Apa itu fluida dinamis? Fluida adalah substansi yang dapat mengalir dan tidak memiliki bentuk tetap. Dalam ilmu fisika, fluida dibagi menjadi dua kategori utama, fluida statis dan fluida dinamis. Namun, dalam artikel ini, kita akan fokus pada fluida dinamis yang mempelajari perilaku fluida dalam gerakan.
Gali pengetahuan selengkapnya di artikel kali ini!
Daftar ISI
Apa Itu Fluida Dinamis?
Dinamis berarti tidak diam atau bergerak, Maka, fluida dinamis dapat dibilang sebagai fluida dalam aliran, yaitu cabang ilmu fluida yang mempelajari perilaku fluida saat mengalir atau bergerak.
Cakupannya termasuk pemahaman tentang bagaimana fluida bergerak, apa yang memengaruhi pergerakannya, serta bagaimana mengukur dan menganalisis sifat-sifatnya dalam kondisi bergerak.
Apa Saja Sifat Fluida DInamis?
Fluida dinamis memiliki berbagai sifat yang membedakannya dari materi padat. Apa saja?
1. Fluida memiliki viskositas, yaitu sifat yang mengukur sejauh mana fluida mengalir dengan mudah.
2. Tekanan dalam fluida dinamis dipengaruhi oleh kedalaman fluida, massa jenisnya, dan gravitasi.
3. Kecepatan fluida berhubungan dengan laju perubahan posisi partikel fluida seiring waktu, dan dapat bervariasi. Variasi kecepatan tersebut tergantung pada aliran fluida, tekanan, dan viskositasnya.
4. Selain itu, fluida dinamis dapat mengalir dalam dua jenis aliran utama, yaitu laminar dan turbulen.
Ciri-Ciri dan Karakteristik Fluida Dinamis
Selain sifat, fluida dinamis juga memiliki sejumlah ciri khas dan karakteristik yang memengaruhi perilakunya.
1. Tidak dapat Dimampatkan
Pertama, fluida dinamis umumnya dianggap incompressible, artinya mereka tidak dapat secara signifikan dimampatkan oleh tekanan sehingga volume fluida akan relatif konstan dalam kebanyakan situasi.
2. Bisa Menembus Permukaan Benda Padat
Permeabilitas pada fluida dinamis memungkinkan aliran fluida dapat merembes melalui bahan-bahan yang tidak kedap air, seperti tanah, batu, atau kertas.
3. Variasi Sifat Aliran
Selain itu, fluida dinamis dapat menunjukkan sifat aliran yang berbeda, termasuk aliran Newtonian atau aliran non-Newtonian.
4. Kecepatan Berdampak pada Tekanan
Kecepatan fluida dapat memengaruhi tekanan dalam fluida dinamis.
5. Elastis
Terakhir, fluida dinamis bersifat elastis, yang berarti mereka dapat mengalir dan mengisi bentuk wadah tanpa mempertahankan bentuk mereka sendiri.
Rumus Fluida Dinamis
Ada tiga rumus yang dapat membantu kamu lebih memahami tentang apa itu fluida dinamis, juga kegunaannya dalam mengukur dan menganalisis perilaku fluida dalam aliran.
1. Debit Fluida
Debit (Q) adalah jumlah volume fluida yang mengalir melalui area tertentu dalam waktu tertentu. Rumus debit fluida adalah:
Q = A ⋅ v
Di mana:
- (Q) adalah debit fluida.
- (A) adalah luas penampang melintang saluran atau pipa.
- (v) adalah kecepatan aliran fluida.
2. Rumus dalam Hukum Kontinuitas
Sementara, Hukum kontinuitas menyatakan bahwa debit fluida harus konstan dalam suatu pipa jika tidak ada kehilangan massa. Maka, rumus hukum kontinuitas adalah:
Q1 = Q2
A1⋅v1 = A2⋅v2
Di mana:
- (A1) dan (A2) adalah luas penampang melintang pada titik 1 dan 2 dalam aliran.
- (v1) dan (v2) adalah kecepatan aliran pada titik 1 dan 2 tersebut.
3. Rumus dalam Teorema Bernoulli
Apa itu Teorema Bernoulli dalam fluida dinamis? Bernoulli menyatakan bahwa total energi dalam suatu aliran fluida harus tetap konstan selama tidak ada gaya eksternal yang bekerja.
Maka dari itu, rumus dalam teorema Bernoulli adalah:
P + ½ ρv2 + ρgh = konstan
atau,
P1 + 1/2 ρv12+ ρgh1 = P2 + ½ ρv22 + ρgh2
Di mana:
- (P) adalah tekanan dalam fluida.
- (ρ) adalah densitas fluida.
- (v) adalah kecepatan aliran fluida pada titik tertentu.
- (g) adalah percepatan gravitasi.
- (ℎ) adalah ketinggian di atas titik referensi tertentu.
Penerapan Rumus Bernoulli
Rumus ini menggambarkan hubungan antara tekanan, kecepatan aliran, densitas fluida, dan ketinggian dalam suatu aliran fluida yang bergerak menjadi kunci mempelajari apa itu fluida dinamis dan penerapan perhitungannya dalam kehidupan. Simak penerapan utama dari rumus Bernoulli di bawah ini.
1. Penerbangan Pesawat Terbang
Bagaimana penerapan rumus Bernoulli fluida dinamis dalam dunia penerbanagan? Ketika sebuah pesawat terbang bergerak melalui udara dengan kecepatan tertentu, maka tekanan udara di sekitar pesawat berubah. Nah, di sinilah Rumus Bernoulli berguna untuk menghitung perubahan tekanan ini.
Kemudian, dari situ kita akan memahami bagaimana pesawat dapat terbang. Rumus Bernoulli dalam contoh ini adalah:
P1 + 1/2 ρv12+ ρgh1 = P2 + ½ ρv22 + ρgh2
Keterangan:
- (P1) adalah tekanan di permukaan pesawat (misalnya, di atas sayap).
- (ρ) adalah densitas udara.
- (v1) adalah kecepatan udara di atas sayap.
- (h1) adalah ketinggian bagian atas pesawat di atas permukaan laut.
Demikian juga untuk (P2), (v2), dan (h2) adalah besaran-besaran di bagian bawah pesawat.
Rumus di atas membantu insinyur penerbangan dalam memahami cara pesawat menghasilkan gaya angkat dan kemudian menggunakannya untuk mengendalikan pesawat.
2. Peralatan Medis
Selain itu, rumus Bernoulli digunakan dalam perancangan alat medis, seperti alat ventilasi dan inhaler. Saat aliran udara melewati saluran sempit dalam alat-alat ini, kecepatan aliran udara meningkat, dan tekanan udara menurun sesuai dengan rumus Bernoulli.
Dengan begitu, alat medis dapat menghasilkan aliran udara dengan tekanan yang sesuai untuk membantu pasien bernafas atau mengatur dosis obat yang sesuai.
3. Sistem Perpipaan
Sedangkan, dalam sistem perpipaan, rumus Bernoulli berfungsi untuk menghitung perubahan tekanan dan kecepatan aliran saat fluida mengalir melalui pipa yang bercabang atau menyempit. Aplikasi ini berperan penting dalam perencanaan dan pemeliharaan sistem perpipaan.
Di samping itu, rumus tersebut bermanfaat dalam mengoptimalkan aliran fluida di industri, seperti pemrosesan kimia dan pengiriman air.
4. Aliran Fluida dalam Bendungan dan Saluran Air
Aplikasi lain dari Rumus Bernoulli adalah untuk menganalisis aliran fluida dalam bendungan dan saluran air. Dalam kasus ini, rumus tersebut membantu insinyur memahami bagaimana tekanan berubah seiring dengan perubahan ketinggian atau kecepatan aliran air sehingga, dapat merancang struktur yang aman dan efisien.
Baca Juga : Pengertian Fluida Dinamis: Sifat, Rumus, Penerapan & Contoh Soalnya
Contoh Soal Fluida Dinamis dan Pembahasan
Agar pemahaman kamu tentang apa itu fluida dinamis dan juga rumusnya serta perannya dalam kehidupan lebih mendalam, mari kita simak contoh soal di bawah ini dengan contoh kasus nyata di kehidupan!
1. Contoh Soal 1
Sebuah pipa berbentuk silinder memiliki diameter dalam berukuran 5 cm dan kecepatan aliran air di dalamnya adalah 2 m/s. Hitung debit air yang mengalir melalui pipa tersebut.
Pembahasan
Dalam contoh soal ini, kita memiliki luas penampang pipa (A) yang bisa didapat dari diameternya dan kecepatan aliran air (v).
A = πr2
A = 3,14 x (0,05 m)2 ≈ 0,00785 m2
Sekarang, kita dapat menggunakan rumus debit fluida:
Q = 0,00785 m2 x 2 m/s = 0,0157 m3/s
Jadi, debit air yang mengalir melalui pipa tersebut adalah sekitar 0,0157 meter3 per detik.
2. Contoh Soal 2
Sebuah tangki berisi minyak dengan tinggi h=2 meter dan luas penampang melintang A=0,5 m². Hitunglah tekanan di dasar tangki.
Pembahasan
Untuk menghitung tekanan di dasar tangki, kita dapat menggunakan hukum hidrostatik yang menyatakan bahwa tekanan dalam fluida pada kedalaman (h) adalah P=ρgh. Dalam hal ini, (ρ) adalah massa jenis minyak dan (A) adalah luas penampang melintang, sehingga massa fluida adalah m = ρ V = ρ⋅A⋅h.
Jadi, tekanan di dasar tangki adalah:
P = ρgh
P = ρ ⋅ 9,81m/s2 ⋅ 2m = 19,62Pa
Tekanan di dasar tangki adalah 19,62Pa.
3. Contoh Soal 3
Sebuah pipa horizontal dengan diameter D=10 cm mengangkut minyak dengan kecepatan v=0,5 m/s. Hitunglah aliran minyak dalam pipa ini.
Pembahasan
Untuk menghitung aliran minyak dalam pipa, kita dapat menggunakan prinsip kontinuitas. Oleh karena itu, kita dapat menggunakan rumus berikut:
A1⋅v1 = A2⋅v2
(A1) adalah luas penampang pipa di pangkal, (v1) adalah kecepatan di pipa di pangkal, (A2) adalah luas penampang pipa di ujung, dan (v2) adalah kecepatan di pipa di ujung.
Kita tahu bahwa A1= 1/4 πD2 dan A2= 1/4 πD2, karena diameter pipa sama di pangkal dan ujung. Dengan demikian, kita dapat menyusun persamaan:
A1⋅v1 = A2⋅v2
1/4 πD2 ⋅v1=1/4 πD2⋅v2
Untuk mencari (v2), kita bisa menyederhanakan persamaan:
v2=v
Jadi, aliran minyak dalam pipa adalah konstan, yaitu 0,5 m/s.
Baca Juga : Fluida Statis: Pengertian, Sifat, Konsep, dan Contoh Penerapannya
Sudah Paham Apa Itu Fluida Dinamis dan Penerapannya?
Kesimpulannya, fluida dinamis memegang peran penting dalam berbagai aplikasi teknik dan ilmiah, mulai dari desain pesawat terbang hingga untuk peralatan medis. Maka dari itu, dengan memahami sifat dan prinsip dasar fluida dinamis, kita dapat menggali lagi berbagai inovasinya dalam berbagai bidang dalam kehidupan.
