Dinamika Fluida

 

Dinamika Fluida

Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelsaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu, sebagai fungsi ruang dan waktu.

Perhitungan matematika

Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds digunakan untuk menentukan rasioantara gaya inersia terhadap gaya kekentalan khususnya pada bidang mekanika fluida. Nilai yang diperoleh melalui bilangan Reynolds merupakan bentuk kuantitas dari hubungan antara kekentalan dan inersia yang diwakili dalam bentuk aliran fluida. Umumnya, bilangan Reynolds digunakan untuk menentukan bahwa suatu aliran fluida termasuk ke dalam aliran turbulen atau aliran laminar. Penggunaan bilangan Reynold merupakan akibat dari adanya kemiripan dinamis antara aliran turbulen dan aliran laminar. Kesulitan yang ditemukan ialah pada pola geometri yang mirip meski pada jenis fluida dan laju alir yang berbeda. Keberadaan bilangan Reynold mempermudah penentuan aliran fluida dalam dinamika fluida yang mengalami kemiripan dinamis.

Sifat Fluida Dinamis

Guna mempermudah dalam mempelajari fenomena fluida dinamis ini, para ilmuwan telah bersepakat untuk membuat asumsi perihal fluida ideal. Sifat-sifat fluida ideal yakni di antaranya:

• Merupakan aliran tunak (kecepatan aliran di suatu titik ialah konstan terhadap waktu). Apabila kecepatan v pada suatu titik adalah konstan, maka aliran fluida dapat dikatakan tunak. Contoh dari aliran tunak ialah arus air yang dapat melaju dengan tenang (kelajuan aliran rendah).
• Merupakan aliran yang tak termampatkan, artinya fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume atau massa jenis saat ditekan. Apabila afluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume atau massa jenis saat ditekan, maka aliran fluida dapat dikatakan tak termampatkan.
• Merupakan aliran yang tidak kental. Fluida tidak akan mengalami gesekan antara lapisan fluida satu dengan lapisan fluida yang lainnya. Bahkan, cairan fluifa juga tidak mengalami gesekan dengan dinding saluran sebagai akibat dari gejala viskositas.
• Aliran mempunyai garis arus dan tidak bergolak, artinya tiap-tiap partikel fluida akan melalui titik lintasan yang sama dan menuju ke arah yang sama. Meskipun tak ada fluida yang benar-benar ideal, tetapi fluida yang paling mendekati dengan sifat-sifat fluida ideal tadi ialah air. Sehingga penelitian-penelitian perihal fluida kerap kali menggunakan air.

Jenis Aliran Fluida

Ada beberapa jenis dari aliran fluida. Lintasan yang dilalui oleh suatu fluida yang sedang bergerak disebut dengan garis alir. Berikut ini beberapa jenis aliran fluida yakni sebagai berikut :

• Aliran lurus atau laminer yakni aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan lancar dan mulus. Pada aliran ini partikel fluida akan bergerak mengikuti lintasan yang mulus. Selain itu, lintasan ini tak saling bersilangan antara satu dengan yang lainnya. Aliran laminer dapat ditemukan pada air yang dialirkan melalui slang atau pipa.
• Aliran turbulen yakni aliran yang disertai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran. Aliran turbulen kerap kali ditemukan di selokan maupun sungai.

Ciri-ciri Umum Fluida Dinamis

Ciri-Ciri umum dari fluida dinamis yakni sebagai berikut :

• Fluida dianggap tak kompatibel
• Walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan), fluida dianggap bergerak tanpa gesekan.
• Aliran fluida ialah aliran stasioner, yakni kecepatan dan arah gerak partikel fluida yang melalui suatu titik tertentu selalu bersifat tetap
• Tidak bergantung pada waktu (tunak), artinya ialah kecepatan konstan pada titik tertentu, dan membentuk
• Aliran leminer atau (berlapis)

Besaran-besaran Dalam Fluida Dinamis

Debit aliran (Q)

Jumlah volume fluida yang mengalir dalam persatuan waktu, atau

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang (m2)

V = laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

V = volume (m3)

t = selang waktu (s)

Contoh Soal:

1. Minyak mengalir melalui pipa berdiameter 8 cm dengan kecepatan 5 m/s. Kecepatan alir minyak adalah...m3/s.

Diketahui:

A = πr2 = π (0,04 m)2 = 0,0016π m2

v = 4 m/s

Cara menghitung kecepatan alir minyak (debit minyak) sebagai berikut.

Q = A . v

Q = 0,0016π m2 . 4 m/s = 0,0064 m3/s

Q = 6,4 . 10-3 m3/s.

2. Sebuah bak penampungan berisi air setinggi 1 meter (g = 10 ms-2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran. Kelajuan air yang keluar dari lubang tersebut adalah...

Diketahui :

Ketinggian (h) = 1,0 – 0,2 = 0,8 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)

Jawab :

Teorema Torricelli

Vt2=2gh

Vt2=(2)(10)(0,8)=16

Vt=√16=4 m/s.

Referensi:

https://www.gramedia.com/literasi/fluida-dinamis/