Dinamika Fluida

Pada kesempatan kali ini, saya akan menerangkan sedikit tentang ilmu dinamika fluida dan beberapa teorema yang terkait serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.

Dinamika fluida adalah suatu cabang ilmu eksak yang mempelajari tentang akibat-akibat dari dua fluida atau lebih yang saling berinteraksi. Ilmu ini sering digunakan oleh manusia untuk memanfaatkan gerak fluida yang ada di alam sekitar untuk kebutuhan kita sehari-hari.

Pada dasarnya, ilmu ini tidak jauh berbeda  dengan pelajaran dinamika yang kita dapat saat Fisika kelas 2 SMA, yang berpedoman pada hukum kedua Newton, yang berbunyi: “sebuah benda dengan massa m mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya, dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap m”. Atau yang lebih dikenal dalam formula matematikanya sebagai, F = m.a.

Dalam dinamika fluida, ada dua teorema yang menjadi inti bahasan dari cabang ilmu ini:

1. F = m.a sepanjang garis arus

Garis arus adalah garis yang setiap saat menjdi tempat persinggungan dengan vektor kecepatan fluida. Karena kecepatan fluida arahnya tidak selalu lurus, maka garis arus pun tidak selalu berbentuk lurus. Oleh karena itu, perlu dilakukan penyesuaian dalam menentukan tekanan di setiap titik pada fluida sepanjang garis arus.

Salah satu persamaan yang paling terkenal untuk hal ini adalah persamaan Bernoulli.


Keterangan: p = Tekanan statik fluida (Pa)
ρ = Massa jenis fluida (kg/m³)
V = Kecepatan fluida (m/s)
γ = Berat jenis fluida (N/m³)
z = Ketinggian (m)

Salah satu aplikasi untuk persamaan Bernoulli ini adalah pada jet bebas. Bagi kalian yang sering menonton TV, tentunya tidak asing lagi dengan “roket air” (water rocket). Roket air ini bergerak menggunakan prinsip jet bebas. Berikut adalah ilustrasinya.


Untuk persamaan jet bebas, p1 = p5 = 0, karena sama-sama berhubungan langsung dengan udara luar. Karena fluida mula-mula diam, maka V1 = 0. Karena titik 5 berada di bagian paling bawah dalam ilustrasi ini, maka z5 = 0. Maka,

Karena z5 = h + H, sehingga didapat,

Ini menjelaskan mengapa semakin tinggi roket air meluncur, maka akan semakin bertambah kecepatannya.

Aplikasi lain dari persamaan Bernouli adalah pemanfaatan air terjun untuk PLTA. Mengapa PLTA biasanya ditaruh di air terjun? Masih menggunakan prinsip jet bebas, ketinggian air terjun yang sangat tinggi akan menyebabkan kecepatan air saat jatuh di bawah menjadi sangat cepat. Kecepatan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin yang kemudian berubah menjadi energi kinetik.

Jika ketinggian air terjun adalah sebesar h1 dan kecepatan air di bawah adalah V2, maka

Jika debit air terjun sebesar Q, maka daya yang dihasilkan air terjun, P, adalah sebesar

Sehingga didapat,

2.  F = m.a normal terhadap garis arus

Seperti yang telah kita bahas di atas, garis arus tidak selalu lurus, bahakn lebih sering berkelok-kelok. Jika suatu lintasan memiliki belokan, maka pasti belokan tersebut akan mempunyai jari-jari relatif untuk belokan tersebut. Hal inilah yag kemudian dimanfaatkan untuk mengetahui tekanan dalam suatu aliran fluida yang berbelok. Persamaannya adalah sebagai berikut.

Keterangan: R =  jari-jari kelengkungan garis arus (m)

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: