StafStaf PengajarPengajar FisikaFisikaDepartemen Fisika, FMIPA, IPBDepartemen Fisika, FMIPA, IPB

FLUIDAFLUIDA

Fluida merupakan sesuatu yang dapatmengalir sehingga sering disebut sebagaizat alir. Fasa zat cair dan gas termasuk kedalam jenis fluida

STATIKDINAMIK

FENOMENA FLUIDAFENOMENA FLUIDA

KenapaKenapa kayukayu--kayukayu yang yang besarbesar dandan banyakbanyak lebihlebihmudahmudah diangkatdiangkat dalamdalam air ?air ?MengapaMengapa balonbalon gas gas bisabisa naiknaik keke atasatas ??MengapaMengapa telurtelur bisabisa mengapungmengapung dalamdalam air air garamgaramsementarasementara dalamdalam air air murnimurni tenggelamtenggelam??KenapaKenapa seranggaserangga kecilkecil bisabisa bergerakbergerak diatasdiatas air air dandan tidaktidak tenggelamtenggelam? ? BagaimanaBagaimana pesawatpesawat yang yang massanyamassanya besarbesar dapatdapatterbangterbang??

TujuanTujuan InstruksionalInstruksional

MenentukanMenentukan besaranbesaran--besaranbesaran yang yang terkaitterkaitdengandengan fluidafluida diamdiam dandan fluidafluida bergerakbergerakmenggunakanmenggunakan formulasiformulasi sederhanasederhana yang yang sudahsudah dikenaldikenal didi tingkattingkat SLTA SLTA dandansebelumnyasebelumnya

FLUIDA STATIKFLUIDA STATIK

fluidafluida selaluselalu mempunyaimempunyai bentukbentuk yang yang dapatdapat berubahberubah secarasecara kontinyukontinyu mengikutimengikutibentukbentuk wadahnyawadahnya karenakarena fluidafluida tidaktidakdapatdapat menahanmenahan gayagaya gesergeser

MassaMassa jenisjenis

SuatuSuatu sifatsifat pentingpenting daridari zatzat adalahadalah rasiorasio massamassa terhadapterhadapvolumenyavolumenya yang yang dinamakandinamakan massamassa jenisjenis

Beberapa buah batu bermassa total 3kg kg dimasukkandalam bejana (luas penampang 0.025 m2) yang berisi air dengan ketinggian permukaan air mula-mula 0,5 m, sehingga tinggi permukaan air meningkat 0.06 m. Berapakah massa jenis batu-batu tersebut?

Vm

ρ =

TEKANANTEKANAN• Kenapa ayam sulit berjalan di tanah yang

lembek sedangkan itik relatif lebih mudah?• kalau tangan kita ditekan oleh ujung pena

yang bagian runcingnya terasa lebih sakitdaripada oleh ujung yang bagian tumpulnya.

AFp =

Tekanan didefinisikan sebagaigaya normal persatuan luaspermukaan

TEKANAN UDARATEKANAN UDARASuatuSuatu permukaanpermukaan didi udaraudara akanakan mendapatkanmendapatkan tekanantekananudaraudara akibatakibat adanyaadanya gayagaya tumbukantumbukan molekulmolekul--molekulmolekuludaraudara padapada permukaanpermukaan tersebuttersebutTekananTekanan udaraudara didi permukaanpermukaan lautlaut adalahadalah sekitarsekitar 1 1 atmatm= 101 kN/m= 101 kN/m22 = 101 = 101 kPakPaContohContoh: :

seorangseorang turisturis sedangsedang berbaringberbaring tertelungkuptertelungkup didi tepitepi pantaipantai. . HitunglahHitunglah gayagaya yang yang diberikandiberikan molekulmolekul--molekulmolekul udaraudara padapadapermukaanpermukaan punggungpunggung turisturis tersebuttersebut dengandengan mengganggapmengganggap luasluaspermukaanpermukaan punggungpunggung sebesarsebesar 0.2 m0.2 m22..JawabJawab: F = : F = pApA = (101 kPa)(0.2 m= (101 kPa)(0.2 m22)=20.2 )=20.2 kNkN((luarluar biasabiasa!!! !!! IniIni samasama dengandengan membebanimembebani punggungpunggung orangorangtersebuttersebut dengandengan bebanbeban sebesarsebesar kirakira--kirakira 2 ton!!) 2 ton!!) BagaimanaBagaimana diadiadapatdapat menahanmenahan bebanbeban sebesarsebesar ituitu? ?

TEKANAN DALAM ZAT CAIRTEKANAN DALAM ZAT CAIR

P = Po +ρhg

P0

P

h

Contoh

Hitunglah tekanan total yang dialamisebuah benda yang tercelup dalam sumurpada ke dalaman 10 m dari permukaan air sumur. Jika percepatan gravitasi di daerahitu adalah sebesar10 m/s2

Berapa tekanan yang dialami penyelamyang berada pada posisi 100 m di atasdasar laut ? ( kedalaman laut =1 km. massa jenis air laut : 1,025 × 103 kg/m3)?

Prinsip PascalTekananTekanan yang yang diberikandiberikan padapada suatusuatu cairancairanyang yang tertutuptertutup akanakan diteruskanditeruskan tanpatanpa berkurangberkurangkeke segalasegala titiktitik dalamdalam fluidafluida dandan keke dindingdindingbejanabejana ((BlaiseBlaise Pascal 1623Pascal 1623--1662)1662)TekananTekanan adalahadalah samasama didi setiapsetiap titiktitik padapadakedalamankedalaman yang yang samasama

A1F1

A2F2

Dongkrak Hidrolik

Paradoks hidrostatik

ContohContoh

Sebuah pipa berbentuk u yang memiliki luaspenampang kakinya berbeda digunakanuntuk mengangkat beban. Berapakah bebanmaksimum yang dapat diangkat olehnya jikaluas penampang yang kecil, A = 1 m2, diberikan gaya 104 N dengan luaspenampang yang besar adalah 5 m2?

Although he lived more than 2,000 years ago, Archimedes, a Greek philosopher and mathematician (287-212 B.C.) is still regarded as one of the greatest physical scientists of all time. Perhaps you have heard the story of the King's crown. It is told that, while talking a bath, he discovered a method for figuring out whether the crown had been made of pure gold or a cheaper metal. Archimedes was so excited about his discovery, he ran straight from the tub through the streets shouting, "Eureka!" We now call his discovery Archimedes' Principle, which states that an object placed in a fluid is buoyed upward by a force equal in weight to the fluid displaced (pushed out of the way) by the object

PRINSIP ARCHIMEDESPRINSIP ARCHIMEDESSebuahSebuah bendabenda yang yang tenggelamtenggelam seluruhnyaseluruhnyaatauatau sebagiansebagian dalamdalam suatusuatu fluidafluida akanakanmendapatkanmendapatkan gayagaya angkatangkat keke atasatas yang yang samasama besarbesar dengandengan beratberat fluidafluida yang yang dipindahkandipindahkan

Fa = ρVg

Fa = gaya apung

ρ= rapat massa fluida

V = volume fluida yang dipindahkan, volume bagian benda yang tercelup

G = percepatan gravitasi

PRINSIP ARCHIMEDES( PRINSIP ARCHIMEDES( lanjutlanjut……))

Tenggelam Terapung Melayang

Apa syarat benda tenggelam, terapung ataumelayang dalam fluida?

FenomenaFenomena ArchimedesArchimedesAnakAnak yang yang terapungterapungdengandengan bantuanbantuan perahuperahuringanringan

AnakAnak yang yang terapungterapung didi lautlautyang yang kadarkadar garamnyagaramnya

tinggitinggi sekalisekali

ContohContoh

Sebuah kayu papan kayu ( dengan luaspenampang 40 cm2 dan panjang 2,5 m ) tercelup ¾ bagiannya dalam air. Hitunggaya apung yang dialami oleh kayutersebut?Sekeranjang buah mangga bermassa 15 kg, bila ditimbang dalam air angka yang terbaca pada timbangan adalah 5 kg. Berapakah massa jenis mangga tersebut ( abaikan massa wadahnya) ?

Fenomena Fulida Diam Lainnya: Tegangan Permukaan dan

Kapilaritas

r r

w

2 r

FLUIDA BERGERAKFLUIDA BERGERAK

Karakteristik AliranLaminerLaminer ~ ~ kecepatan aliran rendahTurbulenTurbulen ~ ~ kecepatan aliran tinggi

PermukaanPermukaan lautlaut PadaPada kedalamankedalaman tertentutertentu

Kontinuitas

Kecepatan darah melalui pembuluh aorta berjari-jari 1 cm adalah 30 cm/s. Hitunglah kecepatan rata-rata darah tersebut ketika melalui pembuluh kapiler yang masing-masing berjari-jari 4 x 10-4 cm dan luaspermukaan total 2000 cm2.

v1

v2

A1

A2

A1 v1 = A2 v2

PersamaanPersamaan BernoulliBernoulli

Kecepatan rendah → tekanan tinggi

Kecepatan tinggi → tekanan rendah

kenapa Selembar kaintipis ditiup dari bagianatasnya, ternyata kaintersebut naik ke atas?

BerdasarBerdasar konsepkonsep kerjakerja –– energienergi

P + ½ρv2 + ρgh = konstan

P1 + ½ρv12 + ρgh1 =P2 + ½ρv2

2 + ρgh2

v1

v2

P1

P2

h1

h2

PersamaanPersamaan BernoulliBernoulli ((lanjutanlanjutan))

Air dipompa dengan kecepatan 0,5 m/s melalui pipadengan luas penampang 4 cm di lantai dasar dengantekanan 3 atm. Berapakah kecepatan dan tekanan air didalam pipa berdiameter 2 cm di lantai atas yang tingginya 5 m ?

Aliran ViskosKenapaKenapa aliranaliran sungaisungaiterdapatterdapat perbedaanperbedaankecepatankecepatan aliranaliran padapada titiktitiktengahtengah dengandengan pinggirpinggirsungaisungai ??AdanyaAdanya gayagaya gesekgesek antaraantarafluidafluida dandan dindingdindingDenganDengan adanyaadanya gayagayagesekangesekan iniini makamaka persamaanpersamaanBernoulli Bernoulli perluperlu direvisidirevisi ((tidaktidakdibahasdibahas didi sinisini) )

Fluida ideal

Fluida real

PenutupPenutupKita Kita telahtelah membahasmembahas fenomenafenomena fluidafluida diamdiam, , fluidafluidabergerakbergerak, , kekentalankekentalan, , tegangantegangan permukaanpermukaan dandankapilaritaskapilaritas, yang , yang sebetulnyasebetulnya sangatsangat seringsering kitakita dapatkandapatkandalamdalam kejadiankejadian seharisehari--harihari. . KajianKajian sederhanasederhana iniini diharapkandiharapkan menjadimenjadi bekalbekal bagibagikajiankajian fluidafluida yang yang lebihlebih mendalammendalam didi berbagaiberbagai bidangbidangilmuilmu sepertiseperti meteorologimeteorologi, , oseanologioseanologi, , otomotifotomotif, , keteknikanketeknikan pertanianpertanian, , kedokterankedokteran, , aeronotikaaeronotika dandan lainlain--lainlainPadaPada pertemuanpertemuan mendatangmendatang akanakan dibahasdibahas masalahmasalahgetarangetaran dandan gelombanggelombang. . PersiapkanPersiapkan diridiri andaanda untukuntukmengenalimengenali istilahistilah--istilahistilah yang yang dipakaidipakai sepertiseperti amplitudaamplituda, , kecepatankecepatan sudutsudut, , frekuensifrekuensi, , periodaperioda dlldll..

SEKIANSEKIANTERIMA KASIHTERIMA KASIH