MAKALAH Mekanika Fluida
OLEH : Kelompok : 6 Nama : 1. Nurul Fadhliyah 2. Tamia Anggraini 3. Viorenthiya Nababan 4. Windy Marissa 5. Yusnidar Sihombing Kelas : Biologi Dik F
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN T.A 2017/2018
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Fluida adalah suatu zat yang terus menerus berubah bentuk apabila mengalami tegangan geser, fluida tidak mampu menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk. Fluida dibagi menjadi 2 jenis, yaitu fluida statis dan dinamis. Fluida dikatakan statis, jika fluida statis tersebut diam atau bergerak dengan kecepatan tetap. Pada fluida yang diam, tidak terjadi tegangan geser diantara par tikel-partikelnya, dan untuk zat cair akan mempunyai permukaan horizontal dan tekanan yang tetap. Apabila suatu benda berada didalam zat cair yang diam, maka akan mengalami gaya yang diakibatkan oleh tekanan zat cair. Mekanika fluida adalah cabang ilmu pengetahuan yang mengkaji tentang perilaku dari zat cair dan gas dalam keadaan diam maupun bergerak. Pada mekanika fluida, dipelajari perilaku fluida dalam keadaan diam, dimana tidak adanya tegangan geser yang bekerja pada partikel fluida tersebut, dan fluida dalam keadaan bergerak. Aliran fluida atau zat cair dibedakan dari benda padat karena kemampuannya untuk mengalir. 1.2 RUMUSAN MASALAH 1) Bagaimana sejarah perkembangan teori fluida? 2) Apa pengertian dari fluida? 3) Bagaimana proses atau cara kerja penggunaan fluida statis? 1.3 TUJUAN 1) Menyelesaikan tugas kelompok dari mata kuliah Mekanika Fluida 2) Mahasiswa dapat mengetahui sejarah perkembangan ilmu mekanika fluida statis.
BAB I 1.1 PENGERTIAN MEKANIKA FLUIDA
2.1. Penemu-Penemu Teori Fluida Statik
Adapun para nama-nama penemu teori fluida statik yang dapat kita sebut diantaranya adalah: a. Archimedes (287 – 212 SM) Sejarah Penemuan Teori Archimedes
Archimedes lahir di kota Sirakusa di Pulau Sisilia, sebelah selatan Italia, pada tahun 287 SM. Ia belajar di kota Alexandria, Mesir. Kemudian ia kembali ke Mesir. Ayahnya ahli bintang namanya Phidias. Archimedes adalah ilmuan terbesar sebelum Newton. Ia adalah ahli matematika Yunani (terutama geometri), ahli fisika (terutama mekanika , statistika, dan hidrostatika), ahli optika, ahli astronomi, warga Negara Sisilia, pengarang , dan penemu. Ia mendapat julukan bapak IPA eksperimental karena mendasarkan penemuannya pada eksperimen. Kebenaran penemuan-penemuannya telah ia buktikan dengan eksperimen. Konsep pelambungan (air mendorong objek keatas sama dengan berat air yang digantikan objek) dan pengungkit (gaya mendorong kebawah pada satu sisi dari pengungkit menciptakan gaya mengangkat pada sisi lain yang proposional pada panjang dua sisi pengungkit) mendasari semua ilmu kuantitatif dan teknik. Prinsip ini mewakili pemahaman manusia yang paling awal mengenai hubungan dalam dunia fisika di sekitar kita dan merumuskan secara matematika kejadian fisika di dunia. Berbagai kemajuan ilmu dan teknik bergantung pada penemuan 2 prinsip ini. Seperti teknologi kapal (konvensional) dan kapal selam (submarine). Pada waktu itu yang jadi raja di Sirakusa adalah Hieron II,sahabat Archimedes. Pada suatu hari Hieron II menyuruh seorang pandai emas membuat mahkota.Hieron merasa bahwa pandai emas itu curang. Mahkota itu tidak terbuat dari emas murni tapi dari campuran emas dan perak. Maka Hieron menyuruh Archimedes membuktikan kecurangan pandai emas itu tanpa merusak mahkota tersebut. Berhari-hari Archimedes berpikir keras. Ia tidak tahu cara membuktikan kecurangan pandai emas. Waktu itu belum ada alat elektronik yang dapat mendeteksi apakah sebuah benda terbuat dari emas murni atau emas campuran. Ketika kepala Archimedes terasa panas karena terlalu banyak berpikir,ia masuk ke tempat mandi umum. Ia membuka pakaian dan masuk ke bak mandi yang penuh dengan air. Archimedes menyadari lengannya terapung diatas air. Sebuah ide kemudian terbesit di benaknya. Dia menarik tangannya kedalam air dan dia merenggangkan lengannya. Lengannya dengan sendiri mengapung kembali ke atas. Kemudian dia mencoba berdiri dari bak, level air menjadi menyusut, kemudian dia duduk kembali, level air meningkat kembali. Dia berbaring, air naik lebih tinggi lagi, dan dia merasa lebih ringan. Dia berdiri, level air menurun dan dia merasa dirinya lebih berat. Air harusnya telah mendorong dia keatas sehingga dia merasa ringan. Tiba-tiba ia bangkit, lupa mengenakan pakaian, sambil telanjang bulat lari sepanjang jalan
menuju rumahnya. Kepada istrinya ia berteriak, Eureka! Eureka! Artinya, Sudah kutemukan! Sudah Kutemukan! Apa yang ia temukan? Ia menemukan nama hukum Archimedes ,yang bunyinya: “Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapat gaya keatas seberat zat cair yang didesak oleh benda itu”. Dengan
hukum itu ia bermaksud membuktikan kecurangan pandai emas . Dirumahnya ia melakukan percobaan selanjutnya. Di a kemudian mengambil sebuah batu dan sebalok kayu yang memiliki ukuran sama ke dalam bak dan merendamkan mereka kedua-duanya. Batu tenggelam tetapi terasa ringan. Dia harus menekan kayu supaya tenggelam. Itu artinya air harus menekan ke atas dengan gaya yang relatif terhadap jumlah air yang tergantikan oleh ukuran objek daripada berat dari objek. Seberat apa objek it u dirasakan di air mempengaruhi kepadatan objek. Ini membuat Archimedes mengerti bagaimana memecahkan masalah raja. Dia kembali ke raja. Kuncinya adalah kepadatan. Jika mahkota ini terbuat dari logam bukan emas, dia dapat memiliki berat yang sama tetapi akan memiliki kepadatan yang berbeda sehingga akan menumpahkan jumlah air yang berbeda. Mahkota dan sebuah emas yang beratnya sama di masukkan ke sebuah mangkok berisi air. Mahkotanya ternyata menumpahkan air lebih banyak sehingga terbukti mahkota itu adalah palsu. Pada masa itu, kapal yang dibuat oleh Archimedes adalah kapal yang terbesar. Untuk dapat mengambang, kapal ini harus dikeringkan dahulu dari air yang menggenangi dek kapal. Karena besarnya kapal ini, jumlah air yang harus dipindahkanpun amat banyak. Karena itu Archimedes menciptakan sebuah alat yang disebut “Sekrup Archimedes”. Dengan ini air dapat dengan mudah disedot dari dek kapal. Ukuran kapal yang besar ini juga menimbulkan masalah lain. Massa kapal yang berat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk mengatasi hal ini, Archimedes kembali menciptakan sistem katrol yang disebut “Compound Pulley”. Dengan sistem ini, kapal tersebut beserta awak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya dengan menarik seutas tali. Kapal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadi kapal paling fenomenal pada zaman itu. Sifat eksentrik Archimedes
Dalam hal eksentrik Archimedes sering dibandingkan dengan Weierstrass (1815 – 1897). Menurut penuturan saudarinya, Weierstrass – pada waktu sekolah, tidak pernah diberi kepercayaan untuk memegang pinsil. Apabila memegang pinsil, maka dia akan menggambari apapun yang dianggapnya masih kosong. Dari wallpaper sampai balik kerah baju. Sebaliknya, Archimedes – belum mengenal kertas, selalu menggambar di pasir atau tanah yang lembek sebagai ganti fungsi “papan tulis.” Dia akan menggambar sesuka hatinya. Apabila duduk di dekat perapian, dia akan mengambil arang atau sisa pembakaran dan digunakan untuk menggambar. Setelah mandi, biasanya dia akan melumuri seluruh tubuhnya dengan minyak zaitun, yang lazim dipakai pada jaman itu, daripada mengenakan pakaian, dia akan menggambar diagram-diagram dengan menggunakan jari kuku dengan “papan tulis” adalah seluruh tubuhnya yang berminyak. Ada sifat yang lazim diidap oleh para matematikawan seperti: lupa makan. Sifat lupa makan Archimedes, saat menekuni problem matematika, ternyata diwariskannya kepada [Isaac] Newton dan [William Rowan] Hamilton. Prinsip Archimedes
Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke dalam zat cair seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam zat cair tersebut. kamu mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan zat cair pada kedalaman yang berbeda . Seperti yang telah dijelaskan pada pokok bahasan Tekanan pada Zat cair , tekanan zat cair bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam zat cair (zat cair), semakin besar tekanan zat cair tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam z at cair, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara zat cair pada bagian atas benda dan zat cair pada bagian bawah benda. Zat cair yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada zat cair yang berada di bagian atas benda. Zat cair yang berada dibagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada zat cair yang terletak pada bagian atas benda. Hal ini disebabkan karena zat cair yang berada di bawah benda memiliki kedalaman yang lebih besar dari pada z at cair yang berada di atas benda (h2 > h1). Besarnya tekanan zat cair pada kedalamana h2 adalah : P2 = → F2 = P2A= ρgh2A Besarnya tekanan zat cair pada kedalamana h1 adalah : P1 = → F1 = P1A= ρgh1A F2 = gaya yang diberikan oleh zat cair pada bagian bawah benda, F1 = gaya yang diberikan oleh zat cair pada bagian atas benda, A = luas permukaan benda, Selisih antara F2 dan F1 merupakan gaya total yang diberikan oleh zat cair pada benda, yang kita kenal dengan istilah gaya apung. Besarnya gaya apung adalah : Fapung = F2-F1 Fapung = (ρgh2A)- (ρgh1A) Fapung = ρgA(h2-h1) Fapung = ρF gAh Fapung = ρF gV Keterangan : Ρ F = Massa jenis fluida (kg/m 3 ) g=Percepatan gravitasi (m/s2 ) V=volume benda yang berada didalam fluida (m 3 ) Karena : Ρ = → m = ρV Maka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung (F apung) di atas bisa kita tulis menjadi : Fapung = ρFGv Fapung = mFg = WF
mFg = wF = berat zat cair yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang tercelup. Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Ingat bahwa yang dimaksudkan dengan zat cair yang dipindahkan di sini adalah volume zat cair yang sama dengan volume benda yang tercelup dalam zat cair . Pada gambar di atas, telah menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam zat cair (air). Jika dinyatakan dalam gambar maka akan tampak sebagai berikut : Apabila benda yang dimasukkan ke dalam zat cair terapung , di mana bagian benda yang tercelup hanya sebagian maka volume zat cair yang dipindahkan =volume bagian benda yang tercelup dalam zat cair tersebut. Tidak peduli apapun benda dan bagaimana bentuk benda tersebut, semuanya akan mengalami hal yang sama. Ini adalah buah karya eyang buyut Archimedes (287-212 SM) yang saat ini diwariskan kepada kita dan lebih dikenal dengan julukan “Prinsip Archimedes”.Prinsip Archimedes menyatakan bahwa :
Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Penemuan-penemuan Archimedes
Minat Archimedes adalah matematika murni: bilangan, geometri, menghitung luas bentuk bentuk geometri. Archimedes dikenal karena kehebatannya mengaplikasikan matematika. Kehebatan inilah yang akan diuraikan di bawah ini. Archimedes berjasa menemukan ulir Archimedes, alat untuk mengangkat air dengan jalan memutar gagang alat ini dengan tangan. Penggunaan awal alat ini adalah untuk membuang air yang masuk ke dalam perahu atau kapal. Tapi dalam perkembangannya digunakan untuk memompa air dari dataran yang lebih rendah ke tanah yang lebi tinggi. Alat ini sampai sekarang masih dipakai oleh para petani di seluruh dunia. Penggunaan cermin pembakar, memberi indikasi bahwa beberapa bentuk geometri sudah diketahui Archimedes, teristimewa bentuk hiperbola. Bentuk lingkaran, elips dan hiperbola terbentuk hanya bagaimana cara kita mengiris suatu bidang. Parabola adalah bentuk istimewa: dapat “mengambil” sinar matahari, dari arah manapun, dan difokuskan pada suatu titik, dan konsentrasikan semua energi cahaya pada bidang sempit untuk dipancarkan kembali dalam berkas sinar yang sangat panas.
Archimedes adalah orang pertama yang memberi metode menghitung besar ? (pi) dengan derajat akurasi yang tinggi. Menghitung besar ? dilakukan dengan cara membuat li ngkaran diantara dua segi enam. Luas segi enam kecil < luas lingkaran < luas segi enam besar. Dengan memperbesar jumlah segi – Archimedes membuat 96 sisi, diperoleh besaran:
3 10/71 < Л < 3 1/7 (3,14084 < Л < 3,14285) b. Leonardo Da Vinci (1452-1519) Leonardo da Vinci (lahir di Vinci, propinsi Firenze, Italia, 15 April1452 – meninggal
di Clos Lucé, Perancis, 2 Mei1519 pada umur 67 tahun) adalah arsitek ,musisi, penulis, pematung, dan pelukisRenaisansItalia. Leonardo berasal dari sebuah keluarga yang cukup mapan. Meskipun ibunya, Caterina di Piero, hanyalah seorang putri petani, ayahnya, Pietro d’Antonio da Vinci adalah seorang notaris di kota Florence. dia adalah salah satu penemu ilmu hidrolik, mungkin juga termasuk perangkat hidrometer. Penemuan Leonardo lainnya yang bermanfaat, misalnya, pakaian selam. Selain itu, peranti terbang rancangannya juga telah menerapkan prinsip aerodinamika. Dari sketsa penelitian kapal selam bisa terlihat, mula – mula dia tertarik pada arus air. Kemudian dengan serius meneliti ikan – ikan yang berenang melawan arus serta hambatan tekanan arus yang terjadi pada kapal, dan meninggalkan sejumlah lima sketsa mengenai badan kapal, yang besar pengaruhnya pada masa sekarang. Sejak awal Masehi sampai zaman Renaissance telah terjadi perbaikan dalam rancangan sistem-sistem aliran seperti: kapal, saluran, dan talang air. Akan tetapi tidak ada bukti-bukti adanya perbaikan yang mendasar dalam analisis alirannya. Akhirnya kemudian Leonardo da Vinci menjabarkan persamaan kekekalan massa dalam aliran tunak satu-dimensi. c. Galileo Galilei (1564-1642) Sejarah Penemuan Dasar-Dasar Hidrostatistika
Ilmuwan Itali besar ini mungkin lebih bertanggung jawab terhadap perkembangan metode ilmiah dari siapa pun juga. Galileo lahir di Pisa, tahun 1564. Selagi muda belajar di Universitas Pisa tetapi mandek karena urusan keuangan. Meski begitu tahun 1589 dia mampu dapat posisi pengajar di universitas itu. Beberapa tahun kemudian dia bergabung dengan Universitas Padua dan menetap di sana hingga tahun 1610. Dalam masa inilah dia menciptakan tumpukan penemuan-penemuan ilmiah. Sumbangan penting pertamanya di bidang mekanika. Aristoteles mengajarkan, benda yang lebih berat jatuh lebih cepat ketimbang benda yang lebih enteng, dan bergenerasigenerasi kaum cerdik pandai menelan pendapat filosof Yunani yang besar pengaruh ini. Tetapi, Galileo memutuskan mencoba dulu benar-tidaknya, dan lewat serentetan eksperimen dia berkesimpulan bahwa Aristoteles keliru. Yang benar adalah, baik benda berat maupun enteng jatuh pada kecepatan yang sama kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat pergeseran udara. (Kebetulan, kebiasaan Galileo melakukan percobaan melempar benda dari menara Pisa tampaknya tanpa sadar). d. E vangelista Toricelli (1608-1647)
Evangelista Torricelli (1608-1647), fisikawanItalia kelahiran Faenza dan belajar di Sapienza CollegeRoma. Ia menjadi sekretaris Galileo selama 3 bulan sampai Galileo wafat pada tahun 1641. Tahun 1642 ia menjadi profesor matematika diFlorence. Torricelli adalah ahli fisika Italia, penemu barometer air raksa, penemu Hukum Torricelli, penemu tabung hampa kecil yang pertama di dunia, ahli matematika, pengarang, guru besar, sekretaris, pembantu, dan murid Galileo. Ia memperbaiki mikro-skop dan teleskop. Ia meninggal di Florence pada tanggal 25 Oktober 1647 pada umur 39 tahun. Pada umur 22 tahun ia belajar di Roma pada Benedetto Castelli, pendiri ilmu hidrolik, ahli matematika murid Galileo Galilei. Torricelli menjadi sekretaris Galileo selama tiga bulan sampai Galileo wafat pada tahun 1641. Pada tahun 1643 ia menetapkan tentang tekanan atmosfer dan menemukan alat untuk mengukurnya, yaitu barometer . Torricelli membuat eksperimen sederhana, yang dinamakan Torricelli Experiment, yaitu ia menggunakan sebuah tabung kaca kuat dengan panjang kira-kira 1 m dan salah satu ujungnya tertutup. Dengan menggunakan sarung menghadap ke atas. Dengan menggunakan corong ia menuangkan raksa dari botol ke dalam tabung sampai penuh. Kemudian ia menutup ujung terbuka tabung dengan jempolnya, dan segera membaliknya. Dengan cepat ia melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh tabung vertikal dalam sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam tabung turun dan berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung 76 cm di atas permukaan raksa dalam bejana. Ruang vakum terperangkap di atas kolam raksa. Selama beberapa hari Torriceli mengamati bahwa tinggi air raksa dalam tabung selalu berubah-ubah. Akhirnya ia tahu bahwa hal itu disebabkan oleh tekanan udara. Tekanan air r aksa setinggi 76 sentimeter itu kemudian disebut tekanan satu atmosfer. Kesimpulan dari percobaan Toricelli adalah “ Berdasarkan kapilaritas air raksa yang naik ke dalam tabung, naiknya permukaan raksa dalam tabung tersebut setinggi 76 cm dari udara sehingga toricelli menyimpulkan bahwa 1 atm = 76 cmHg”. e. Blaise Pascal (1623-1662)
Blaise Pascal (1623-1662) terlahir di Clermont Ferrand pada 19 June 1623. Pada tahun 1631 keluarganya pindah ke Paris. Blaise Pascal adalah anak Etienne Pascal, seorang ilmuwan dan matematikawan lahir di Clermont. Etienne Pascal, juga merupakan penasehat kerajaan yang kemudian diangkat sebagai presiden organisasi the Court of Aids di kota Clermont. Ibu Pascal, Antoinette Bigure, meninggal saat umur Pascal berumur empat tahun tidak lama setelah memberinya seorang adik perempuan, Jacqueline. Ia mempunyai kakak perempuan yang bernama, Gilberte. Pascal juga pernah melakukan studi hidrodinamik dan hidrostatik, prinsip-prinsip cairan hidraulik ( hydraulic Fluida ). Penemuannya meliputi hidraulik tekan ( press Hydraulic ) dan tentang jarum suntik ( syringe ). Umur 18 tahun, tubuhnya lemah dan mengalami kelumpuhan tungkai atas membuat Pascal harus tinggal di tempat tidur. Harus menelan cukup makanan agar tetap hidup, meskipun selalu merasa sakit kepala. Umur 24 tahun, dia dan Jacqueline pergi ke Paris untuk pemeriksaan medis dengan peralatan yang lebih canggih.
Ternyata dia diharuskan tinggal di rumah sakit. Saat ini banyak il muwan datang menyambangi yang tertarik dengan eksperimen kehampaan (vakum) yang sedang dikerjakannya. Descartes datang untuk berdiskusi. Akhir tahun, kesehatan tubuhnya memungkinkan dia meneruskan pekerjaan, menguji teori kehampaan. Ia memiliki sebuah replika percobaan yang berupa tabung sepanjang 31 inci (78,7 cm) yang diisi air raksa yang diposisikan terbalik dala m sebuah mangkok mercuri. Pascal ingin mengetahui kekuatan apa yang menjaga mercuri dalam tabung, dan apa yang mengisi ruang kosong dibagian atas dalam tabung mercuri tersebut. Apakah berisi: udara? uap air raksa? kehampaan? Pada waktu itu, kebanyakan ilmuwan berpendapat bahwa ruang kosong ditabung atas mercuri tersebut adalah tak lebih daripada vacuum ( kosong ), dan beberapa kejadian yang dianggap tak mungkin oleh ilmuwan sebelumnya, telah terlihat saat percobaan itu dilakukan. Hal ini berdasarkan pemikiran Ariestoteles, bahwa “ penciptaan “ sesuatu yang bersifat “ subtansi “, apakah terlihat atau tidak terlihat, dan “zat / subtansi “ selamanya bergerak. Hukum Ariestoteles adalah sebagai berikut : “ Segala sesuatu yang bergerak, harus digerakan oleh sesuatu ( Everything that is in motion must be moved by something ) “. Oleh karena itu para ilmuwan penganut Ariestoteles menyatakan, bahwa vacuum ( t enaga isap ) itu adalah hal yang mustahil. Bagaimana bisa begitu ? Maka bukti it u ditunjukan :
Cahaya yang melewati itu di sebut “ vacuum ( kosong ) ” dalam tabung kaca. Ariestoteles menulis, segala sesuatu bergerak, harus digerakan oleh sesuatu yang lain
Oleh karenanya, disana harus ada “sesuatu” yang tak terlihat untuk memindahkan cahaya melalui tabung kaca, maka dari itu tidak ada vacuum ( tenaga isap atau tekan ) di tabung itu. Tidak di tabung kaca maupun, dimanapun. Vacuum itu tidak ada dan sesuatu yang mustahil. Pascal meninggalkan karya yang berjudul Pensees dan Provincial Letters yang sama sekali tidak berhubungan dengan matematika. Pascal juga menulis tentang hidrostatik, yang menjelaskan eksperimennya menggunakan barometer untuk menjelaskan teorinya tentang Persamaan Benda Cair (Equilibrium of Fluids), yang tak sempat dipublikasikan sampai satu tahun setelah kematiannya. Makalahnya tentang Persamaan Benda Cair mendorong Simion Stevin melakukan analisis tentang paradoks hidrostatik dan dan meluruskan apa yang disebut sebagai hukum terakhir hidrostatik: “Bahwa benda cair menyalurkan daya tekan secara sama-rata ke semua arah” yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum Pascal dianggap penting
karena keterkaitan antara Teori Benda Cair dan Teori Benda Gas, dan tentang Perubahan Bentuk tentang keduanya yang kemudian dikenal dengan Teori Hidrodinamik. Hukum Pascal (1658)
“Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya”.
Hukum Pascal menyatakan bahwa Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup
diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
BAB II PEMBAHASAN 1. Beberapa Sifat Fluida
Salah satu pertanyaan yang pertama-tama perlu kita kaji adalah, apakah fluida itu? Atau kita mungkin bertanya, apa perbedaan antara sebuah benda padat dengan sebuah fluida? Kita memiliki gagasan umum yang samar-samar mengenai perbedaan tersebut. Sebuah benda padat “keras” dan tidak mudah dideformasi, sementara sebuah fluida “lunak” dan mudah dideformasi (kita dapat bergerak dengan mudah melewati udara). Meskipun agak deskriptif, pengamatan sepintas lalu mengenai perbedaan beqda padat dan fluida ini sangat tidak memuaskan dari sudut pandang ilmiah atau keteknikan. Pengamatan lebih mendalam mengenai struktur molekul dari material mengungkapkan bahwa zat-zat yang biasanya kita anggap sebagai benda padat (baja, beton, dan lain-lain) memiliki jarak antar molekul yang rapat dengan gaya-gaya kohesi antar molekul yang besar yang memungkinkan sebuah benda padat mempertahankan bentuknya dan tidak mudah untuk dideformasi. Namun, untuk zat-zat yang biasanya kita anggap sebagai sebuah cair an (air, minyak, dan lain-lain), molekul-molekulnya agak terpisah, gaya antar molekulnya lebih lemah daripada benda-benda padat dan molekul-molekul tersebut mempunyai pergerakan yang lebih bebas. Jadi zat cair dapat dengan mudah dideformasi (tetapi tidak mudah dimampatkan) dan dapat dituangkan ke dalam bejana atau dipaksa melalui sebuah tabung. Gas-gas (udara, oksigen, dan lain-lain) memiliki ja rak molekul yang lebih besar dan gerakan yang bebas dengan gaya antar molekul yang dapat diabaikan, sehingga gas sangat mudah dideformasi (dan dimampatkan) dan akan mengisi secara penuh volume suatu bejana di mana gas tersebut ditempatkan. Meskipun perbedaan antara benda padat dan fluida dapat dijelaskan se cara kualitatif berdasarkan struktur molekulnya, pembedaan yang lebih spesifik didasarkan pada bagaimana zat tersebut berdeformasi di bawah suatu beban luar yang bekerja. Secara khusus, fluida didefmisikan sebagai zat yang berdeformasi terus-menerus selama dipengaruhi suatu tegangan geser. Sebuah tegangan (gaya per satuan luas) geser terbentuk apabila sebuah gaya tangensial bekerja pada sebuah permukaan. Apabila benda-benda padat biasa seperti baja atau logam-logam lainnya dikenai oleh suatu tegangan geser, mula-mula benda ini akan berdeformasi (biasanya sangat kecil), tetapi tidak akan terus-menerus berdeformasi
(mengalir). Namun, cairan yang biasa seperti air, minyak, dan udara memenuhi defmisi dari sebuah fluida — artinya, zat-zat tersebut akan mengalir apabila padanya bekerja sebuah tegangan geser. Beberapa bahan, seperti lumpur, aspal, dempul, odol dan lain sebagainya tidak mudah untuk diklasifikasikan karena bahan-bahan tersebut akan berperilaku seperti benda padat jika tegangan geser yang bekerja kecil, tetapi jika tegangan tersebut melampaui suatu nilai kritis tertentu, zat-zattersebut akan mengalir. Ilmu yang mempelajari bahan-bahan tersebut disebut rheologi dan tidak termasuk dalam cakupan mekanika fluida klasik. Jadi, seluruh fluida yang akan ditinjau dalam buku teks ini memenuhi defmisi fluida yang telah diberikan sebelumnya. Meskipun struktur molekuler fluida penting untuk membedakan satu fluida dengan fluida yang lainnya, tidaklah mungkin untuk mengkaji masing-masing molekul ketika kita mencoba untuk menggambarkan perilaku fluida-fluida tersebut dalam keadaan diam atau bergerak. Kita mengkarakteristikkan perilaku tersebut dengan lebih mempertimbangkan nilai rata-rata atau makroskopik dari besaran yang ditinjau, di mana nilai rata-rata tersebut dievaluasi pada sebuah volume kecil yang berisi banyak molekul. Jadi, ketika kita mengatakan bahwa kecepatan pada suatu titik tertentu dalam s ebuah fluida adalah sebesar tertentu, maka kita sebenarnya mengmdikasikan kecepatan rata-rata dari molekul-molekul dalam volume kecil yang mengelilingi titik tersebut. Volume tersebut sangat kecil di bandingkan dengan dimensi fisik dari sistem yang ditinjau, tetapi cukup besar dibandingkan dengan jarak rata-rata antarmolekul. Apakah cara ini cukup beralasan untuk menggambarkan perilaku sebuah fluida? Jawabannya secara umum’adalah ya, karena jarak antara molekul biasanya sangat kecil. Untuk gas-gas pada tekanan dan temperatur normal jarak antara ini berada pada tingkat 10″6 mm, dan untuk zat cair pada tingkat 10~ 7 mm. Banyaknya molekul setiap milimeter kubik pada tingkat 10 18 untuk gas dan 10 21 untuk zat cair. Jadi jelas bahwa jumlah molekul di dalam sebuah volume yang sangat kecil sangat besar, sehingga gagasan untuk menggunakan nilai rata-rata dari seluruh volume ini cukup beralasan. Jadi kita mengasumsikan bahwa seluruh karakteristik fluida yang kita tinjau (tekanan, kecepatan, dan lain-lain.) bervariasi terus-menerus di seluruh fluida — artinya, kita memperlakukan fluida tersebut sebagai suatu materi kontinu (continuum). Satu bidang mekanika fluida di mana konsep materi kontinu ini tidak berlaku adalah pada kajian gas-gas yang sangat renggang seperti yang dihadapi pada kasus dengan ketinggian yang sangat besar. Dalam hal ini jarak antara molekul udara dapat menjadi sangat besar dan konsep materi kontinu tidak lagi bisa diterima. 2. Dimensi,Kehomogenan Dimensi, dan Satuan
Karena di dalam kajian mengenai mekanika fluida kita akan menangani berbagai karakteristik fluida, maka kita perlu mengembangkan sebuah sistem untuk menggambarkan karakteristik-karakteristik ini secara kualitafif dan kuantitatif, Aspek kualitatif berfungsi untuk mengidentifikasi sifat dasar atau jenis dari karakteristik tersebut (seperti panjang,
waktu, tegangan dan kecepatan), sementara aspek kuantitatif memberikan ukuran numerik dari karakteristik tersebut. Penggambaran kuantitatif membutuhkan sebuah angka dan sebuah standar yang dapat digunakan untuk memperbandingkan berbagai besaran. Suatu standar untuk panjang dapat berupa meter atau kaki, untuk waktu dapat berupa jam atau detik, untuk massa berupa slug atau kilogram. Standar seperti itu disebut satuan, dan beberapa sistem satuan biasa digunakan seperti yang akan dibahas pada subbab berikutnya. Gambaran kualitatif akan memudahkan jika dinyatakan dalam beberapabesaran-besaran primer seperti panjang, L, waktu, T, massa, M, dan temperatur, 6. Besaran-besaran primer ini kemudian dapat digunakan untuk memberikan gambaran kualitatif dari suatu besaran sekunder lainnya: misainya, luas = L2 , kecepatan = LT~{ , kerapatan = A/L~3, dan seterusnya, di mana lambang = digunakan untuk menunjukkan dimensi dari besaran sekunder yang dinyatakan dalam besaran primer. Jadi untuk menggambarkan secara kualitatif sebuah kecepatan, V kita akan menuliskan :
V = LT ]
dan mengatakan bahwa “dimensi dari sebuah kecepatan sama dengan panjang dibagi waktu”. Besaran-besaran primer juga sering disebut sebagai dimensi-dimensi dasar. Untuk berbagai masalah yang melibatkan mekanika fluida, hanya tiga dimensi dasar, L, T, dan M yang dibuluhkan. Alternatifnya, L, T, dan F dapat digunakan, di mana F adalah dimensi dasar dari gaya. Karena hukurn Newton menyatakan bahwa gaya sama dengan massa dikalikan percepatan, maka F = MLT-2 atau M = FL- ]T 2. Jadi, besaran sekunder yang dinyatakan dalam M dapat dinyatakan dalam F melalui hubungan di atas. Misalnya, tegangan, δ, adalah gaya persatuan luas, sehingga P = FL-2 , namun sebuah persamaan dimensi yang ekivalen adalah (F = ML- ] T 2. Tabel 1.1 memberikan daftar dimensidimensi dari sejumlah besaran fisik yang umum.Seluruh persamaan yang diturunkan secara teoretis adalah homogen dimensinya — artinya, dimensi di ruas kiri dari persamaan harus sama dengan dimensi di ruas kanan, dan seluruh ICT 2. 3. Prinsip Kerja Hukum Bernoulli Penyemprot Parfum
Prinsip kerja Hukum Bernoulli pada penyemprot parfum secara garis besar adalah saat botol karet yang ada di botol parfum di kemas, udara yang ada di dlamnya meluncur keluar melalui pipa bola karet tersebut. Oleh karena itu, pipa ini memiliki laju yang lebih tinggi. Laju udara yang tinggi membuat tekanan pada pipa tersebut menjadi rendah.Sementara itu udara dalam pipa di dalam botol parfum, memiliki laju yang lebih rendah dan tekanan udara dalam pipa itu lebih tinggi sehingga cairan parfum didorong keatas. Saat cairan keluar. Cairan parfum pun akhirnya menyembur ke tubuh. Lubang penyemprot parfum biasanya
berukuran kecil sehingga cairan parfum melaju dengan cepat. Jika luas penampang kecil, fluida akan bergerak lebih cepat. Sebaliknya, ketika luas penampang besar, fluida akan bergerak pelan. Begitulah penerapan Hukum Bernoulli pada peyemprot parfum.parfum sampai di pipa selanjutnya (pipa bawah karet) udara yang melaju dalam bola karet mendorongnya Karburator Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk
sebuah mesin pembakaran dalam. Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli: semakin cepat udara bergerak maka semakin keciltekanan statis-nya namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Pedal gas pada mobil sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya aliran bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran udara yang dapat masuk kedalam ruang bakar. Udara bergerak dalam karburator inilah yang memiliki tekanan untuk menarik serta bahan bakar masuk kedalam ruang bakar. Penyemprot Racun Serangga
Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap. Ketika bola karet diremas, udara yang ada di dalam bola karet meluncur keluar melalui pipa 1. Karenanya, udara dalam pipa 1 mempunyai laju yang lebih tinggi. Karena laju udara tinggi, maka tekanan udara pada pipa 1 menjadi rendah. Sebaliknya, udara dalam pipa 2 mempunyai laju yang lebih rendah. Tekanan udara dalam pipa 2 lebih tinggi. Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika si cairan parfum ti ba di pipa 1, udara yang meluncur dari dalam bola karet mendorongnya keluar. Biasanya lubang berukuran kecil, sehingga parfum meluncur dengan cepat… ingat persamaan kontinuitas, kalau luas penampang kecil, maka fluida bergerak lebih cepat. Sebaliknya, kalau luas penampang pipa besar, maka fluida bergerak pelan.
BAB III PENUTUP 4.1
Kesimpulan
Hal-hal yang dapat disimpulkan dari pembahasan tentang sejarah perkembangan teori fluida statis ini adalah pada abad ketiga sebelum Masehi Archimedes menemukan nama hukum Archimedes ,yang bunyinya: “Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapat gaya keatas seberat zat cair yang didesak oleh benda itu”. Kemudian Leonardo da Vinci (1452-1519) menjabarkan persamaan kekekalan massa dalam aliran tunak satu-dimensi. Berikutnya muncul Galileo (1564-1642) dengan studi
sistematik mengenai dasar-dasar hidrostatika dengan memperkenalkan beberapa hukum tentang ilmu mekanika. Pada 1643 seorang murid Galileo bernama Evangelista Toricelli memperkenalkan hukum tentang aliran-bebas zat cair melewati lubang (cela h). Soal-soal mengenai permasalahan momentum fluida dianalisis oleh Isaac Newton (1642-1727) setelah memperkenalkan hukum-hukum gerak dan hukum kekentalan untuk fluida linear yang sekarang dinamakan fluida Newton. Pada 1650, Pascal menulis tentang hidrostatik, yang menjelaskan eksperimennya menggunakan barometer untuk menjelaskan teorinya tentang Persamaan Benda Cair (Equilibrium of Fluids), yang tak sempat dipublikasikan sampai sa tu tahun setelah kematiannya. Kemudian Simion Stevin melakukan analisis tentang paradoks hidrostatik dan dan meluruskan apa yang disebut sebagai hukum terakhir hidrostatik: “Bahwa benda cair menyalurkan daya tekan secara sama-rata ke semua arah” yang kemudian dikenal sebagai Hukum Pascal. 4.2
Saran
Ø Diharapkan pembaca dapat memberikan saran yang membangun untuk berkembangnya makalah ini. Ø Semoga penerapan Fluida dapat di terapkan dalam kehidupan sehari-hari semaksimal mungkin Ø Bagi masyarakat semoga dapat memanfaatkan penerapan fluida dengan baik Ø Bagi masyarakat haruslah memahami fluida dengan baik
