MEKANIKA FLUIDA

Fluida adalah setiap substansi yang bisa mengalir, dengan bebas berubah bentuk dan begerak dibawah pengaruh gaya dorong. Gerakan fluida bisa dianalisa hingga level mikroskopik, memperlakukan setiap molekul fluida sebagai suatu benda proyektil. Pendekatan ini bisa sangat membosankan untuk tingkat praktikal, tetapi masih bermanfaat sebagai model sedehana gerakan fluida.

Beberapa sifat fluida dapat diperkirakan dengan tepat dengan model ini, terutama perkiraan yang berhubungan dengan enerji potensial dan kinetis. Namun, kemampuan molekul-molekul fluida untuk bergerak dengan bebas memberinya sifat tersendiri yang tidak dimiliki benda padat. Salah satu sifat ini adalah kemampuan untuk dengan mudah memindahkan tekanan yang didefenisikan sebagai gaya persatuan luas.

1.1   Hukum Kekekalan

Hukum kekekalan masa menyatakan bahwa masa tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Hukum kekekalan enerji menyatakan bahwa enerji tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Namun, kedua masa dan enerji bisa berubah bentuk, dan bahkan berubah menjadi salah satunya sebagai fenomena nuklir. Perubahan masa menjadi enerji, atau enerji menjadi masa, secara kuantitatif dijelaskan dengan persamaan Albert Einstein yang terkenal:

E = mc²

dimana:  E = Energy (joules)

                    m = Mass (kilograms)

                    c  = kecepatan cahaya (kira-kira 3 × 10⁸ meters per second)

Hukum kekekalan enerji banyak ditemukan dalam kehidupan dan bidang ilmu pengetahuan, tetapi dalam realita kontrol proses ditemui prinsip keseimbangan masa dan keseimbangan enerji yang merupakan pernyataan langsung hukum-hukum ini. Keseimbangan masa mengacu pada kenyataan bahwa jumlah total masa yang memasuki suatu proses harus sama dengan jumlah total masa yang keluar dari proses, asalkan prose dalam keadaan mantap (steady state). Sebagai sederhana, adalah laju aliran yang memasuki pipa harus sama dengan laju aliran fluida yang keluar dari pipa, asalkan pipa tidak mengumpulkan ataupun mengeluarkan masa dari volume dalamnya. Keseimbangan enerji adalah konsep yang serupa, yang menyatakan bahwa jumlah total enerji yang memasuki suatu proses haruslah sama dengan jumlah total enerji yang keluar dari proses, asalkan kondisinya mantap (tidak ada enerji yang disimpan maupun dilepas dari proses).

 1.2   Mekanika klasik

Mekanika klasik (disebut juga sebagai mekanika Newtonian) berhubungan dengan gaya dan gerak objek dalam keadaan umum. Penerapan instrumentasi kebanyakan berhubungan kenyataan fisik ini. Dua bidang fisik lainnya relativistic and quantum tidak dibicarakan dalam bahasan ini karena domainnya diluar pengalaman tipikal instrumentasi industri.

 1.2.1  Hukum Newton tentang gerak

Hukum ini menyatakan, bahwa:

a.    Suatu benda yang diam akan tetap diam; suatu benda yang bergerak akan tetap bergerak.

b.    Percepatan suatu benda berbanding langsung dengan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan masa benda tersebut.

c.    Gaya antara dua benda selalu sama besar namun berlawanan arah.

Hukum Newton pertama dapat dianggap sebagai hukum kelembaman (law of inertia) karena menjelaskan sifat kelembaman yang ditunjukkan setiap benda yang memiliki masa, yaitu perlawanan terhadap perubahan kecepatan. Hukum Newton kedua adalah padankata lisan tentang rumusan gaya/masa/percepatan F = ma. Hukum Newton ketiga menjelaskan bagaimana gaya selalu ada berpasangan antara dua benda. Misalnya baling-baling helicopter yang sedang berputar, mendesakkan gaya ke bawah terhadap udara (mempercepat/menekan udara ke bawah), sedangkan udara mendesakkan gaya ke atas terhadap helicopter (untuk terbang menggantung). Kedua gaya ini sama besarnya tetapi arahnya berlawanan. Demikianlah yang selalu terjadi ketika gaya ada di antara dua benda.

1.2.2   Kerja dan Enerji

Kerja adalah pengeluaran enerji yang dihasilkan dari didesakkannya suatu gaya yang sejajar dengan perpindahan gerak:

                W = F.x

dimana: W   =   kerja, dalam joules (metric) atau foot-pounds (English)

                    F   =   gaya yang melakukan kerja, dalam newtons (metric) atau pounds (English)

                    x    =   perpindahan/jarak yang dilakukan kerja, dalam meters (metric) atau feet (English)

Enerji potensial (Potential energy) adalah enerji yang ada dalam keadaan tersimpan, memiliki potensi untuk melakukan kerja. Jika kita melakukan kerja mengangkat benda secara vertikal melawaan gaya berat tarik bumi, kita menyimpan enerji potensial yang kemudian nanti bisa dilepas dengan mengembalikan benda tersebut ke ketinggian semula. Persamaan untuk enerji potensial adalah suatu bentuk persamaan kerja tersendiri (W = Fx), dimana kerja dinyatakan sebagai enerji potensial (W = Ep), gaya dinyatakan sebagai berat karena gravitasi yang bekerja pada benda (F = mg), dan perpindahan dinyatakan ketinggian (x = h):

W = Fx

Ep = mgh

dimana:    E_p   =   enerji potensial energy dalam joules (metric) atau foot-pounds (British)

                  m    =   masa benda dalam kilograms (metric) atau slugs (British)

                g    =   percepatan grvitasi dalam meters per detik kuadrat (metric) atau feet per    detik kuadrat (British)

                   h     =   tinggi angkat dalam meters (metric) atau feet (British)

Enerji kinetik (Kinetic energy) adalah enerji dalam bentuk gerak. Enerji kinetik suatu benda bergerak adalah sama dengan:

Ek = ½.mv²

dimana:      E_k   =   enerji kinetik dalam joules (metric) atau foot-pounds (British)

                    m    =   masa benda dalam kilogram (metric) atau slug (British)

        v      =   kecepatan dalam meter per detik (metric) atau feet per detik (British)

Hukum kekekalan enerji sangat berguna dalam persoalan mekanika projektil, dimana secara tipikal dianggap bahwa projektil tidak kehilangan enerji dan tidak memperoleh enerji saat bergerak terbang. Sehingga kecepatan projektil tergantung ketinggiannya di atas permukaan tanah, karena jumlah enerji potensial dan kinetik harus tetap konstan:

Ep + Ek = constant

Pada benda yang jatuh bebas, dimana sumber enerji untuk projektil hanyalah tinggi awalnya, enerji potensial awalnya harus sama dengan enerji kinetic akhirnya:

Ep _(initial) = Ek _(final)

mgh_i = ½.mv_f ²

dari persamaan di atas terlihat bahwa masa m dapat dihapus, sehingga persamaan dapat disederhanakan menjadi:

gh_i = ½.v_f²

juga terjadi kesimpulan yang bertentangan bahwa masa benda yang jatuh bebas menjadi tidak bersangkut-paut dengan kecepatannya. Bahwa, benda berat dan benda ringan yang jatuh bebas akan mencapai tanah dengan kecepatan yang sama, dan jatuh dengan waktu yang sama, jika dilepas dari ketinggian yang sama dan dengan pengaruh gravitasi yang sama.

Analisa dimensional menegaskan sifat alami enerji baik dalam bentuk potensial, kinetic, atau bahkan masa (sebagaimana dijelaskan dalam persamaan Einstein). Pertama kita akan menata ketiga persamaan enerji ini berdekatan untuk membandingkan variabelnya:

Ep      =   mgh         enerji potensial karena ketinggian

Ek      =   ½.mv²    enerji kinetik karena kecepatan

E         =   mc²         kesepadanan masa ke enerji (mass-to-energy equivalence)

Berikutnya, kita akan menganalisanya swcara dimensional menggunakan standard SI. Menurut kaidah SI, masa m selalu dinyatakan dalam kilogram kg, jarak h dalam meter m, dan waktu t dalam detik. Ini berarti bahwa kecepatan (v atau c untuk kecepatan cahaya) dalam sistem SI dinyatakan dalam meter per detik [m/s] dan percepatan (a, atau g untuk percepatan gravitasi) dalam meter per detik kuadrat [m/s²]:

 untuk artikel lebih lengkap dapat di dowloadf disini:::

Download artikel lengkap::::

artikel yang paling lengkap  atau di http://www.scribd.com/doc/145783688/Mekanika-Fluida