KONSEP MEKANIKA FLUIDA

A.Sifat dan Perilaku Fluida

Mekanika fluida dan hidraulika merupakan cabang mekanika terapan yang berkenaan dengan tingkah-laku fluida dalam keadaan diam dan bergerak. Dalam perkembangan prinsip-prinsip mekanika fluida,sebagian sifat-sifat fluida memainkan peranan penting, sebagian lainnya hanya memainkan peranan kecil atau tanpa peranan sama sekali. Dalam statistika fluida,berat merupakan sifat penting, sedangkan dalam aliran fluida, kerapatan dan kekentalan merupakan sifat-sifat utama. Bilaman ada kompresibilitas yang cukup besar, prinsip-prinsip thermodinamika harus dipertimbangkan. Tekanan uap menja di penting bila terdapat tekanan (meteran) negatif, dan tarikan permukaan mempengaruhi kondisi statik dan kondisi aliran dalam lubang-lubang kecil.

B. Dimensi dan Satuan

Dimensi adalah ukuran untuk menyatakan peubah fisika secara kuantitatif. Satuan adalah suatu cara khusus untuk mengaitkan sebuah bilangan dengan dimensi kuantitatif. Jadi, panjang adalah suatu dimensi yang dapat dikaitkan dengan peubah-peubah seperti jarak, pergeseran, lebar, simpangan, dan ketinggian. Meter atau inci keduanya merupakan satuan numeris untuk menyatakan panjang.

Sistem satuan senantiasa berbeda-beda dari satu negara ke negara lain, walaupun kesepakatan internasional telah dicapai. Pada mulanya banyak dipakai satuan Inggris, karena terlalu banyak menggunakan faktor konversi, maka dianggap rumit dan tidak praktis. Pada tahun 1872 suatu pertemuan internasional di Perancis mengusulkan suatu perjanjian yang disebut Konvensi Metrik, yang ditandatangani oleh 17 negara. Konvensi Metrik merupakan perbaikan atas sistem Inggris, yaitu dengan memperkenalkan sistem desimal. Masalah tetap ada, sebab beberapa negara yang sudah menggunakan sistem metrik pun masih menggunakan sistem Inggris untuk satuan-satuan tertentu, contohnya kalori padahal seharusnya joule, kilopond padahal seharusnya newton, dan sebagainya. Konferensi umum tentang timbangan dan ukuran diselenggarakan pada tahun 1960 untuk membakukan sistem metrik. Konferensi ini mengusulkan Sistem Satuan Internasional (SI), seperti yang selama ini kita pakai.

Di dalam mekanika fluida hanya ada empat dimensi pokok. Semua dimensi lainnya dapat diturunkan dari keempat dimensi pokok ini. Dimensi pokok itu ialah massa, panjang, waktu dan suhu.

Dimensi – dimensi ini disajikan dalam Tabel 1.1

Tabel 1.1. DIMENSI-DIMENSI POKOK DALAM SISTEM DAN BG

Dimensi pokok	Satuan SI	Satuan BG	Faktor konversi
Panjang	Meter (m)	Kaki (ft)	1 ft = 0.3048 m
Massa	Kilogram (kg)	Slug	1 slug = 14.5939 kg
Waktu	Sekon (s)	Sekon (s)	1 s = 1 s
Suhu	Kelvin (k)	Rankine (ºR)	1 K = 1.8ºR

 

 

Tabel 1.2. DIMENSI-DIMENSI TURUNAN DALAM MEKANIKA FLUIDA

Dimensi turunan	Satuan SI	Satuan BG	Faktor konversi
Luas { L² } Volume { L³ } Kecepatan { LTˉ¹ } Percepatan { LTˉ² } Tekanan atau tegangan     {MLˉ¹ Tˉ² } Kecepatan sudut { Tˉ¹ } Energi, kalor, usaha     {ML² Tˉ² } Daya {Ml² Tˉ³ } Kerapatan {MLˉ³ } Kekentalan {MLˉ¹ Tˉ¹ } Kalor spesifik {L²T²οˉ¹ }	m² m³ m/s m/s² Pa = N/m² sˉ¹ j = N . m W = j/s Kg/m³ Kg/(m . s) m²/(s² . k)	ft² ft³ ft/s ft/s² lbf/ft² sˉ¹ ft . lbf (ft . lbf)/s Slug/ft³ Slug/(ft . s) lt²/(s² . ºR)	1 m² = 10,764 ft² 1 m³ = 35,315 ft³ 1 ft/s = 0,3048 m/s² 1 ft/s² = 0,3048 m/s² 1 lbf/ft² = 4788 Pa sˉ¹ = sˉ¹ 1 ft . lbf = 1.3558 J 1 (ft . lbf)/s = 1.3558 W 1slug/ft³ = 515.4 kg/m³ 1slug/(ft . s) = 47.88 kg/(m . s) 1 m²/(s² . k) = 5.980 ft²/(s² . ºR)

C. Hukum Gas Ideal

Definisi mikroskopik gas ideal :

a.     Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.

b.     Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newton.

c.     Jumlah seluruh molekul adalah besar

d.    Volume molekuladalah pecahan kecil yang dapat diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut.

e.     Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali selama tumbukan.

f.     Tumbukannya eleastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.

Jumlah gas di dalam suatu volume tertentu biasanya dinyatakan dalam mol. Misalkan suatu gas ideal ditempatkan dalam suatu wadah (container) yang berbentuk silinder

• – Hukum Boyle : Bila gas dijaga dalam temperatur konstan, tekanannya ber-banding terbalik dengan volume.

• – Hukum Charles & Gay-Lussac : Jika tekanan gas dijaga konstan, volume berbanding lurus dengan temperatur.

Kesimpulan tersebut dapat dirangkaum sebagai persamaan keadaan gas ideal :

  pV = nRT 

R : konstanta gas universal   

= 8,31 J/mol .K 

= 0,0821 Lt . atm/mol.K

D. Viskositas

Viskositas adalah ukuran resistensi suatu fluida terhadap gaya geser. Bila suatu fluida mengalami geseran, ia mulai bergerak dengan laju regangan yang berbanding terbalik dengan suatu besaran yang disebut dengan koefisien kekentalan 

1. Viskositas dinamik adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan geser dengan gerakan fluida Nilai viskositas tergantung dari fluida tertentu dan sangat tergantung terhadap temperatur. Seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut untuk kurva air (water).  
2. Viskositas Nyata adalah kemiringan dari grafik tegangan geser terhadap laju regangan geser. 
3. Fluida Newtonian adalah fluida-fluida yang tegangan gesernya berhubungan linier terhadap laju regangan geser (juga sering disebut sebagai laju deformasi angular). Kebanyakan fluida biasa baik cair maupun gas merupakan fluida Newtonian 
4. Fluida Non-Newtonian adalah fluida yang tegangan gesernya tidak berhubungan secara linier terhadap laju regangan geser. 
5. Plastik Bingham adalah zat yang bukan merupakan fluida dan bukan merupakan zat padat.