KELAS XI FISIKA: BAB VIII. FLUIDA BERGERAK

III.FLUIDA BERGERAK

Nurmy Syahidah XI-7/29

Ø Fluida ideal adalah suatu model, bukan fluida yang sebenarnya (pada kenyataan, fluida ideal tidak ada).

Sifat-sifat fluida ideal:

1. Fluida bersifat tidak kompresibel (bahwa massa jenis fluida tidak bergantung pada tekanan).

2. Aliran fluida tidak turbulen. Turbulen adalah aliran yang berputar-putar, misalnya asap rokok yang mengepul merupakan aliran turbulen. Lawan dari aliran turbulen adalah aliran laminer (streamline).

3. Aliran fluida bersifat stasioner (tunak). Aliran bersifat stasioner bila kecepatan pada setiap titik sembarang selalu konstan. Yang dimaksud adalah kecepatan aliran di titik A selalu konstan, misalnya vA = vB

4. Fluida tidak kental (nonviskon). Adanya kekentalan fluida menyebabkan timbulnya gesekan pada fluida. Dalam fluida ideal, kita mengabaikan semua gesekan yang muncul, berarti mengabaikan gejalan viskositas.

Ø KONTINUITAS

Karena aliran fluida ideal bersifat stasioner, maka bisa kita simpulkan bahwa jumlah elemen masa fluida yang melewati suatu titik tertentu selalu sama tiap satuan waktunya. Banyaknya elemen massa fluida yang melalui suatu luas permukaan tertentu dalam waktu tetentu, sudah pati juga sama. Hal ini disebut debit.

Debit merupakan ukuran banyaknya volume fluida yang mengalir per satuan waktu.

Q = ∆V / ∆t

Karena ∆V = A ∆x, dimana A adalah luas penampang dan ∆x adalah jarak yang ditempuh fluida, maka:

Q = A ∆x / ∆t

Besar ∆x / ∆t = v, sehingga secara umum dinyatakan, debit fluida dengan kecepatan aliran v melalui pipa berpenampang A adalah

Q = A v

Karena aliran fuida bersifat stasioner, maka jumlah massa fluida yang mengalir melalui kedua ujung pipa sama besar. Dengan demikian

∆m₁ / ∆t = ∆m₂ / ∆t

ρv₁A₁ = ρv₂A₂

v₁A₁ = v₂A₂ atau vA = konstan

· ASAS BERNOULLI

Untuk fluida tak bergerak, tekanan fluida sama di semua titik yang memiliki tekanan yang sama. Ternyata, tekanan fluida yang bergerak bergantung juga pada luas permukaan. Semakin besar kecepatan fluida, semakin kecil tekanannya. Sifat seperti ini dinamakan asas Bernoulli.

Persamaan Bernoulli merupakan hubungan antara tekanan P, laju aliran v, dan ketinggian y untuk aliran tunak pada fluida ideal. Setiap titik dinotasikan dengan subskrip 1 dan 2

P₁ + ½ρv₁² + ρgy₁ = P₂ + ½ρv₂² + ρgy₂

· APLIKASI PERSAMAAN BERNOULLI

1. Alat Penyemprot

Kita dapat menambah kecepatan fluida dengan cara memperkecil luas penampang dimana fluida mengalir. Prinsip ini digunakan dalam berbagai alat penyemprot seperti penyemprot obat nyamuk, pylox, pengharum ruangan, penyemprot parfum, dan pemantik api dengan bahan bakar bensin.

2. Gaya Angkat Sayap Pesawat (Aerofoil)

Aerofoil adalah alat yang didesain sedemikian rupa sehingga gerak relatif antara alat ini dengan fluida di sekitarnya menghasilkan gaya yang tegak lurus dengan arah aliran. Contohnya sayap pesawat terbang dan baling-baling pada turbin. Gaya angkat yang dimaksud adalah perbedaan tekanan akan menghasilkan suatu gaya ke atas yang tegak lurus dengan arah aliran fluida.

3. Alat Pengukur Kecepatan Aliran Fluida (Flowmeter)

· Venturimeter terdiri dari sebuah tabung horizontal engan dua pipa vertikal yang mencatat tekanan fluida yang mengalir di dua bagian pipa yang berbeda, pipa normal dan pipa yang menyempit.

v₁² = 2gA₂² (h₁ - h₂) / A₁² - A₂²

· Tabung Pilot

P + ½ρv² = konstan

Selisih tekanan dalam manometer

V = √ (2ρ’ gh / ρ)

III. Soal-soal Fluida Bergerak

Regina Larasati (XI IA 7 / 30)

1. Feli mengisi ember yang memiliki kapasitas 10 liter dengan air dari sebuah kran. Jika luas penampang kran dengan diameter D₂ adalah 2 cm² dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mengisi ember ?

1 sekon
2 sekon
3 sekon
4 sekon
5 sekon

2. Luas penampang suatu pipa besar adalah 10m² , luas penampang pipa kecil adalah 2 m² dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 20 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!

100 m/s
200 m/s
300 m/s
400 m/s
500 m/s

3. Ada suatu tangki air. Jarak lubang ke tanah adalah 5 m dan jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan jarak mendatar terjauh yang dicapai air !

16 m
6,1 m
16√2 m
√2 m
6,1 √2 m

4. Untuk mengukur kecepatan aliran air pada sebuah pipa horizontal, digunakan sebuah alat. Jika luas penampang pipa besar adalah 5 cm² dan luas penampang pipa kecil adalah 3 cm² serta perbedaan ketinggian air pada dua pipa vertikal adalah 20 cm. Tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa besar !

1 m/s
1,5 m/s
2 m/s
2,5 m/s
3 m/s

5. Pada gambar di bawah air mengalir melewati pipa venturimeter.

Jika luas penampang A₁ dan A₂ masing-masing 5 cm² dan 4 cm² maka kecepatan air memasuki pipa venturimeter adalah….

1 m/s
2 m/s
3 m/s
4 m/s
5 m/s

6. Ada sebuah pipa untuk menyalurkan air yang menempel pada sebuah dinding rumah. Perbandingan luas penampang pipa besar dan pipa kecil adalah 4 : 1. Posisi pipa besar adalah 5 m diatas tanah dan pipa kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36 km/jam dengan tekanan 9,1 x 10⁵ Pa. Tentukan tekanan pada pipa kecil ! (ρ_air = 1000 kg/m³)

1,0 x 10⁵ Pa
2,0 x 10⁵ Pa
3,0 x 10⁵ Pa
4,0 x 10⁵ Pa
5,0 x 10⁵ Pa

7. Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya ke atas maksimal. Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah tekanan udara, maka sesuai azas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar....

A. v_A > v_B sehingga P_A > P_B

B. v_A > v_B sehingga P_A < P_B

C. v_A < v_B sehingga P_A < P_B

D. v_A < v_B sehingga P_A > P_B

E. v_A > v_B sehingga P_A = P_B

8. Air mengalir melalui pipa mendatar dengan luas penampang pada masing-masing ujungnya 200mm² dan 100mm². Bila air mengalir dari panampang besar dengan kecepatan adalah 2 m/s, maka kecepatan air pada penampang kecil adalah ….

1 m/s
2 m/s
3 m/s
4 m/s
5 m/s

9. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….

10 m/s
25 m/s
32 m/s
47 m/s
59 m/s

10. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm², maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter

40 L
45 L
43,5 L
43,2 L
50 L

11 Perhatikan gambar!

Jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil, kecepatan aliran fluida pada pipa kecil adalah....

A. 1 m.s⁻¹

B. 4 m.s⁻¹

C. 8 m.s⁻¹

D. 16 m.s⁻¹

E. 20 m.s⁻¹

12. G adalah generator 1.000 W yang digerakan dengan kincir angin, generator hanya menerima energi sebesar 80% dari air. Bila generator dapat bekerja normal, maka debit air yang sampai kekincir air dalah ….

10 L/s
12 L/s
12,5 L/s
14 L/s
14,5 L/s

13. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….

30 m/s
32 m/s
33 m/s
45 m/s
50 m/s

14. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….

150 m/s
151 m/s
152 m/s
153 m/s
154 m/s

15. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm² sebesar 100 cm³/s. Kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah ….

0,1 m/s
0,2 m/s
0,25 m/s
0,3 m/s
0,5 m/s

16. Air mengalir kedalam sebuah bak dengan debit tetap 0,5 liter/s. Jika bak tersebut berukuran 1x1x1 m³, maka bak tersebut akan penuh dalam waktu … menit.

11,1 menit
22,2 menit
33,3 menit
44,4 menit
55,5 menit

17. Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui sebesar 1100 kN. Pesawat tersebut memiliki luas penampang sayap sebesar 80 m². Jika kecepatan aliran udara di bawah sayap adalah 250 m/s dan massa jenis udara luar adalah 1,0 kg/m³ tentukan kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat!

100 m/s
200 m/s
300 m/s
400 m/s
500 m/s

18. Ardian mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari sebuah kran. Jika luas penampang kran dengan diameter D₂ adalah 2 cm² dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mengisi ember ?

6 sekon
7 sekon
8 sekon
9 sekon
10 sekon

19. Luas penampang suatu pipa besar adalah 20m² , luas penampang pipa kecil adalah 2 m² dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 20 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!

100 m/s
200 m/s
300 m/s
400 m/s
500 m/s

20. Ada suatu tangki air. Jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan jarak lubang ke permukaan air adalah 4 m. Tentukan jarak mendatar terjauh yang dicapai air !

16 m
6,1 m
16√2 m
√2 m
2√10 m

PERCOBAAN
REVI ASPRILA P. XI-7 (32)

PERCOBAAN FLUIDA DINAMIS

A. Tujuan

Mengukur laju air keluar dari botol pada tiap lubang dengan ketinggian tertentu terhadap permukaan air.

B. Dasar teori

Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelesaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan dan suhu sebagai fungsi ruang dan waktu.

C. Alat dan bahan

1. Botol ukuran 1,5 L

2. Solder/Paku

3. Penggaris

4. Plester/Lakban

5. Gunting

D. Cara kerja

1. Ukurlah seberapa tinggi botol yang diperlukan dari permukaan air/dari atas. Dalam praktikum ini, dibuat empat lubang di mana masing-masing memiliki interval 3,6 cm. Sehingga didapat tinggi botol yang digunakan setinggi 18 cm. Karena, botol yang dipakai tingginya lebih dari 18 cm, guntinglah sisanya tersebut.

2. Untuk membuat tiap-tiap lubang, kami menggunakan solder atau paku dan diameter lubangnya masing-masing dibuat sama yaitu 0,5 cm

3. Tulislah daerah interval lubang dengan spidol. Karena ada 4 lubang maka ada 5 daerah interval (patokannya dari atas) yaitu h₁, h₂, h₃, h₄, h₅.

https://vinka014.files.wordpress.com/2011/03/08032011510.jpg?w=225&h=300

4. Tutuplah tiap-tiap lubang dengan menggunakan plester.

https://vinka014.files.wordpress.com/2011/03/08032011458.jpg?w=225&h=300

5. Masukkan air ke dalam botol tersebut sampai penuh. Lalu, bukalah plester yang menutup lubang misalnya lubang pertama (daerah interval h₁) pada botol tersebut.