Hukum Bernoulli adalah salah satu prinsip penting dalam mekanika fluida yang menggambarkan hubungan antara tekanan, kecepatan aliran, dan ketinggian dari suatu fluida. Istilah hukum ini mengambil nama seorang ilmuwan matematika dan fisika asal Swiss, Daniel Bernoulli.
Hukum Bernoulli telah memiliki penerapan yang luas dalam berbagai bidang seperti kedirgantaraan, hidrodinamika, dan bidang teknik lainnya. Pada artikel ini, kami akan menjelaskannya secara lengkap mulai dari persamaan matematikanya, berbagai contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, dan contoh soalnya.
Daftar ISI
- Pengertian Hukum Bernoulli
- Bagaimana Asal Usul Hukum Bernoulli?
- Bunyi dan Persamaan Hukum Bernoulli
- Prinsip dalam Hukum Bernoulli
- Cara Menggunakan Rumus Bernoulli dalam Aliran Fluida
- Berbagai Contoh Penerapan Hukum Bernoulli
- Contoh Soal Hukum Bernoulli dan Pembahasannya
- Sudah Paham Materi Hukum Bernoulli dalam Fluida?
Pengertian Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli adalah prinsip penting dalam mekanika fluida yang menggambarkan hubungan antara tekanan, kecepatan aliran, dan ketinggian dari suatu fluida. Prinsip ini berlaku untuk aliran fluida yang stabil dan tidak memiliki energi eksternal.
Dengan kata lain, hukum mekanikan fluida mengacu pada prinsip kekekalan energi dalam aliran fluida. Selain itu, hukum ini juga menyatakan bahwa ketika kecepatan aliran suatu fluida meningkat, tekanan statisnya akan menurun.
Begitupun sebaliknya, ketika kecepatan aliran menurun, tekanan statisnya akan meningkat. Prinsip ini dapat kami jelaskan dengan asumsi bahwa total energi dalam aliran fluida harus tetap konstan jika kita anggap tidak ada kehilangan energi akibat gesekan atau perubahan lainnya.
Rumus matematika Hukum Bernoulli menggambarkan pernyataan ini dan memungkinkan kita untuk menghitung besaran-besaran seperti tekanan, kecepatan, dan ketinggian dalam aliran fluida pada lokasi tertentu.
Bagaimana Asal Usul Hukum Bernoulli?
Hukum Bernoulli mengambil nama seorang ilmuwan Swiss bernama Daniel Bernoulli yang hidup pada abad ke-18. Ilmuwan kelahiran tanggal 8 Februari 1700 di Groningen, Belanda ini merupakan anggota dari keluarga Bernoulli yang terkenal dengan karya-karya mereka dalam bidang matematika dan fisika.
Pada tahun 1738, Daniel Bernoulli menerbitkan karyanya yang berjudul “Hydrodynamica” di mana ia pertama kali merumuskan prinsip yang bekerja dalam fluida. Karyanya ini menyelidiki aliran fluida dan menghubungkan tekanan, kecepatan aliran, dan ketinggian suatu fluida dalam suatu sistem tertutup.
Salah satu masalah yang Bernoulli bahas adalah pergerakan fluida dalam pipa yang berbeda-beda. Kemudian, ia berhasil menarik kesimpulan bahwa kecepatan aliran fluida akan meningkat jika area penampang pipa berkurang.
Dalam perjalanan penelitiannya, Daniel Bernoulli berhasil merumuskan persamaan matematika yang menggambarkan hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian dalam aliran fluida, yang kemudian menjadi dasar Hukum Bernoulli.
Lalu, dalam perkembangan ilmu mekanika fluida, hukum dalam fluida ini telah menjadi salah satu prinsip dasar yang mendasari pemahaman kita tentang aliran fluida.
Kontribusi Daniel Bernoulli dalam merumuskan prinsip ini telah memberikan sumbangan besar dalam ilmu mekanika fluida dan pengembangan teknologi yang menggunakan prinsip aliran fluida.
Bunyi dan Persamaan Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli dapat kami jelaskan dengan bunyi sebagai berikut:
“Dalam aliran fluida yang stabil, ketika kecepatan aliran meningkat, tekanan aliran akan menurun dan sebaliknya, ketika kecepatan aliran menurun, tekanan aliran akan meningkat.”
Persamaan matematika yang menggambarkan Teorema Prinsip Bernoulli adalah sebagai berikut:
Tekanan + Energi kinetik + Energi potensial = konstan
P + ½ ρv2 + ρgh = konstan
P1 + ½ ρv12 + ρgh1 = P2 + ½ ρv22 + ρgh2
Keterangan:
- P adalah tekanan statis fluida.
- ρ adalah massa jenis fluida.
- v adalah kecepatan aliran fluida.
- g adalah percepatan gravitasi.
- h adalah ketinggian dari titik aliran fluida.
- Angka 1 dan 2 yang mengikuti simbol menunjukkan titik fluida yang sedang diamati.
Prinsip dalam Hukum Bernoulli
Hukum ini mengandung beberapa prinsip penting yang harus Anda pahami dalam aplikasinya. Berikut ini penjelasannya:
1. Prinsip Kekekalan Energi
Hukum Bernoulli mengacu pada prinsip kekekalan energi, di mana total energi dalam aliran fluida tetap konstan. Terutama apabila tidak ada energi yang hilang karena gesekan atau perubahan lainnya.
2. Hubungan Tekanan dan Kecepatan
Selain itu, prinsip ini menjelaskan bahwa ketika kecepatan aliran meningkat, tekanan statis aliran akan menurun. Begitupun sebaliknya, ketika kecepatan aliran menurun, tekanan statis akan meningkat.
3. Penerapan pada Aliran Bernoulli
Serta, sering juga diterapkan pada aliran Bernoulli, di mana fluida mengalir melalui bagian sempit pipa atau aliran melewati bagian sayap pesawat terbang. Dalam kasus ini, teorema Bernoulli dapat membantu dalam memahami dan memprediksi perilaku aliran fluida.
Cara Menggunakan Rumus Bernoulli dalam Aliran Fluida
Rumus Bernoulli adalah salah satu alat yang sangat berguna dalam menganalisis aliran fluida dan menghitung berbagai besaran yang terlibat dalam aliran tersebut. Berikut adalah langkah-langkah untuk menggunakan rumus Bernoulli:
1. Identifikasi Titik Lokasi yang Akan Digunakan
Pertama, identifikasi dua titik lokasi dalam aliran fluida yang akan digunakan dalam perhitungan. Titik pertama (titik 1) adalah lokasi di mana kita ingin mengetahui suatu besaran. Titik kedua (titik 2) adalah lokasi di mana kita telah mengetahui besaran-besaran pada lokasi tersebut.
2. Tentukan Besaran-besaran pada Titik Lokasi ke-2
Pada titik lokasi ke-2 (titik 2), tentukan nilai-nilai dari besaran-besaran yang terlibat dalam rumus Bernoulli, seperti tekanan, kecepatan aliran, dan ketinggian. Pastikan untuk menggunakan satuan yang konsisten dalam mengukur besaran-besaran tersebut.
3. Gunakan Rumus Bernoulli
Setelah mengetahui besaran-besaran pada titik 2, gunakan rumus Bernoulli untuk menghitung besaran yang ingin diketahui pada titik 1. Yakni, menggunakan rumus berikut:
P1 + ½ ρv12 + ρgh1 = P2 + ½ ρv22 + ρgh2
4. Isikan Nilai Besaran pada Titik Lokasi ke-2
Masukkan nilai-nilai yang telah Anda tentukan pada titik lokasi ke-2 (titik 2) ke dalam rumus Bernoulli.
5. Hitung Besaran pada Titik Lokasi ke-1
Setelah semua nilai besaran pada titik 2 telah diisikan ke dalam rumus Bernoulli, selesaikan perhitungan untuk mendapatkan nilai besaran pada titik 1.
Berbagai Contoh Penerapan Hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli memiliki berbagai penerapan yang relevan dalam berbagai bidang. Beberapa contoh penerapannya adalah:
1. Penerbangan Pesawat
Penerapan hukum ini sangat penting dalam bidang kedirgantaraan. Yakni, pada sayap pesawat, ketika kecepatan udara di atas sayap meningkat, tekanan udara menurun, sehingga menciptakan gaya angkat yang memungkinkan pesawat terbang.
2. Aliran Fluida di Pipa
Sementara dalam keseharian atau dalam industri, Hukum Bernoulli berguna dalam menghitung kecepatan aliran fluida di dalam pipa. Perhitungan ini penting dalam desain sistem perpipaan untuk berbagai aplikasi industri seperti sistem air bersih, sistem hidrolik, dan sistem pemadam kebakaran.
3. Venturimeter
Alat ini merujuk pada teorema Bernoulli dan berguna untuk mengukur laju aliran cairan melalui pipa. Dengan menggunakan teorema Bernoulli, rumus Venturi meter dinyatakan sebagai berikut:
4. Aerodinamika Mobil
Selain itu, prinsip hukum ini juga diterapkan dalam aerodinamika mobil. Misalnya, spoiler pada mobil dirancang untuk menghasilkan tekanan yang berbeda di atas dan di bawah mobil. Sehingga, meningkatkan traksi dan stabilitas mobil saat melaju dengan kecepatan tinggi.
5. Alat Musik
Tak hanya itu, pada alat musik seperti suling atau seruling, udara yang ditiupkan melalui lubang-lubangnya mengalami perubahan tekanan yang menghasilkan bunyi atau nada yang berbeda.
Contoh Soal Hukum Bernoulli dan Pembahasannya
Untuk memperkuat pemahaman Anda tentang penggunaan Hukum Bernoulli, berikut adalah 3 contoh soal yang melibatkan berbagai macam gaya dan penggunaan rumusnya.
Misalkan kita ingin mengetahui tekanan pada suatu titik (titik 1) dalam aliran fluida. Pada titik kedua (titik 2), kita telah mengetahui nilai tekanan (P2), kecepatan aliran (v2), dan ketinggian (ℎ2) sebagai berikut:
P2 = 200 kPa
v2 = 10 m/s
ℎ2 = 5 m
ρ fluida 2 = 1,225 kg/m³
Kemudian, pada titik 1, kita ingin mencari nilai tekanan (P1) dengan asumsi kecepatan aliran (v1) adalah 20 m/s dan ketinggian (h1) adalah 0.
Setelah nilai-nilai pada titik 2 diketahui, kita dapat menggunakan rumus Bernoulli untuk mencari nilai tekanan P1.pada titik 1:
P1 + ½ ρv12 + ρgh1 = P2 + ½ ρv22 + ρgh2
P1 + ½ × 1,225kg/m³ ×(20 m/s)2 + 0 = 200 kPa + ½ ×1,225kg/m³ ×(10 m/s)2 + 1,225kg/m³ × 9,8m/s2 × 5m
P1 + 245 kPa = 200 kPa + 61,25 kPa + 60,11 kPa
P1 = 266,235 kPa – 245 kPa
P1 = 76,36 kPa
Jadi, tekanan pada titik 1 dalam aliran fluida adalah 76,36 kPa.
Sudah Paham Materi Hukum Bernoulli dalam Fluida?
Pada intinya, Hukum Bernoulli merupakan salah satu hukum penting dalam mekanika fluida yang memiliki berbagai penerapan dalam berbagai bidang. Prinsip ini membantu kita memahami bagaimana hubungan antara tekanan, kecepatan aliran, dan ketinggian dalam aliran fluida.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita dapat menemukan berbagai contoh penerapan Teori Bernoulli, mulai dari dunia kedirgantaraan hingga industri. Dengan memahami prinsipnya, kita dapat mengaplikasikannya dalam berbagai bidang dan mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang perilaku fluida.
