Hukum-hukum Dasar Fluida Dinamis beserta Contoh Soal

GuruOnlinee.com –Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Fluida Dinamis. Apa sih itu Fluida Dinamis? Lalu apa saja hukum-hukum yang ada pada Fluida Dinamis? Untuk menjawabnya, yuk simak penjelasan berikut!

Fluida Dinamis terdiri dari dua kata, yakni Fluida dan Dinamis. Fluida sendiri berarti zat yang dapat mengalir, seperti zat cair, dan gas karena keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir. Sedangkan Dinamis berarti bergerak. Jadi Fluida Dinamis merupakan cabang ilmu fisika yang membahas tentang karaktersitik fluida pada saat bergerak/mengalir.

Fluida yang akan kita pelajari dalam artikel ini adalah fluida dinamik yang dianggap sebagai Fluida Ideal. Berikut ciri-ciri umum fluida statis:

1. Fluida bersifat tunak atau tidak tunak.
2. Fluida dapat termanpatkan atau tidak dapat termanpatkan.
3. Fluida bersifat kental atau tidak kental.
4. Aliran fluida dapat berupa aliran garis arus (streamline) atau aliran turbulen.

A. Hukum Kontinuitas

1. Debit

Debit atau laju volume adalah besaran yang menyatakan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang dalam waktu tertentu. Secara matematis dapat ditulis:

Perhatikan gambar berikut!

Misalnya sejumlah fluida mengalir melalui penampang pipa seluas A dan setelah selang waktu t menempuh jarak L (lihat gambar 1 di atas). Volume fluida adalah V = AL, sedangkan jarak L = vt, maka debit Q dapat ditulis:

v : Kecepatan aliran fluida (m/s)

2. Rumus Kontinuitas

Perhatikan gambar berikut!

Jika sejumlah fluida mengalir pada pipa seperti pada gambar 2 di atas, maka volume fluida yang masuk ke salah satu ujung pipa haruslah sama dengan volume yang keluar dari ujung yang lain. Secara matematis dapat ditulis:

Q₁ = Q₂

maka, rumus kontinuitas dapat ditulis:

A₁v₁ = A₂v₂ = A₃v₃ = . . . . = konstan

rumus debit konstan:

Q₁ = Q₂ = Q₃ = . . . . = konstan

B. Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa kenaikan kecepatan aliran fluida akan menyebabkan penurunan tekanan fluida secara bersamaan, atau dengan kata lain tekanan akan menurun ketika kecepatan meningkat.

Perhatikan gambar berikut!

Apabila fluida mengalir dari titik 1 ke titik 2, maka akan terjadi perbedaan energi potensial karena memiliki ketinggian yang berbeda. Luas penampang 1 lebih kecil dari pada penampang 2, sehingga fluida akan lebih cepat mengalir pada penampang 1, dan menyebabkan energi kinetik pada penampang 1 lebih besar daripada penampang 2. Penjumlahan energi potensial dan energi kinetik akan menghasilkan energi mekanik, energi mekanik selalu sama disetiap posisi.

Melalui penggunaan teorema usaha-energi yang melibatkan tekanan P (mewakili usaha), besar kecepatan aliran fluida v (mewakili energi kinetik) dan besaran ketinggian terhadap suatu acuan h (mewakili energi potensial), akhirnya persamaan Bernoulli dapat dituliskan seperti berikut:

karena ruas kanan dan ruas kiri selalu konstan, maka rumus di atas dapat ditulis menjadi:

Dalam Persamaan Bernoulli terdapat dua kasus, yakni kasus untuk fluida tak bergerak (statis) dan kasus untuk fluida yang mengalir (dinamik) dalam pipa mendatar.

1. Kasus Persamaan Bernoulli untuk Fluida Tak Bergerak

Untuk fluida tak bergerak, maka kecepatan v₁ = v₂ = 0, sehingga persamaan Bernoulli menjadi :

2. Kasus Persamaan Bernoulli untuk Fluida yang Mengalir dalam Pipa Mendatar

Pada pipa mendatar (horizontal) tidak terdapat perbedaan ketinggian di antara bagian-bagian fluida. Artinya h₁ = h₂ dan persamaannya dapat ditulis seperti berikut:

Untuk memahami lebih lanjut terkait Konsep Fluida Dinamis, klik ikon berikut untuk melakukan simulasi tentang Fluida Dinamis:

Simulasi Fluida Dinamis

Contoh Soal

1. Sebuah pipa memiliki luas penampang sebesar 4 cm². Jika debit yang keluar dari pipa tersebut adalah 100 cm³/s, maka kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah . . .

2. Pipa air yang memiliki luas penampang 0,02 m² disambung dengan pipa yang memiliki luas penampang 0,01 m². Jika kecepatan air dalam pipa 0,02 m² adalah 2 m/s, maka kecepatan aliran air dalam pipa 0,01 m² adalah . . .

v₂ = 4 m/s

Demikianlah pembahasan kita terkait Fluida Dinamis. Terima kasih, semoga bermanfaat.