Apa Itu Fluida Dinamis?

Sebelum mengetahui arti dari fluida dinamis, kamu harus memahami terlebih dahulu apa itu fluida. Jadi, fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Zat yang dimaksud di sini bisa berupa zat cair maupun gas. Lalu, apa itu fluida dinamis Minco?

Sesuai namanya, fluida dinamis adalah fluida yang dapat bergerak atau mengalir secara dinamis. Aliran fluida ini bergerak dengan ideal atau mempunyai kecepatan yang konstan. Dengan kata lain, alirannya tidak mengalami perubahan waktu dan turbulen. Nah, agar kamu makin paham dengan fluida dinamis ini, kamu bisa memahami beberapa sifat dari fluida dinamis.

Sifat Fluida Dinamis

Beberapa ilmuwan telah bersepakat untuk membuat asumsi mengenai fluida ideal. dimana fluida ideal ini mempunyai sifat-sifat seperti berikut:

1. Aliran fluida adalah tunak sehingga kecepatannya di suatu titik adalah konstan.
2. Aliran fluida tidak termampatkan sehingga tidak mengalami perubahan volume dan massa jenis saat ditekan.
3. Tidak mengalami gesekan, sehingga ketika mengalir gesekan antara fluida dan dinding bisa diabaikan atau tidak perlu dihitung.
4. Laminar, artinya arusnya mengikuti alur atau lintasan tertentu dan tidak mengalami turbulensi.

Sebenarnya, tidak ada fluida yang benar-benar ideal. Namun, jenis fluida yang paling mendekati sifat-sifat di atas adalah air. Maka dari itulah. penelitian terkait fluida seringkali menggunakan air daripada gas.

Jenis Aliran Fluida

Perlu kamu ketahui, fluida mempunyai beberapa jenis aliran, di antaranya yaitu:

• Lamine (aliran lurus) → Fluida jenis ini akan bergerak mengikuti lintasan yang mulus, misalnya pada air yang dialirkan melalui selang atau pipa. Lintasan ini bersebelahan dan tidak saling bersilangan.
• Turbulen → Fluida yang satu ini bergerak mengikuti lintasan berbentuk lingkaran tak menentu serta menyerupai pusaran. Aliran turbulen biasa ditemukan pada air di selokan atau sungai.

Rumus Fluida Dinamis

Dalam fluida dinamis, ada beberapa rumus yang harus kamu pahami berikut ini:

Debit fluida

Fluida yang mengalir dapat diukur dengan besaran debit. Jika kamu belum tau, debit adalah jumlah banyaknya fluida yang mengalir melalui suatu penampang tiap satuan waktu. Secara sistematis, dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan :

• Q = Debit fluida (m³/s)
• V = Volume fluida (m³)
• t = Selang waktu (s)

Jika fluida mengalir melalui pipa dengan luas penampang A dan setelah selang waktu t menempuh jarak d, maka volume fluidanya adalah V= A x d. Dengan demikian, diperoleh:

Keterangan :

• Q = Debit fluida (m³/s)
• A = Luas penampang pipa (m²)
• v = Kecepatan fluida (m/s)
• d = jarak antar pipa (m)

Hukum kontinuitas

Pada hukum kontinuitas dikatakan bahwa, debit fluida di semua titik mempunyai besar yang sama. Jadi, meskipun ujung awal dan akhir pipa berbeda ukurannya seperti pada gambar di bawah ini, namun debit fluidanya akan tetap sama. Maka dari itu, hasil kali kecepatan aliran fluida dengan luas penampangnya akan selalu tetap. Berdasarkan hukum ini, dihasilkan sebuah persamaan kontinuitas yang secara sistematis dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan :

• Q = Debit fluida (m³/s)
• A = Luas penampang pipa (m²)
• v = Kecepatan fluida (m/s)

📌 Notes!

Jika ada dua penampang dengan ukuran yang berbeda (besar dan kecil), maka pada penampang yang besar memiliki volume kecil. Sedangkan, pada penampang yang kecil, maka volumenya besar (V1 < V2).

Hukum Bernoulli

Selain hukum kontinuitas, dalam fluida dinamis juga berlaku hukum Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah dari tekanan, energi kinetik tiap volume, dan energi potensial tiap volume di setiap titik sepanjang aliran fluida akan selalu sama.

Keterangan:

• Ek: Energi kinetik
• Ep: Energi potensial
• P: Tekanan (Pascal, Pa, N/m²)
• ρ: rho atau massa jenis fluida (kg/m³)
• v: Kecepatan (m/s)
• g: Kecepatan gravitasi (m/s²)
• h: ketinggian (m)

Daya debit fluida

Bagaimana kita menghitung daya dari suatu tenaga fluida (air terjun) yang mengalir dengan debit Q dari ketinggian h? Untuk menentukannya, ingat kembali bahwa sejumlah air dengan massa m yang berada pada ketinggian h akan memiliki energi potensial sebesar:

Daya sebesar P yang dibangkitkan oleh energi potensial ini adalah sebagai berikut.

Jika tenaga fluida ini dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan efisiensi η, maka daya yang dibangkitkan oleh sistem generator dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

• Q = Debit fluida (m³/s);
• h = Ketinggian (m);
• g = Percepatan gravitasi (m/s²);
• η = Efisiensi;
• ρ = Massa jenis fluida (kg/m³); dan
• P = Daya (watt).

Penerapan hukum Bernoulli

Prinsip hukum Bernoulli sering diterapkan pada benda-benda di sekitar kita, contohnya seperti:

Pipa venturimeter → Untuk mengukur kelajuan aliran zat cair yang berbentuk pipa dengan penyempitan diameter. Cara untuk menentukan kecepatan aliran zat cair ini adalah dengan menggunakan rumus:

Keterangan:

• A₁ = luas penampang pipa 1 (m²)
• A₂ = luas penampang pipa 2 (m²)
• v₁ = kecepatan pada penampang pipa 1 (m/s)
• v₂ = kecepatan pada penampang pipa 2 (m/s)
• h = perbedaan tinggi cairan pipa kecil di atas venturimeter (m)
• g = percepatan gravitasi (m/s²)
• ρ = Massa jenis fluida (kg/m³)

Tabung pitot → Digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas di dalam sebuah pipa. Cara mengukurnya menggunakan rumus:

Keterangan:

• v = Laju aliran gas (m/s)
• ρ = Massa jenis gas yang mengalir (kg/m³)
• ρ’ = Massa jenis cairan manometer (kg/m³)
• h = Selisih ketinggian antara dua kolom cairan manometer (m)
• g = Percepatan gravitasi (m/s²)

Bejana berpancur → Kelajuan fluida yang menyembur keluar dari lubang pada jarak h di bawah permukaan fluida dalam bejana/tangki sama seperti kelajuan sebuah benda yang jatuh bebas dari ketinggian h.

Gaya angkat sayap pesawat → Agar pesawat dapat terangkat, gaya angkat pesawat harus lebih besar daripada berat pesawat. Gaya angkat pesawat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

• v₁ = kecepatan aliran udara di bawah sayap (m/s)
• v₂ = kecepatan aliran udara di atas sayap (m/s)
• A = luas penampang sayap (m²⁾
• ρ = massa jenis udara (1,3 kg/m³)
• F₁ – F₂ = gaya angkat sayap pesawat (N)