dapat dirumuskan sebagai :

 Sekarang kita dapat menyatakan bahwa debit fluida yang memasuki pipa sama dengan debit fluida yang keluar dari pipa.

     

      A.    Prinsip Asas Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip  ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli, yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

      B.     Penerapan Asas Bernoulli dalam Kehidupan Sehari-hari

v Pada Tangki Berlubang

                   

Skema persamaan Bernoulli untuk fluida dalam tangki dan terdapat kebocoran dalam ketinggian tertentu.

Perhatikan gambar diatas, pada titik A, kecepatan fluida turun relatif kecil sehingga dianggap nol (v₁ = 0). Oleh karena itu persamaan Bernoulli menjadi sebagai berikut.

Contoh soal :

1.      Suatu bak besar terbuka berisi air yang tinggi permukaannya 760 cm, pada dinding bak terdapat lubang kecil yang tingginya 40 cm dari dasar bak. Bila percepatan gravitasi bumi 10 m/s², hitunglah kecepatan air yang bocor dari lubang tersebut!
Diketahui:

h₁= 760 cm = 7,6 m

h₂ = 40 cm = 0,4 m

h = h₁ – h₂ = 7,2 m

g = 10 m/s²        

Ditanyakan :
v₂  = ...?

Penyelesaian :

Jadi kecepatan air yang bocor dari lubang dinding bak adalah 12 m/s.

v  Pada Penyemprot Racun Serangga

         Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap.

Ketika bola karet diremas, udara yang ada di dalam bola karet meluncur keluar melalui pipa 1. Karenanya, udara dalam pipa 1 mempunyai laju yang lebih tinggi. Karena laju udara tinggi, maka tekanan udara pada pipa 1 menjadi rendah. Sebaliknya, udara dalam pipa 2 mempunyai laju yang lebih rendah. Tekanan udara dalam pipa 2 lebih tinggi.

Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika si cairan parfum tiba di pipa 1, udara yang meluncur dari dalam bola karet mendorongnya keluar.

v  Pada Karburator

Karburator adalah alat yang berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, campuran ini memasuki silinder mesin untuk tujuan pembakaran. untuk memahami cara kerja karburator pada kendaran bermotor, perhatikan gambar berikut. 

Penampang pada bagian atas jet menyempit, sehingga udara yang mengalir pada bagian ini bergerak dengan kelajuan yang tinggi. Sesuai asas Bernoulli, tekanan pada bagian ini rendah. Tekanan di dalam tangki bensin sama dengan tekanan atmosfer. Tekanan atmosfer memaksa bahan bakar (bensin atau solar) tersembur keluar melalui jet sehingga bahan bakar bercampur dengan udara sebelum memasuki silinder mesin.

Pada Venturimeter

            Tabung venturi adalah venturimeter, yaitu alat yang dipasang pada suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan zat cair. Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini. 

Amati gambar di atas. Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini, maka 

Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih besar.

Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang juga merupakan salah satu contoh Hukum Bernoulli. Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa :

1.      Berat Pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi Bumi.

2.      Gaya angkat yang dihasilkan oleh kedua sayap pesawat.

3.      Gaya ke depan yang disebabkan oleh mesin pesawat.

4.      Gaya hambatan yang disebabkan oleh gerakan udara.

 Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Perhatikan gambar dibawah. Garis arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawahnya. Artinya, kelajuan aliran udara pada sisi bagian atas pesawat v₂ lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap v₁. Sesuai dengan asas Bornoulli, tekanan pada sisi bagian atas p₂ lebih kecil daripada sisi bagian bawah p₁ karena kelajuan udaranya lebih besar. Dengan A sebagai luas penampang pesawat, maka besarnya gaya angkat dapat kita ketahui melalui persamaan berikut.

Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara. Hal ini berarti gaya angkat sayap pesawat makin besar. Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (F₁ – F₂) > m g. Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (F₁ – F₂) = m g.

Contoh soal :

1.      Pada pesawat model kecepatan udara di bagian atas 50 m/s dan kecepatan di bagian bawah 40 m/s, jika massa jenis udara 1,2 Kg/m³, tekanan udara bagian atas pesawat 103000 Pa. Berapakah tekanan udara dari bawah sayap ?

Diketahui:

v₂ = 50 m/s

v₁ = 40 m/s

ρ = 1,2 Kg/m³

P₂ = 103000 Pa              

Ditanyakan : P₁ = ....  ?

Penyelesaian:

Jadi tekanan dari bawah sayap pesawat adalah 103540 Pa.

“ RESISTOR “

           A. Tujuan Pembelajaran

1.      Siswa dapat mengetahui bahwa resistor dapat menghambat arus listrik yang mengalir.

2.      Siswa juga dapat mengetahui jenis-jenis reistor dan kegunaannnya.

B. Bahan  Ajar

Resisitor merupakan salah satu komponen elektronika yang bersifat pasif dimana komponen ini tidak membutuhan arus listrik untuk berkerja. Resisitor juga merupakan komponen elektronika yang memang di desain memiliki dua kutub yang nantinya dapat digunakan untuk menahan arus listrik apabila di aliri tegangan listrik antara kedua kutub tersebut.

Resistor biasanya banyak digunakan sebagai bagian dari sirkuit elektronik. Tak Cuma itu, komponen yang satu ini juga yang paling sering digunakan di antara komponen lainnya. Resistor adalah komponen yang terbuat dari bahan isolator yang di dalamnya mengandung nilai tertentu sesuai dengan nilai hambatan yang diinginkan. Berdasarkan Hukum Ohm: Besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau Konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial / tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)”.

Secara Matematis, Hukum Ohm dapat dirumuskan menjadi persamaan seperti dibawah ini :

V = I x R

I = V / R

R = V / I

         Berdasarkan nilai hambatannya resistor dapat dibagi menjadi 3 jenis :

             1. Fixed Resistor : merupakan resistor yang memiliki nilai hambatan tetap

 2. Varibel Resistor : merupakan resistor yang memiliki nilai hambatan yang dapat berubah-                                                   ubah.

3. Resistor Non Linier : merupakan resistor yang memiliki nilai hambatan yang tidak liner hal               ini dikarenakan nilai resistor tersebut dipengarui oleh keadaan suhu, cahaya dan sebagainya. 

Selain itu, resistor juga bukan hanya sebagai untuk menahan arus listrik saja tetapi banyak lagi lain kegunaannya. Fungsi resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap adalah sebagai berikut :        

1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu

    rangkaian    elektronika.

2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian

     elektronika.

3. Berfungsi untuk membagi tegangan.

4. Berfungsi untuk    membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah dengan bantuan

     transistor daan kondensator (kapasitor).

Pada simulasi ini telah digambarkan rangkaian listrik yang menggunakan tegangan sebesar 23,53 volt, dan pada amperemeter arus sebesar 2,35 Ampere dan lampu terlihat menyala terang. Di sini karena tidak adanya hambatan yang mengalir.  

Pada simulasi yang kedua rangkaian listrik menggunakan sumber tegangan yang sama yaitu 23,53 V, setelah dipasang  resistor atau hambatan dengan resistansi 10,00 Ohm dengan arus yang terbaca 1,18 Amperemeter nyala sebuah lampu semakin redup. Mengapa bisa seperti itu? Karena, pada rangkaian ini di pasang dengan hambatan yang menyebabkan sumber arus yang mengalir semakin menurun dan membuat lampu menjadi redup. Dan telah terbukti dengan adanya hukum Ohm.

Resisitor memiliki sifat menghambat arus listrik dan resistor sendiri memiliki nilai besaran hambatan yaitu ohm dan dituliskan dengan simbol Ω. Dari Hukum Ohm dijelaskan bahwa resistansi akan berbanding terbalik dengan jumlah arus yang melaluinya. Maka untuk menyatakan besarnya resistansi dari sebuah resistor dinyatakan dalam satuan Ohm.

Bunyi Hukum Ohm : “Besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau Konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial / tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)”.

Secara Matematis, Hukum Ohm dapat dirumuskan menjadi persamaan seperti dibawah ini :

V = I x R

I = V / R

R = V / I