Dinamika Fluida/Fluida Bergerak

Ciri-ciri umum dari aliran fluida
Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan aliran tak tunak (non-steady).
Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan aliran tak-termapatkan (incompressible).
Aliran fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan aliran tak berolak (irrotational).
Aliran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous).

Sifat Fluida Ideal :
Tidak dapat ditekan (volume tetap karena tekanan)
Dapat berpindah tanpa mengalami gesekan
Mempunyai aliran stasioner (garis alirnya tetap bagi setiap partikel)
Kecepatan partikel-partikelnya sama pada penampang yang sama

Persamaan Kontinuitas


Gambar ini menujukan aliran fluida dari kiri ke kanan (fluida mengalir dari pipa yang diameternya besar menuju diameter yang kecil). Garis putus-putus merupakan garis arus.


Keterangan gambar : A1 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter besar, A2 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil, v1 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar, v2 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter kecil, L = jarak tempuh fluida.

Pada aliran tunak, kecepatan aliran partikel fluida di suatu titik sama dengan kecepatan aliran partikel fluida lain yang melewati titik itu. Aliran fluida juga tidak saling berpotongan (garis arusnya sejajar). Karenanya massa fluida yang masuk ke salah satu ujung pipa harus sama dengan massa fluida yang keluar di ujung lainnya. Jika fluida memiliki massa tertentu masuk pada pipa yang diameternya besar, maka fluida tersebut akan keluar pada pipa yang diameternya kecil dengan massa yang tetap. Kita tinjau bagian pipa yang diameternya besar dan bagian pipa yang diameternya kecil.

Selama selang waktu tertentu, sejumlah fluida mengalir melalui bagian pipa yang diameternya besar (A1) sejauh L1 (L1 = v1t). Volume fluida yang mengalir adalah V1 = A1L1 = A1v1t. Nah, Selama selang waktu yang sama, sejumlah fluida yang lain mengalir melalui bagian pipa yang diameternya kecil (A2) sejauh L2 (L2 = v2t). Volume fluida yang mengalir adalah V2 = A2L2 = A2v2t. (sambil lihat gambar di atas).



HUKUM BERNOULLI
Hukum Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk menjelaskan gejala yang berhubungan dengan gerakan zat alir melalui suatu penampang pipa.

Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa di mana kecepatan aliran fluida tinggi, tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan aliran fluida rendah, tekanannya menjadi tinggi.
Secara matematis dirumuskan :
p1 + ρ gh1 + ½ ρ v21 = p2 + ρ gh2 + ½ ρ v22

Penerapan Asas Bernoulli
Karburator, adalah alat dalam mesin kendaraan yang berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara lalu campuran ini dimasukkan ke dalam silinder mesin untuk pembakaran.
Venturimeter, adalah alat untuk mengukur kelajuan cairan dalam pipa.
Tabung pitot, adalah alat untuk mengukur kelajuan gas dalam pipa dari tabung gas.
Alat penyemprot nyamuk / parfum
Gaya angkat sayap pesawat terbang

Untuk mengetahui tentang dinamika fluida selengkapnya, dari PPT, doc, dan PDF, kalian bisa mendownloadnya di "download dinamika fluida"

read more

PDF Dinamika Fluida

download PDF to dinamika fluida

read more

Halaman Download Dinamika Fluida

klik disini untuk mendownload  PPT Dinamika Fluida

read more

Trio Fluida Pintar

Sahabat ilmu yang baik,
Artikel sebelumnya berisi pengantar pembuka (sudah pengantar, pembuka lagi, hehehe)  tentang trio fluida pintar, yaitu fluida elektro-reologi, fluida bermagnet dan fluida magnet-reologi. Mari sejenak membayangkan, segelas cairan berada di depan anda, cairan tersebut diam dan tenang. Tetapi tiba-tiba cairan tersebut BERGERAK, berubah bentuk lalu menari-nari didepan anda, tanpa terjadi suatu kontak langsung terhadap cairan tersebut, baik disentuh, diobok-obok, dituang apalagi di goyang-goyang. Silakan lihat videonya pada page smart-fluids. Cairan tersebut tiba-tiba menari indah ketika didekatkan (non-kontak) kepadanya medan listrik (kasus fluida elektro-reologi) atau medan magnet (kasus fluida bermagnet dan magnet-reologi). Itulah sejatinya alasan dasar, kenapa ketika fluida itu menjadi pintar. Pintar berubah sifat dan karakter.

read more

Sekilas Tentang Mekanika Fliuda

Mekanika fluida
Dari Wikipedia Indonesia, ensiklopedia bebas berbahasa Indonesia.
Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis mempelajari fluida yang bergerak.
Daftar isi[sembunyikan]· 1 Hubungan dengan mekanika kontinum · 2 Asumsi o 2.1 Hipotesis kontinum · 3 Persamaan Navier-Stokes o 3.1 Bentuk umum persamaan · 4 Fluida Newtonian vs. non-Newtonian o 4.1 Persamaan pada fluida Newtonian
[sunting] Hubungan dengan mekanika kontinum
Mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang diilustrasikan pada tabel berikut.
Mekanika kontinum: studi fisika dari material kontinu Mekanika solid: studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu. Elastisitas: menjelaskan material yang kembali ke bentuk awal setelah diberi tegangan.
Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu. Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida.
Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya. Fluida non-Newtonian
Fluida Newtonian
Dalam pandangan secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu menahan tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk mengikuti bentuk wadahnya.
[sunting] Asumsi
Seperti halnya model matematika pada umumnya, mekanika fluida membuat beberapa asumsi dasar berkaitan dengan studi yang dilakukan. Asumsi-asumsi ini kemudian diterjemahkan ke dalam persamaan-persamaan matematis yang harus dipenuhi bila asumsi-asumsi yang telah dibuat berlaku.
Mekanika fluida mengasumsikan bahwa semua fluida mengikuti:
· Hukum kekekalan massa
· Hukum kekekalan momentum
· Hipotesis kontinum, yang dijelaskan di bagian selanjutnya.
Terkadang, akan lebih bermanfaat (dan realistis) bila diasumsikan suatu fluida bersifat inkompresibel. Maksudnya adalah densitas dari fluida tidak berubah ketika diberi tekanan. Cairan terkadang dapat dimodelkan sebagai fluida inkompresibel sementara semua gas tidak bisa.
Selain itu, terkadang viskositas dari suatu fluida dapat diasumsikan bernilai nol (fluida tidak viskos). Terkadang gas juga dapat diasumsikan bersifat tidak viskos. Jika suatu fluida bersifat viskos dan alirannya ditampung dalam suatu cara (seperti dalam pipa), maka aliran pada batas sistemnya mempunyai kecepatan nol. Untuk fluida yang viskos, jika batas sistemnya tidak berpori, maka gaya geser antara fluida dengan batas sistem akan memberikan resultan kecepatan nol pada batas fluida.
[sunting] Hipotesis kontinum
Fluida disusun oleh molekul-molekul yang bertabrakan satu sama lain. Namun demikian, asumsi kontinum menganggap fluida bersifat kontinu. Dengan kata lain, properti seperti densitas, tekanan, temperatur, dan kecepatan dianggap terdefinisi pada titik-titik yang sangat kecil yang mendefinisikan REV (‘’Reference Element of Volume’’) pada orde geometris jarak antara molekul-molekul yang berlawanan di fluida. Properti tiap titik diasumsikan berbeda dan dirata-ratakan dalam REV. Dengan cara ini, kenyataan bahwa fluida terdiri dari molekul diskrit diabaikan.
Hipotesis kontinum pada dasarnya hanyalah pendekatan. Sebagai akibatnya, asumsi hipotesis kontinum dapat memberikan hasil dengan tingkat akurasi yang tidak diinginkan. Namun demikian, bila kondisi benar, hipotesis kontinum menghasilkan hasil yang sangat akurat.
Masalah akurasi ini biasa dipecahkan menggunakan mekanika statistik. Untuk menentukan perlu menggunakan dinamika fluida konvensial atau mekanika statistik, angka Knudsen permasalahan harus dievaluasi. Angka Knudsen didefinisikan sebagai rasio dari rata-rata panjang jalur bebas molekular terhadap suatu skala panjang fisik representatif tertentu. Skala panjang ini dapat berupa radius suatu benda dalam suatu fluida. Secara sederhana, angka Knudsen adalah berapa kali panjang diameter suatu partikel akan bergerak sebelum menabrak partikel lain.
[sunting] Persamaan Navier-Stokes
Persamaan Navier-Stokes (dinamakan dari Claude-Louis Navier dan George Gabriel Stokes) adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa perubahan dalam momentum (percepatan) partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal (mirip dengan gaya friksi) dan gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada fluida.
Persamaan Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan pergerakan dari suatu fluida. Persaman seperti ini menggambarkan hubungan laju perubahan suatu variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk suatu fluida ideal dengan viskositas bernilai nol akan menghasilkan hubungan yang proposional antara percepatan (laju perubahan kecepatan) dan derivatif tekanan internal.
Untuk mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus. Secara praktis, hanya kasus-kasus aliran sederhana yang dapat dipecahkan dengan cara ini. Kasus-kasus ini biasanya melibatkan aliran non-turbulen dan tunak (aliran yang tidak berubah terhadap waktu) yang memiliki nilai bilangan Reynold kecil.
Untuk kasus-kasus yang kompleks, seperti sistem udara global seperti El Niño atau daya angkat udara pada sayap, penyelesaian persamaan Navier-Stokes hingga saat ini hanya mampu diperoleh dengan bantuan komputer. Kasus-kasus mekanika fluida yang membutuhkan penyelesaian berbantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu tersendiri yaitu mekanika fluida komputasional

[sunting] Bentuk umum persamaan
Bentuk umum persamaan Navier-Stokes untuk kekekalan momentum adalah :

di mana
· ρ adalah densitas fluida,
adalah derivatif substantif (dikenal juga dengan istilah derivatif dari material)
· adalah vektor kecepatan,
· f adalah vektor gaya benda, dan
· adalah tensor yang menyatakan gaya-gaya permukaan yang bekerja pada partikel fluida.
adalah tensor yang simetris kecuali bila fluida tersusun dari derajat kebebasan yang berputar seperti vorteks. Secara umum, (dalam tiga dimensi) memiliki bentuk persamaan:

di mana
· σ adalah tegangan normal, dan
· τ adalah tegangan tangensial (tegangan geser).
Persamaan di atas sebenarnya merupakan sekumpulan tiga persamaan, satu persamaan untuk tiap dimensi. Dengan persamaan ini saja, masih belum memadai untuk menghasilkan hasil penyelesaian masalah. Persamaan yang dapat diselesaikan diperoleh dengan menambahkan persamaan kekekalan massa dan batas-batas kondisi ke dalam persamaan di atas.
[sunting] Fluida Newtonian vs. non-Newtonian
Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.
Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu “lubang”. Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak “lebih tipis” (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu.
[sunting] Persamaan pada fluida Newtonian
Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal dengan istilah viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida Newtonian adalah:

di mana
τ adalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida
μ adalah viskositas fluida-sebuah konstanta proporsionalitas
adalah gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran
Viskositas pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada temperatur dan tekanan dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat inkompresibel dan viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida, persamaan yang menggambarkan tegangan geser (dalam koordinat kartesian) adalah

di mana
τij adalah tegangan geser pada bidang ith dengan arah jth
vi adalah kecepatan pada arah ith
xj adalah koordinat berarah jth
Jika suatu fluida tidak memenuhi hubungan ini, fluida ini disebut fluida non-Newtonian.
Diperoleh dari “http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_fluida”

read more

Perlunya Animasi dan Simulasi Komputer

Fisika itu eksperimental, artinya bahwa konsep-konsep fisika didapatkan melalui serangkaian eksperimen. Dengan demikian metode eksperimen sebisa mungkin harus digunakan didalam KBM fisika. Namun kenyataannya banyak sekolah yang sarana laboratorium IPA beserta isinya masih belum memadai. Untuk membuat alat peraga sendiri tidak ada waktu dan biaya (juga kekurangan ide).
Salah satu alternatif yang dapat diambil adalah dengan melalui eksperimen komputer atau simulasi dari ekseperimen yang sesungguhnya. Memang waktu dulu penggunaan simulasi komputer ini masih mahal dan langka. Tetapi sesuai dengan perkembangan zaman maka yang dahulunya mahal dan langka saat ini sudah menjadi sesuatu yang murah dan hal yang biasa. Harga Lapotp dan LCD saat ini sudah turun drastis sehingga sekolah dipinggiranpun sudah dapat membelinya. Bahkan saat inipun banyak guru-guru yang sudah menjinjing lapotp pribadinya di sekolah.
Bagaimana dengan program simulasinya? Ah, hal itu tidak perlu dikuatirkan. Saat ini sudah banyak website yang menampilkan program animasi dan simulasi komputer tentang materi pelajaran fisika.

read more

Fisika itu asyik ? masa sich….

Kata anak tetangga di sebelah kanan kos-ku, fisika itu asyik. Itu kata-nya. Sedangkan seorang teman kuliah, senasib dan sepenanggungan yang setiap hari mendekam di balik tumpukan “kitab suci” fisika, mengatakan fisika itu ilmu yang sangat sulit dan membosankan. Itu kata-dia, padahal setiap hari ketagian dengan dikat kuliah yang ketebalannya tidak dapat diukur dengan jangka sorong atau mikrometer sekrup. Fisika itu asyik ? fisika itu sulit dan membosankan ? seperti eyang Einstein dalam teori Relativitasnya, ijinkan saya mengatakan bahwa asyik dan tidaknya fisika, sulit atau membosankan, semuanya adalah relatif. Silahkan dibaca terus tulisan yang compang camping ini. Ehm.. ehm…

Selama ini banyak pelajar dan mantan pelajar sekolah menengah “sangat ketakutan” jika guru fisika sudah menampakan dirinya dibalik pintu kelas. Wah, fisika lagi… mungkin ini salah satu keluhan yang tidak keluar dari mulut mereka. Hal ini sangat dimaklumi karena fisika selama ini diidentikan dengan rumus-rumus yang selalu membuat dahi berkerut. Ketika masih belajar di sekolah menengah, penulis termasuk salah seorang siswa yang sangat membenci fisika. Beberapa teman bahkan sering “sakit-sakitan” karena fisika. Sebelum pelajaran fisika dimulai, biasanya penyakit mereka kambuh. Kebencian “kami” memuncak ketika guru mulai memenuhi papan tulis dengan rumus-rumus atau latihan soal di awal jam pelajaran, disertai ceramah membosankan, yang kadang membuat perut kembung, sehingga terpaksa harus minta ijin ke depan.

Fisika itu pelajaran yang sangat asyik dan tentu saja menyenangkan. Ini kata saya, tapi sekali lagi, semuanya relatif. Mengapa asyik dan bahkan menyenangkan ?

Sebagai manusia, semua orang pasti pernah melewati masa kecil. Sekarang, mari kita ingat kembali kenangan masa lalu yang kadang membahagiakan dan terkadang pula tidak ingin dirindukan. Ketika masih kecil, biasanya kita sangat tertarik dengan segala sesuatu yang berada disekeliling kita. Kadang kita selalu ingin mempertanyakan hal-hal yang ada disekeliling kita, sehingga para filsuf mengatakan, setiap manusia adalah seorang filosofis. Keingintahuan yang begitu besar tentang fenomena alam atau peristiwa sehari-hari yang terkait ilmu fisika biasanya ditanyakan kepada ayah, ibu atau saudara kita. Masalahnya keluarga dekat kita sebagian besar bukan fisikawan atau orang yang memahami fisika dengan baik. Pa, itu apa ya ? tanya roni, misalnya. sang Ayah menjawab, itu lampu listrik sayang… pa, lampu listrik kok nyala ya ? iya…. Bingung, kalo ditanyain lagi, gumam sang ayah dalam hati. Pa, kenapa lampu listriknya nyala ? Papa lagi sibuk ni sayang, main sama ibu aja ya…. Mungkin saja ini salah satu jawaban terbaik sang ayah, karena tidak tahu harus menjawab apa atas pertanyaan anaknya. Wah, bakat seorang calon fisikawan perlahan-lahan dikerdilkan. Ini hanya salah satu contoh. Pernah mengalami ? dijawab dalam hati ya… ehm.. ehm…

Ketika mulai belajar di bangku sekolah, bapak dan ibu guru fisika setiap hari selalu menghadirkan rumus-rumus fisika yang aduhai, sedangkan konsep-konsep fisika jarang sekali di jelaskan. Penurunan rumus juga mungkin kurang dijelaskan dengan baik, sehingga siswa terpaksa menghafal rumus-rumus tersebut, tanpa memahami dengan baik dari mana asal rumus yang dihafal.

Apa yang terjadi kemudian ?

Fisika semakin dibenci dan dianggap momok yang kurang menyenangkan. Pemahaman konsep fisika pada diri siswa menjadi sangat lemah. Rumus-rumus yang sering dihafal selama semalam suntuk untuk persiapan ujian keesokan harinya (biar dapat nilai A⁺), akhirnya hilang tak berbekas setelah seminggu.

Apa yang dicapai dalam pembelajaran fisika ? mungkin hanya nilai A+ sebagai penghibur hati, bekal melanjutkan sekolah atau kuliah di perguruan tinggi berkelas.

Fisika itu sulit ? Ya…. Bagi sebagian orang yang kemampuan finansialnya pas-pasan. Maksud penulis kemampuan intelektual. Apakah fisika itu sulit ? kok ditanya lagi. Ilmu fisika itu obyek yang dipelajari. Sebagai obyek, sulit atau tidaknya sangat tergantung bagaimana seorang pengajar fisika meramu materi sedemikian rupa sehingga tampak menarik minat para siswa (dan mahasiswa). Ketika ada minat dan keinginan yang kuat untuk mengetahui sesuatu, kesulitan dengan sendirinya kabur…

Faktor menarik sebenarnya sudah dimiliki oleh ilmu fisika karena Fisika merupakan ilmu yang menjelaskan berbagai peristiwa alamiah yang dilihat atau diamati dalam kehidupan sehari. Selain itu keindahan fisika sebenarnya terletak pada konsep, yang selama ini sering ditelantarkan. Dengan memahami konsep secara baik (dan benar), kita dapat menjelaskan berbagai hal dalam kehidupan sehari-hari yang berkaitan dengan ilmu fisika. Dengan memahami konsep secara baik dan benar, rumus-rumus yang katanya sulit dengan sendirinya akan pahami dengan mudah.

Inti belajar fisika adalah belajar konsep. Keindahan fisika juga terletak pada konsep. Apabila konsep fisika disajikan dengan menarik, misalnya dipadukan dengan peristiwa dalam kehidupan sehari-hari atau fenomena alam, dan proses pembelajarannya juga didukung dengan media yang tepat, mungkin setiap hari para siswa akan selalu merindukan pelajaran fisika. Dan penyakit-penyakit mingguan seperti perut kembung, diare, pusing dan kawan-kawan akan tinggal kenangan…. Ehm..ehm… sekian dan terima kasih atas perhatian anda. Sampai jumpa di episode berikutnya.

Terima kasih untuk bapak dan ibu guru fisika yang selama ini telah mengajarkan fisika di kelas. Karena jasamu, saat ini saya ingin menjadi guru fisika.

read more