01. Pertemuan 1 Perkuliahan Mekanika Fluida.pptx

Mekanika Fluida

1. MEKANIKA FLUIDA Fisika Dasar II Pertemuan 1

2. TUJUAN PEMBELAJARAN Mengingat, memahami dan menerapkan Massa jenis dan besaran serupa Mengingat, memahami dan menerapkan Tekanan pada sebuah titik di dalam fluida 1 2 Mengingat, memahami dan menerapkan Hubungan tekanan dengan kedalaman Mengingat, memahami dan menerapkan Tekanan pada sebuah titik di dalam fluida 3 4

3. PETA KONSEP

4. 1 MASSA JENIS DAN BESARAN SERUPA Massa Jenis  didefinisikan sebagai MASSA per satuan VOLUME   Massa Jenis suatu zat juga dipengaruhi oleh suhu dan tekanannya . Tapi untuk zat cair , pengaruhnya tidak terlalu besar . Dari massa jenis ini , ada beberapa besaran baru yang didefinisikan , yaitu volume spesifik , gravitasi sppesifik , dan berat spesifik

5. 1 MASSA JENIS DAN BESARAN SERUPA Volume Spesifik v didefinisikan sebagai volume suatu zat per satuan massa . Dengan demikian , kita dapat menuliskan volume spesifik v sebagai :   Karena  = m/V maka V/m = 1/  sehingga volume spesifik v dapat juga ditulis menjadi :  

6. 1 MASSA JENIS DAN BESARAN SERUPA Gravitasi spesifik G s suatu zat didefinisikan sebagai perbandingan massa jenis zat tersebut dengan massa jenis air. pada dasarnya , massa jenis air tidak tetap . Oleh sebab itu , massa jenis air yang dimaksud adalah massa jenis air pada suhu 4 o C, yaitu 1.000 kg/m 3 . dengan kata lain, gavitasi spesifik suatu zat adalah besaran yang menunjukkan seberapa kali massa jenis air dari massa jenis zat tersebut . Jika massa jenis air disimbolkan dengan air, maka gravitasi spesifik G s dari suatu zat dapat ditulis menjadi :   Dimana  adalah massa jenis dari zat tersebut

7. 1 MASSA JENIS DAN BESARAN SERUPA Besaran berikutnya adalah berat spesifik γ . Berat spesifik γ suatu zat didefinisikan sebagai gaya berat per satuan volume. Dengan demikian , kita dapat menuliskannya menjadi :   Karena  = m/V, maka :  

8. Contoh Soal Sebuah wadah bervolume 1,3 m 3 terisi penuh oleh suatu cairan . Diketahui massa dari seluruh cairan yang berada di dalam wadah tersebut adalah 1.720 kg. dengan demikian , tentukan (a) massa jenis , (b) volume spesifik , (c) gravitasi spesifik dan (d) berat spesifik dari cairan tersebut . Cairan Penyelesaian a. Massa Jenis   b. Volume Spesifik   c. Gravitasi spesifik   d. Berat spesifik  

9. Ketika berendam di dalam air, kita akan merasakan bahwa air ( fluida ) tersebut menekan tubuh kita . Tekanan-tekanan tersebut merupakan akibat dari gaya yang diberikan fluida . Untuk menjelaskan seberapa kuat tekanan ini , daripada menggunakan besaran gaya , akan lebih berguna jika dijelaskan dalam besaran lain yang disebut tekanan . Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas Dimana gaya yang dimaksud adalah gaya yang tegak lurus dengan permukaan luasan yang menerima gaya tersebut . Secara matematis tekanan dituliskan sebagai P = F/A Dimana F tegak lurus dengan bidang yang ditekan fluida . Satuan dari tekanan adalah pascal (Pa), Dimana 1 Pa = 1 N/m 2 . 2 TEKANAN PADA SEBUAH TITIK DI DALAM FLUIDA

10.   3 HUBUNGAN TEKANAN DENGAN KEDALAMAN Penyelam mengetahui bahwa semakin menyelam ke bawah permukaan , maka semakin besar tekanan yang dirasa . Anda mungkin berpikir bahwa salah satu penyebabnya adalah Ketika semakin jauh menyelam ke bawah permukaan , maka semakin banyak air di atas anda , sehingga tekanannya pun menjadi semakin besar . Sekarang kita akan mencoba menurunkan persamaan matematis untuk menjelaskan fenomena ini .

11. 3 HUBUNGAN TEKANAN DENGAN KEDALAMAN   Tentukan besar tekanan yang diterima oleh kapal selam yang diam pada kedalaman h 1 = 12 m dan h 2 = 240 m. Kemudian dengan mengasumsikan massa jenis air laut seragam dan bernilai p = 1.020 kg/m 3 , tentukan laju perubahan tekanan dari kedalaman h 1 ke h 2 .   Jawab a. Tekanan ( tekanan pengukuran ) merupakan selisih nilai tekanan mutlak dan tekanan atmosfer . Jika p1 adalah tekanan pada kedalaman h1, maka   b. Laju perubahan tekanan  

12. 4 HUKUM PASCAL Jika tekanan p0 dinaikkan sebesar Δ p, maka tekanan pada setiap kedalaman juga akan bertambah sebesar Δ p. Kenyataan ini diperkenalkan pertama kali oleh Blaise Pascal pada tahun 1653, seorang ilmuwan perancis . Fakta ini disebut sebagai hukum pascal dan dapat dinyatakan dalam Bahasa yang lebih formal sebagai “ Tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan tanpa mengalami pengurangan ke setiap bagian fluida dan dinding bejana .”

13. 4 HUKUM PASCAL Hukum Pascal memungkinkan kita untuk membuat suatu perangkat yang disebut pompa hidrolik . Berdasarkan gambar 1.7, Ketika gaya diberikan ke piston yang penampangnya kecil , maka tekanan yang dialami permukaan fluida pada titik tersebut adalah     Dengan mengasumsikan permukaan fluida pada titik 1 dan 2 bernilai sama , maka tekanan p1 dan p2 juga bernilai sama , sehingga diperoleh     Karena A2 > A1, maka gaya ke atas F2 juga akan lebih besar . Berdasarkan persamaan tersebut kita dapat menuliskan   Konsep ini memungkinkan kita dapat merancang sebuah perangkat yang dapat melipatgandakan besar gaya . Salah satu perangkat yang menggunakan prinsip ini adalah dongkrak hidrolik

14. 4 Sebuah dongkrak hidrolik yang ditunjukkan pada gambar dirancang berdasarkan hukum Pascal Dimana penampang A 1 dan A 2 berbentuk lingkaran yang diameter keduanya secara berturut-turut adalah r 1 = 1,5 cm dan r 2 = 5 cm. Ketika tuas ditekan ke bawah , maka penampang A 1 menerima gaya sebesar F 1 = 1.100 N. Dengan demikian , tentukan gaya ke atas yang diberikan pada penampang A 2 .   HUKUM PASCAL    

15. Tekanan dapat diukur dengan menggunakan tabung atau tabung yang berisi cairan . Alat pengukur tekanan seperti ini disebut manometer. Manometer yang sangat umum yaitu tabung piezometer dan manometer tabung U 5 PENGUKURAN TEKANAN Tabung Piezometer Tabung Piezometer dapat dikatakan sebagai alat pengukur tekanan fluida yang paling sederhana . Tabung piezometer berbentuk tabung yang salah satu ujungnya disambungkan ke titik yang akan diukur tekanannya , sedangkan ujung lain terbuka

16. Karena tekanan fluida pada bidang datar yang sejajar bernilai sama , maka tekanan pada titik A sama dengan tekanan pada titik B. Dengan demikian , tekanan di titik A dapat diketahui dengan mengukur tekanan pada titik B. Teknanan pada titik B dapat dihitung dengan menggunakan persamaan p = pgh + p . Karena biasanya kita lebih sering menyatakan tekanan berupa tekanan pengukuran , maka tekanan pada titik A adalah 5 PENGUKURAN TEKANAN  

17. Tabung piezometer memiliki beberapa kekurangan . Jika tekanan atmosfir lebih besar daripada tekanan bejana , maka tidak akan ada ketinggian h, sehingga tekanan bejana tidak dapat diketahui . Kemudian , tekanan bejana hanya dapat diukur jika fluida yang ada di dalamnya berupa cairan . Selain itu , tekanan yang bisa diukur juga relative kecil karena tidak mungkin membuat tabung piezometer yang sangat tinggi . 5 PENGUKURAN TEKANAN

18. Manometer Tabung -U Untuk mengatasi kekurangan pada tabung piezometer, maka manometer dirancang dengan bentuk yang berbeda , yaitu berbentuk huruf U. Tabung U tersebut diisi degan fluida yang disebut sebagai fluida pengukur . 5 PENGUKURAN TEKANAN

19. Tekanan pada titik A sama dengan tekanan pada titik 1. Ketika kita berjalan ke bawah ke titik 2, maka tekanan akan bertambah sebesar p1gh1. Kemudian , perhatikan bahwa tekanan pada titik 2 sama dengan tekanan pada tiitik 3. Ketika kita bergerak ke atas dari titik 3 sejauh h2, maka tekanan akan berkurang sebesar p2gh2. Selain itu , kita hanya akan merasakan tekanan atmosfer . Dengan kata lain, tekanan pengukurannya adalah nol. Dengan demikian , secara matematis dituliskan : 5 PENGUKURAN TEKANAN     Sehingga tekanan pada titik A adalah

20. Persamaan tersebut hanya berlaku untuk sistem yang ditunjukkan pada gambar . Kunci utama dalam menganalisis nilai tekanan ini adalah kita dapat menganalisis perubahan nilai tekanan dengan cara menelusuri sistem dari ujung ke ujung lain. Fluida dengan ketinggian yang sama akan memiliki nilai tekanan yang sama dan fluida yang berada pada posisi yang lebih tinggi akan memiliki tekanan yang lebih rendah . 5 PENGUKURAN TEKANAN   Sehingga tekanan pada titik A adalah

21. Sebuah manometer berisi air raksa dihubungkan ke sebuah tangka tertutup berisi minyak dan udara . Diketahui bahwa massa jenis minyak dan raksa secara berturut-turut adalah  m = 905 kg/m 3 dan  r = 13.600 kg/m3. Jika h 1 = 0,94 m, h 2 = 0,12 m, h 3 = 0,24 m, maka tentukan besar tekanan yang terbaca oleh alat ukur . 5 PENGUKURAN TEKANAN Jawab Misalkan tekanan udara ( tekanan yang terukur ) di dalam tanki adalah pu . Karena massa jenis udara sangat kecil , maka perbedaan ketinggian udara di dalam tangki dapat diasumsikan tidak menyebabkan perubahan nilai tekanan .

22. 5 PENGUKURAN TEKANAN Ketika kita bergerak dari permukaan minyakke bawah sejauh h1, maka tekanan bertambah sebesar  m gh 1 . Jika diteruskan lagi ke bawah sejauh h2, maka tekanan akan bertambah lagi sebesar  m gh 2 . Perhatikan tekanan pada titik 1 sama dengan tekanan pada titik 2. Jika kita bergerak ke atas dari titik 2 ke permukaan air raksa , maka tekanan akan berkurang sebesar  m gh 3 . Pada titik ini , tekanan pengukuran bernilai nol karena berhadapan langsung dengan udara terbuka . Dengan demikian , secara matematis kita dapat menuliskan       Sehingga  

23. Sebuah manometer tabung U digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan antara titik A dan B dengan dipasangkan seperti pada gambar . Berdasarkan gambar tersebut , tentukan rumusan untuk mengukur perbedaan tekanan antara kedua titik tersebut . 5 PENGUKURAN TEKANAN Jawab Berdasarkan gambar tersebut , tekanan di titik A sama dengan tekanan pada titik 1. Kemudian , tekanan pada titik 2 sama dengan tekanan pada titik 3. Saat kita naik dari titik 3 ke titik 4, maka terjadi penurunan tekanan sebesar  2 gh 2 . Kemudian , Ketika naik lagi sejauh h3, maka terjadi penurunan tekanan sebesar  3 gh 3 . Perhatikan , tekanan pada titik 5 sama dengan tekanan pada titik B. Dengan demikian , persamaan matematika untuk sistem ini adalah :     Sehingga perbedaan tekanan antara titik A dan B adalah : A

24. Terima Kasih