Penjelasan Tentang Mekanika Fluida Beserta Rumus Dan Contoh Dalam Kehidupan Sehari-hari

Mekanika Fluida

1.1 Definisi Fluida

Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.

Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.

1.2 Fluida Statis

Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.

Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.

Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.

• Massa jenis

Massa jenis merupakan suatu ukuran kerapatan suatu benda, sehingga dapat dikatakan, jika suatu benda mengalami massa jenis yang besar, maka benda tersebut dapat dikatakan memiliki kerapatan yang besar pula, begitu juga sebaliknya. Berikut persamaan / rumus dari massa jenis

Keterangan :
ρ = lambang massa jenis atau biasa dikatakan rouh, dengan satuan (kg/m3)
m = massa benda, dengan satuan (kg)
V = Volume benda, dengan satuan (m3)

beberapa jenis bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel berikut.

                      Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)

• Tekanan

Tekanan (P) merupakan satuan ilmu fisika untuk menyatakan atau menyebutkan hasil dari gaya (F) dengan Luas (A), satuan tekanan digunakan dalam mengukur kekuatan dari suatu benda gas dan benda cair. Untuk lebih ringkasnya, tekanan merupakan hasil bagi antara gaya (F) dan luas penampang(A).
Dengan asumsi , bahwa semakian besar gaya yang diberikan maka semakin besar pula tekanannya, akan tetapi sebaliknya, jika luas penampang tersebut besar, maka tekanan yang diberikan akan kecil.

Perhatikan persamaan berikut:

Keterangan :
P = Tekanan, dengan satuan (pascal/Pa)
F = Gaya, dengan satuan (newton/N)
A = Luas penampang, dengan satuan (m2)

Tentu kalian sedikit bingung, dengan satuan yang saya cantumkan diatas, karena banyak versi pembahasan yang berbeda terkait dengan satuan tekanan, hal tersebut bukan dikarenakan ketidakpastian dari satuan tekanan tersebut, melainkan dalam satuan tekanan memiliki sifat konversi yang beragam untuk kalian pahami dalam menyelesaikan soal tentang tekanan. Dibawah ini merupakan hitungan konversinya:

• Tekanan hidrostatis

Tekanan hidrostatis merupakan tekanan yang dihasilkan oleh suatu benda atau objek yang mengalami gravitasi ketika didalam fluida. Oleh sebab itu bahwa besarnya tekanan yang dihasilkan tergantung dari massa jenis fluida, percepatan gravitasi bumi, dan ketinggian fluida atau zat cair tersebut.

Maka demikian, terkait dengan konsep tekanan hidrostatis yang saya jelaskan diatas, telah diketahui bahwa persamaan tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut

Keterangan:
Ph = tekanan hidrostatis (Pa)
ρ = massa jenis fluida atau zat cair (kg/m^3)
g = percepatan gravitasi (10 m/s^2)
h = ketinggian atau kedalaman benda dari permukaan zat cair / fluida (m)

Berdasarkan rumus diatas, telah diketahui bahwa: Makin besar suatu massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan hidrostatis yang dihasilkan, dan jika semakin dalam benda pada zat cair tersebut, maka tekanan hidrostatis yang dihasilkan semakin besar pula.

• Tekanan mutlak

Penunjukan tekanan dalam ruang tertutup oleh alat ukur tekanan disebut tekanan terukur atau tekanan gauge. Alat ukur tekanan pada alat semprot dinamakan manometer tertutup. Udara di bumi atau yang dinamakan atmosfer memiliki tekanan ke segala arah. Tekanan atmosfer dapat diukur menggunakan barometer. Tumus Tekanan Mutlak adalah sebagai berikut.

Keterangan:
P = tekanan mutlak

PA = tekanan atmosfer

PG = tegangan terukur

Tekanan hidrostatik merupakan tekanan terukur. Tekanan mutlak di dalam fluida merupakan jumlah dari tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer. Persamaannya dituliskan sebagai berikut.

• Tegangan permukaan

Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya setiap satuan panjang. Tegangan permukaan zat cair dituliskan dalam persamaan berikut.

Keterangan:
ϒ = tegangan permukaan
F = gaya ( N)
ℓ = panjang permukaan (m)

       Selain pada zat cair, tegangan permukaan juga terjadi pada selaput sabun. Pada selaput sabun tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan persatuan panjang permukaan pada arah tegak lurus terhadap gaya tersebut. Besar tegangan permukaan suatu benda yang dipengaruhi oleh selaput sabun dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :
w=berat kawat penutup (N)
L = panjang kawat penutup (m)
ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)

• Kapilaritas

Kapilaritas merupakan peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler.

Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan adanya tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa. Kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:
h = kenaikan dan penurunan permukaan fluida dalam pipa kapiler /9m)
θ = sudut kotak derajat (derajat)
r = jari-jari pipa kapiler (m)
ρ= massa jenis zat cair (kg/m2)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah, yang dapat naik melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim hujan dapat basah juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.

 

• Hukum-Hukum Dasar Fluida Statis

1. Hukum Pascal

Bunyi hukum pascal

“Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.”

Hukum Pascal dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :

P1 , p2 = tekanan pada piston 1 dan 2
F1 , F2 = gaya tekan pada piston 1 dan 2
A1 , A2 = luas penampang pada piston 1 dan 2