i DAFTAR ISI DAFTAR ISI .........................................................................................................i PETUNJUK PENGGUNAAN..........................................................................1 KOMPETENSI DASAR..................................................................................... 2 TUJUAN PEMBELAJARAN.......................................................................... 2 PETA KONSEP.................................................................................................... 3 ALIRAN DAN DEBIT FLUIDA....................................................................4 Pengertian dan Jenis Fluida.........................................................................4 Refutation Text ................................................................................................... 5 AZAS KONTINUITAS ...................................................................................... 8 Contoh soal......................................................................................................... 9 AZAS BERNAULLI........................................................................................... 11 Contoh soal........................................................................................................12 RANGKUMAN ................................................................................................ 14
1 PETUNJUK PENGGUNAAN 1. Pelajari daftar isi serta petunjuk yang disediakan dalam EModule ini 2. Bacalah dengan cermat Kompetensi Dasar dan Tujuan Pembelajaran 3. Perhatikan gambar yang terdapat dalam E-Module untuk membantu dalam pemahaman materi fluida dinamis 4. Kerjakan setiap contoh soal dalam E-Module untuk mengetahui seberapa besar pemahaman yang telah dimiliki 5. Berikan penjelasan rangkuman pada akhir pembelajaran.
2 KOMPETENSI DASAR 3.4 Menerapkan prinsip fluida dinamik dalam teknologi 4.4 Membuat dan menguji proyek sederhana yang menerapkan prinsip dinamika fluida TUJUAN PEMBELAJARAN 1. Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan peserta didik dapat 2. Mengaplikasikan konsep debit aliran fluida dalam memecahkan masalah dalam kehidupan sehari hari 3. Mengaplikasikan Azas kontinuitas dalam menyelesaikan masalah aliran air dalam pipa 4. Memahami prinsip prinsip dasar dari Azas bernaulli
3 PETA KONSEP Fluida Dinamis Pengertian dan Jenis Fluida Debit Fluida Azas Kontinuitas Azas Bernoulli
4 ALIRAN DAN DEBIT FLUIDA Pengertian dan Jenis Fluida Fluida sangat dekat dan ada dalam kehidupan kita sehari-hari, Fluida didefinisikan sebagai suatu zat yang bisa mengalamai perubahan bentuk secara kontinyu/terus menerus bila terkena tekanan atau gaya geser walaupun relatif kecil atau biasa disebut zat mengalir. Fluida dibedakan menjadi 2 jenis, 1. Fluida Statis : Fluida yang tidak bergerak 2. Fluida Dinamis : Fluida yang bergerak Fluida dinamis adalah fluida yang bergerak, dengan ciri-ciri sebagai berikut, 1. Fluida dianggap tidak komprsible 2. Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada Gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan) 3. Aliran fluida adalah aliran stasioner, yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida melalui suatu titik tertentu selalu tetap 4. Tak tergantung waktu (tunak) artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu dan membentuk aliran laminar. Jenis Aliran Fluida Jenis aliran fluida dibedakan menjadi 2 jenis, a. Aliran Laminar, yaitu aliran fluida dalam pipa sejajar dengan dinding pipa tanpa adanya komponen radial b. Aliran Turbulen, yaitu aliran fluida dalam pipa tidak beraturan/tidak sejajar dengan pipa.
5 refutation text
6
7 Debit Fluida Pada fluida yang bergerak memiliki besaran yang dinamakan debit. Debit adalah laju aliran air. Besarnya debit menyatakan banyaknya volume air yang mengallir setiap detik. = Keterangan Q = Debit (m3/s) V = Volume (m3 ) t = Waktu (s) contoh soal Sebuah bak mandi akan diisi dengan sebuah air mulai pukul 07.20 WIB s/d pukul 07.50 WIB. Jika debit air 10 liter/menit, maka berapa liter kah volume air yang ada dalam bak mandi tersebut? Pembahasan Diketahui: t = 30 menit (diperoleh dari 07.50 WIB – 07.20 WIB) Q = 10 liter/menit Ditanyakan: V=??? Jawab Rumus debit = = . = 10 30 = 300
8 AZAS KONTINUITAS Amati gambar berikut! Pada saat kita menyiram tanaman dengan menggunakan selang dan jarak tanaman jauh dari ujung selang maka yang kita lakukan adalah memencet ujung selang supaya luas permukaan ujung selang menjadi semakin kecil. Akibatnya kecepatan air yang memancar semakin besar, disebabkan oleh debit air yang masuk harus sama dengan debit air yang keluar. Azas Kontinuitas, adalah fluida yang termampatkan dan mengalir dalam keadaan tunak, maka laju aliran volume di setiap waktu sama besar. Bila aliran fluida melewati pipa yang berbeda penampangnya maka fluida akan mengalami desakan perubahan luas penampangnya yang dilewatinya. Asumsikan bahwa fluida tidak kompresibel, maka dalam selang waktu yang sama jumlah fluida yang mengalir melalui penampang harus sama dengan jumlah fluida yang mengalir melalui penampang.
9 Volume fluida pada penampang A1 sama dengan volume fluida penampang A2 , maka debit fluida di penampang A1 sama dengan debit fluida di penampang A2 . Volume fluida pada penampang A1 sama dengan volume fluida penampang A2 , maka debit fluida di penampang A1 sama dengan debit fluida di penampang A2 . 1 = 2 1 1 = 2 2 11 1 = 22 2 . = . Jika 1 = Panjang pipa yang dilewati fluida saat penampangnya A1 2 = Panjang pipa yang dilewati fluida saat penampangnya A2 V1 = Kecepatan aliran fluida di penampang 1 (m/s) V2 = Kecepatan aliran fluida di penampang 2 (m/s) A1 = Luas penampang 1 A2 = Luas penampang 2 Persamaan diatas dikenal dengan Persamaan Kontinuitas. Contoh soal Sebuah pipa dengan luas penampang 616 cm2 dipasang keran pada ujungnya dengan jari-jari keran 3,5 cm. Jika besar kecepatan aliran air dalam pipa 0,5 m/s, maka dalam waktu 5 menit, berapakah volume air yang keluar dari keran? Pembahasan Diketahui A1 = 616 cm2 = 616.10-4 m V1 = 0,5 m/s R2 = 3,5 cm = 0,035 m
10 t = 5 menit = 300 detik Ditanya: V2=??? 1 = 2 11 = 2 2 2 = 1. 1.2 2 = 616. 10−4 . 0,5.300 2 = 924. 10−2 2 = 9,24 3
11 AZAS BERNAULLI Terlihat dalam gambar, seorang petugas pemadan kebakaran hutan sedang berusaha memadamkan api yang membakar lahan dengan menggunakan selang yang sangat Panjang serta berusaha menempatkan posisi selang sedemikian rupa sehingga dapat menjangkau titik api yang ingin dia padamkan. Kita ketahui bahwa kelajuan fluida paling besar terjadi pada pipa yang sempit, sesuai dengan azas kontinuitas yang telah kita pelajari sebelumnya. Bagimanakah dengan tekanannya? = ∆ 1 − 2 + 3 = 2 − 1 Dimana W3 adalah kerja yang dilakukan oleh gravitasi 1. 1.1 − 2. 2.2 + (ℎ1 − ℎ2 ) = 1 2 2 2 − 1 2 1 2
12 Nilai W2 negatif, disebabkan gaya yang dialami fluida oleh P2 berlawanan arah terhadap laju fluida. 1. 1.1 − 2. 2.2 − ℎ1 − ℎ2 = 1 2 2 2 − 1 2 1 2 1. 1.1 − 2. 2.2 + ρ.1.1ℎ1 − ρ.1. 2ℎ2 = 1 2 ρ.2.2. 2 2 − 1 2 ρ.1.1.1 2 dengan asumsi bahwa volume fluida yang dipindahkan oleh W1 dan W2 adalah sama, maka A1 .l2=A1 .l1 persamaan diatas selanjutnya dibagi oleh A2 .l2 sehingga didapatkan persamaan 1 − 2 + ℎ1 − ℎ2 = 1 2 2 2 − 1 2 2 1 1 + ℎ1 + 1 2 1 2 = 2 + ℎ2 + 1 2 2 2 Persamaan diatas dikenal dengan persamaan Bernoulli. Persamaan Bernoulli dapat dinyatakan juga dengan + ℎ + 1 2 2 = P adalah tekanan (Pascal) ρ adalah massa jenis fluida (kg/m3 ) v adalah kecepatan fluida (m/s) g adalah percepatan gravitasi (g=9,8 m/s2 ) h adalah ketinggian (m) Penerapan Azas Bernoullli diantaranya terjadi pada tangka air yang berlubang, gaya angkat pada sayap pesawat terbang, pipa venturi, tabung pitot dan lain sebagainya. Contoh soal
13 Air dialirkan melalui pipa seperti pada gambar diatas. Besar kecepatan air pada titik 1,3 m/s dan tekanan P1 = 12.300 Pa. Pada titik 2, pipa memiliki ketinggian 1,2 meter lebih tinggi dari titik 1 dan besar kecepatan air 0,75 m/s. Dengan menggunakan hukum Bernoulli tentukan besar tekanan pada titik 2! Pembahasan Diketahui V1 = 3 m/s V2 = 0,75 m/s h2 = 1,2 m P1 = 12.300 Pa pair = 1.000 kg/m3 g = 10 m/s2 Ditanyakan: P2=??? Jawab 1 + ℎ1 + 1 2 1 2 = 2 + ℎ2 + 1 2 2 2 2 = 1 + 1 2 ⁄ 1 2 − 1 2 ⁄ 2 2 − ℎ2 2 = 12.300 + 1 2 ⁄ 1.000. 3 2 − 1 2 ⁄ 1.000. 0,752 − 1.000.9,8.1,2 2 = 4.080
14 RANGKUMAN 1. Fluida Dinamis adalah fluida yang bergerak, dengan ciri-ciri sebagai berikut: a. Fluida dianggap tidak kompresible b. Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada Gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan) c. Aliran fluida adalah aliran stasioner, yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida melalui suatu titik tertentu selalu tetap d. Tak tergantung waktu (tunak) artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu dan membentuk aliran laminar 2. Debit adalah laju aliran air. Besarnya debit menyatakan banyaknya volume air yang mengalir setiap detik. 3. Azas kontinuitas, fluida yang termampatkan dan mengalir dalam keadaan tunak, maka laju aliran volume di setiap waktu sama besar. 4. Azas Bernaulli, jumlah tekanan energi kinetic per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal