Fluida dan Mekanika Fluida
PENDAHULUAN
Apa Itu Fluida?
Fluida merupakan zat yang berubah bentuk secara terus menerus saat mengalami tegangan geser, seberapa kecilpun tegangan gesarnya itu terjadi. Gambar 1 Perbandingan antara tegangan tarik, tegangan tekan dan tegangan geser.
Makna fluida mengacu pada zat yang tidak memiliki bentuk yang pasti dan mudah menghasilkan tekanan eksternal. Ini bisa berupa cairan atau gas. Dapat dikatakan bahwa fluida dapat mengalir dengan mudah dari satu tempat ke tempat lain.
Definisi
Fluida dalam Fisika
Dalam
fisika, definisi fluida adalah:
Fluida
adalah zat yang terus mengalir atau berubah bentuk ketika kita mengalaminya
pada tekanan geser atau gaya eksternal. Fluida merupakan salah satu
fase materi dan kami mempertimbangkan cairan seperti cairan, gas, dan plasma.
Salah satu definisi ilmiah fluida adalah bahwa ini adalah zat dengan modulus
geser nol, atau, dengan kata-kata yang lebih sederhana, zat-zat ini tidak dapat
menahan gaya geser yang diterapkan pada mereka.
Apakah Mekanika Fluida Itu?
Mekanika mempelajari gaya dan gerak, sehingga mekanika fluida mempelajari gaya dan gerak pada fluida.
Pada Gambar.1a sebuah tali
mengangkat
suatu beban. Beban memiliki gaya yang condong menarik talinya sampai putus.
Tegangan merupakan rasio dari gaya yang diaplikasikan terhadap luas daerah gaya
berkerja. Maka tegangan dalam tali merupakan gaya yang berkerja akibat berat
dibagi dengan luas penampang tali. Gaya ini dinamakan gaya tarik dan tegangan
yang dihasilkan diistilahkan tegangan tarik.
Pada
Gambar 1b, sebuah batang baja sedang menahan berat. Berat ini menghasilkan gaya
yang cenderung menekan batang. Jenis gaya ini disebutkan gaya tekan, sedangkan
gaya tekan ini dibagi luas penampang batang dinamakan tegangan tekan.
Pada
Gambar 1c, perekat menahan suatu berat. Berat ini menghasilkan gaya yang
cenderung menarik berat ke bawah dari dinding dan terjadi geseran pada perekat.
Gaya ini, yang cenderung membuat suatu
permukaan paralel dengan permukaan lainnya, disebutkan gaya geser, dan tegangan
dalam perekat, yaitu gaya dibagi luas perekat tersebut diistilahkan tegangan
geser.
Sebagian
dari cabang dan aplikasi mekanika fluida adalah sebagai berikut :
1. Hidrolika: aliran air dalam sungai, pipa, saluran, pompa,
dan turbin
2. Aerodinamika: aliran udara sekitar pesawat terbang dan
roket
3. Meteorologi: aliran atmosfer
4. Dinamika Partikel: aliran fluida sekitar partikel dan
interaksi partikel dengan fluida (seperti pengendapan debu, lumpur, partikel
udara polutan)
5. Hidrologi: aliran air dan polutan berbasis air dalam
tanah
6. Mekanika penampung: aliran minyak, gas dan air dalam
penampung petrolium.
7. Aliran multifasa:
karburator, injeksi bahan bakar, ruang pembakaran
8. Kombinasi dari
aliran fluida: dengan reaksi kimia dalam pembakaran, dengan perpindahan
massa dalam distilasi atau pengeringan.
9. Aliran viskos(kental): pelapisan kabel, injection molding, lubrikasi
Mekanika fluida kebanyakan
didasarkan oleh penyelesaian konsekuensi rinci dari empat ide utama:
- Prinsip kekekalan
massa
- Hukum I Termodinamika
- Hukum II termodinakima
- Hukum Newton tentang gerak yang bisa disimpulkan sebagai
F = m *a.
Mekanika fluida dibagi kedalam 3
cabang:
1. Fluida Statik: Mempelajari
mekanika fluida yang diam
2. Kinematika: Berhubungan
dengan kecepatan
dan alur alir tanpa mempertimbangankan gaya atau energi.
3. Dinamika : Memperhatikan
hubungan antara kecepatan dan percepatan serta gaya yang berkerja saat fluida
bergerak
Liquids And Gases
v Cairan :
Molekulnya berdekatan diakibatkan oleh gaya tarik-menarik yang signiifikan
v Gas :
Molekulnya secara realtif berjauhan dan
memiliki gaya tarik-menarik yang lemah
Perbedaan antara sifat cairan dan gas biasanya ditandakan
ketika fluida ini mengembang (Gambar 2).
Gambar 2. Piston dan Silinder
Ketika menaikan piston, volume yang diisi oleh fluida
meningkat. Jika fluidanya merupakan gas, gas akan mengembang langsung, mengisi
semua ruang yang dilapangkan oleh piston; gas dapat mengembang tanpa batas
untuk mengisi ruang yang tersedia untuknya.
Akan tetapi, jika fluidanya merupakan cairan, maka saat piston dinaikan, cairan hanya bisa mengembang dalam jumlah sedikit. Maka, apa yang mengisi ruang antara piston dan cairannya? Sebagian dari fluida akan menguap menjadi gas akibat pendidihan, lalu gas ini akan mengembang mengisi ruang kosong.