BAB 1 PR I N S I P ASAS BENDALIR
BAB 1: Sis iste tem m Unit dan Ci ri -C -Cii ri Bendalir Chapt er 1
S is t em e m U n it
B e n d a l ir
Sist Si st em SI & BS
De f in in isi
Per beza a n SI & BS
Benda l ir Bo l eh M a mp mp a t / Ta k Bol eh mampat mampat
K ua u a n t it i a s a s
Benda l ir ir Newtonian/ Bukan N ewt onian onian
K ua u a n t it i t e r b it it a n
C ir ii-c c ir i be n da l ir ir
SISTEM UNIT -
Kuantiti boleh diterangkan dalam berbagai-bagai unit.
-
Dalam mekanik bendalir, terdapat dua sistem unit yang biasa di guna pakai iaitu:-
-
i)
International Standard Unit (SI unit)
ii)
British Standard Unit (BS unit).
Dalam pengajaran ini, unit SI akan di guna pakai. Walau bagaimana pun, pelajar perlu mengetahui dan memahami penukaran unit untuk kuantiti asas dari SI unit kepada BS unit dan sebaliknya.
Perbezaan SI unit & BS unit Kuantiti
SI unit
BS unit
Panjang (length)
Meter, m
Feet, ft
Jisim (mass)
Kilogram, Kg
Pound mass, lbm
Suhu (temperature)
Kelvin, K
Fahrenheit, o F
Daya (force)
Newton, N
Pound, lb
KUANTITI ASAS - Terdapat enam kuantiti asas dalam sistem SI iaitu:Kuantiti
SI unit
Dimensi
Panjang (length)
Meter, m
L
Jisim (mass)
Kilogram, Kg
M
Masa (time)
Second, s
T
Suhu (temperature)
Kelvin, K
H
Arus (current)
Ampere, A
I
Keamatan cahaya (luminious intensity)
candela
Cd
KUANTITI TERBITAN -
Kuantiti terbitan terbentuk daripada kombinasi kuantiti-kuantiti asas.
-
Berikut adalah beberapa kuantiti terbitan yang biasa digunakan dalam mekanik bendalir. Kuantiti
SI unit
Dimensi
Halaju (velocity)
m/s
LT-1
Pecutan (acceleration)
m/s2
LT-2
Daya (force)
Newton – kgm/s2
Tekanan (pressure)
N.m – kgm2 /s2
Ketumpatan (density)
kg/m3
ML-3
Berat tentu (specific weight)
N/m3
ML-2T-2
Kelikatan (viscosity)
N/m2
ML-1T-1
Kuasa (power)
Nm/s
ML2T-3
Tenaga (energy)
N.m
ML-1T-2
MLT-2 ML-1T-2
APA ITU BENDALIR ?? Bendalir “A fluid is a substance which deforms continuously, or flows, when subjected to shearing forces” δx
a
δz
A
a’
b
B
A’
b’
B’
x
E
E’
δy
y F C
D
Shearing force, F , acting on a fluid element
F
• • •
Shear force : parallel to face of material Normal force : perpendicular to the face of material considering that weight is a force, hanging something from a wall creates a shear stress on the wall, since the weight of the object is acting parallel to the wall, as opposed to hanging something from the ceiling which creates a normal stress on the ceiling, since the weight is acting perpendicular to the ceiling.
•
Bendalir bermaksud benda yang boleh mengalir .
•
Aliran bendalir terjadi akibat dari tindakan daya (ricih).
•
Bentuknya berubah berterusan selagi daya dikenakan kepadanya.
“ Bendalir - Unsur yang berterusan berubah bentuk, atau mengalir apabila dikenakan daya ricih walau sekecil mana sekalipun daya ricih tersebut .”
•
Daripada 3 bentuk jirim iaitu pepejal, cecair dan gas, hanya cecair dan gas sahaja yang boleh mengalir dan termasuk dalam kategori bendalir.
• A liquid takes the shape of the container it is in and forms a free surface in the presence of gravity • A gas expands until it encounters the walls of the container and fills the entire available space. Gases cannot form a free surface • Gas and vapor are often used as synonymous words
solid
liquid
gas
BENDALIR TAK BOLEH MAMPAT DAN BENDALIR BOLEH MAMPAT ALIRAN BOLEH MAMPAT : • Ketumpatan,ρ sesuatu bendalir adalah tidak tetap. • GAS (udara, oksigen, nitrogen) adalah bendalir boleh mampat kerana ketumpatannya sgt mudah berubah bergantung pd suhu persekitaran. • Mudah dimampatkan dengan mudah ALIRAN TAK BOLEH MAMPAT: • Ketumpatan,ρ sesuatu bendalir adalah dianggap tetap dan tidak berubah. • CECAIR (air, minyak) hanya sedikit atau sukar dimampatkan. • Dianggap sebagai bendalir tak boleh mampat
BENDALIR
CECAIR ( LIQUIDS)
GAS (GASES)
• Tak boleh mampat (sukar dimampatkan). • Terdiri daripada zarah-zarah yang mempunyai daya jeleket (cohesive force) yang kuat. • Molekulnya secara relatif adalah tersusun rapat. • Jisimnya memenuhi sesuatu isipadu dan mengisi bekas tempat ia ditempatkan. • Membentuk permukaan bebas jika isipadu bekas lebih besar daripada isipadunya.
• Boleh mampat (mudah dimampatkan). • Terdiri daripada zarah-zarah yang mempunyai daya jeleket (cohesive force) yang lemah. • Molekulnya secara relatif adalah tidak tersusun rapat. • Jisimnya memenuhi keseluruhan bekas tempat ia ditempatkan. • Tidak mempunyai isipadu tertentu dan ia berubah untuk mengembang memenuhi ruang serta tidak membentuk sebarang permukaan bebas.
BENDALIR NEWTONIAN DAN BUKAN NEWTONIAN
• Bendalir yang berbeza akan memberi tindakbalas yang berbeza apabila daya ricih dikenakan ke atasnya. • bendalir Newtonian : Bendalir yang mematuhi hukum kelikatan Newton yang mana nilai kelikatan,µ adalah malar. – Jika nilai kelikatan µ malar, maka tegasan ricih secara linearnya bergantung terhadap agihan halaju seperti persamaan hukum kelikatan Newton, τ = µ du/dy . – Keadaan ini benar untuk kebanyakan bendalir lazim seperti air, udara, minyak, gasoline, alcohol, kerosin, benzin dan glycerine.
• Bendalir bukan Newtonian: bendalir dengan nilai µ yang tidak malar.
V i d e o 1 - N ON -N EWT ON I A N BEHAVIOR • Fluids for which shearing stress is not linearly related to the rate of shearing strain are designated as non-Newtonian fluids. • A mixture of water and corn starch, when placed on a flat surface, flows as a thick, viscous fluid. However, when the mixture is rapidly disturbed, it appears to fracture and behave more like a solid. The mixture is a non-Newtonian shear thickening fluid which becomes more viscous as the shearing rate is suddenly increased through the rapid action of the spoon.
SIFAT-SIFAT BENDALIR i.
K et um p at an , ( density ) - Kuantiti jisim yang terdapat dalam seunit isipadu bendalir
tersebut.
Ketumpatan,
jisim, m isipadu,
- Simbol yang biasa digunakan adalah ρ (rho) dan unit SI bagi ketumpatan adalah kg/m 3. Contoh: Pada tekanan 1.013 bar dan suhu 4 °C ρair =
1000 kg/m 3
ρudara = ρhg =
1.23 kg/m 3
13600 kg/m 3
ii. Ketumpatan bandingan, ( relative density ) - N isbah ketumpatan suatu bahan atau bendalir terhadap suatu ketumpatan bahan rujukan. (Biasanya air)
bahan
bahan air
- Juga dikenali sebagai Specific Gravity dan menggunakan simbol SG. - Jika nilai ketumpatan bandingan yang diberi adalah lebih besar daripada 1.0 (Contoh : σ mercury = 13.6), maka kita akan ketahui bahawa bahan tersebut adalah lebih tumpat daripada air dan sebaliknya.
iii. Berat tentu, ( specific weight ) - Berat tentu suatu bendalir ditakrifkan sebagai berat bendalir per unit isipadu.
mg
atau
g
- Selain daripada gamma, γ symbol lain yang biasa digunakan adalah ω. Unitnya ialah N/m 3.
Contoh : Berat tentu air dan udara pada 4 °C, P atm γ air = 9810 N/m 3 γ udara = 12.07 N/m 3
iv. Kelikatan dinamik dan kinematik, ( kinematic & dynamic viscosity ) - Kelikatan
Nilai rintangan bendalir terhadap perubahan bentuk dalam arah daya ricih atau daya putaran.
- Kelikatan dinamik:
µ
du / dy
N .s m
2
atau
- Kelikatan kinematik
daya/luas halaju/jar ak
kg m.s
Nisbah antara kelikatan dinamik dengan ketumpatan bendalir .
m2 s
V i d e o 2 - V I SCOU S FL U I DS
The behavior of a flowing fluid depends on various fluid properties. Viscosity, one of the important properties, is responsible for the shear force produced in a moving fluid. Although the two fluids shown look alike (both are clear liquids and have a specific gravity of 1), they behave very differently when set into motion. The very viscous silicone oil is approximately 10,000 times more viscous than the water.
v. Tegangan permukaan, ( surface tension ) - Tegangan permukaan terjadi disebabkan oleh daya tarikan antara molekul-molekul bendalir yang tak stabil pada permukaan bendalir.
V i d e o 3 - FL OA T I N G RA Z OR BLADE
Surface tension forces exist at liquid/gas or liquid/solid interfaces. Although these forces are relatively small, they are quite important in many situations. A heavier-than-water, double-edged steel razor blade can float on water. Without surface tension, the blade would sink because its weight is greater than its buoyant force. However, surface tension forces are not large enough to support a slightly heavier singleedged blade.
vi. Kesan kapilari, ( capillary effect ) - Kesan kapilari disebabkan oleh daya yang tidak stabil di antara molekul-molekul bendalir. Ia juga bergantung kepada tegangan permukaan dan magnitud daya rekatan ( adhesive force ) dan daya jeleket ( cohesive force ). Adhesive force : acts to hold the unlike substance Cohesive force : acts to hold the same particles of the same kind
Adhesive force > cohesive force
Adhesive force < cohesive force
Sifat-sifat fizikal beberapa jenis cecair pada suhu 20°C
Ketumpatan (kg/m3)
Kelikatan dinamik (kg/m.s)
Kelikatan kinematik (m2/s)
Tegangan permukaan (N/m)
Tekanan wap (Pmutlak)
Air
1000
1.00 X 10 -3
1.00 X 10 -6
7.28 X 10-2
2.34 X 10 3
Air laut
1025
1.07 X 10 -3
1.04 X 10 -6
7.28 X 10-2
2.34 X 10 3
Gasoline
680
2.92 X 10 -4
4.29 X 10 -7
2.16 X 10-2
5.51 X 10 4
Kerosene
804
1.92X 10 -3
2.39 X 10 -6
2.80 X 10-2
3.11 X 10 3
Glyserin
1260
1.50
1.19 X 10 -3
6.33 X 10-2
1.40 X 10-2
Merkuri
13600
1.57 X 10 -3
1.15 X 10 -7
4.66 X 10-1
1.60 X 10-1
891
2.90 X 10 -1
3.25 X 10 -4
3.50 X 10-2
-
Bendalir
Minyak SAE30
Sifat-sifat fizikal beberapa jenis gas pada suhu 20°C
Ketumpatan (kg/m3)
Kelikatan dinamik (kg/m.s)
Kelikatan kinematik (m2/s)
Pemalar gas (J/kg.K)
Nisbah haba tentu
Udara
1.23
1.79 X 10 -5
1.46 X 10 -5
2.869 X 10 2
1.40
Nitrogen
1.16
1.76 X 10 -5
1.52 X 10 -5
2.968 X 10 2
1.40
Oksigen
1.33
2.04 X 10 -5
1.53 X 10 -5
2.598 X 10 2
1.40
Gas CH4
6.67 X 10 -1
1.10 X 10 -5
1.65 X 10 -5
5.183 X 10 2
1.31
Helium
1.66 X 10 -1
1.94 X 10 -5
1.15 X 10 -4
2.077 X 10 3
1.66
Hidrogen
8.38 X 10 -2
8.84 X 10 -6
1.05X 10 -4
4.128 X 10 3
1.41
Karbon dioksida
1.83
1.47 X 10 -5
8.03 X 10 -6
1.889 X 10 2
1.30
Bendalir
EXERCISES –
Diberi ketumpatan minyak 855 kg/m 3. Tentukan nilai ketumpatan bandingan dan kelikatan kinematik minyak ini jika kelikatan dinamiknya adalah 5 x 10-3 N.s/m2.
–
Ketumpatan bandingan alkohol etil adalah 0.79. Tentukan ketumpatan dan berat tentu alkohol ini.
–
Isipadu seketul batu ialah 1.5 x 10 -4 m3. Jika ketumpatan bandingan batu tersebut ialah 2.6, hitung berat batu tersebut.
–
Minyak dengan isipadu 5.6 m3 mempunyai berat 46 800 N. Tentukan ketumpatan dan ketumpatan bandingannya.
–
Isipadu dan jisim minyak mentah masing-masing ialah 7.3 m 3 dan 6500kg. Tentukan ketumpatan bandingan, ketumpatan dan berat tentunya.
P RO J EC T
• Project task
M OT I V A T E Y OU RSEL F !!
• Inspiring Video
