Pengertian Dinamika Fluida dan Faktor yang Memengaruhin

Pengertian Dinamika Fluida - Dinamika fluida adalah ilmu tentang aliran cairan dan gas, biasanya di dalam dan sekitar permukaan padat. Misalnya, dinamika fluida dapat digunakan untuk menganalisis aliran udara di atas sayap pesawat terbang atau di atas permukaan mobil. Dinamika fluida juga dapat digunakan dalam desain kapal laut untuk meningkatkan kecepatannya bergerak di air.


[irp posts="2653" name="Pengertian Aerodinamika (Faktor dan Prinsip Bernoulli)"]

Para ilmuwan menggunakan eksperimen dan model matematika serta perhitungan untuk memahami dinamika fluida. Terowongan angin adalah ruang tertutup di mana udara dapat dibuat mengalir di atas permukaan, seperti model pesawat terbang. Asap ditambahkan ke aliran udara sehingga aliran udara dapat diamati dan difoto.


Data yang dikumpulkan dari studi terowongan angin dan eksperimen lainnya seringkali sangat kompleks. Para ilmuwan saat ini menggunakan model perilaku fluida dan komputer untuk menganalisis dan menafsirkan data tersebut.


Bidang dinamika fluida sering dibagi lagi menjadi aerodinamika dan hidrodinamika. Aerodinamika adalah ilmu tentang cara udara mengalir di sekitar pesawat terbang dan mobil dengan tujuan meningkatkan efisiensi gerak. Hidrodinamika berkaitan dengan aliran air dalam berbagai situasi/benda seperti pipa, sekitar kapal, dan bawah tanah. Terlepas dari kasus-kasus yang lebih umum, prinsip-prinsip dinamika fluida dapat digunakan untuk memahami berbagai fenomena yang hampir tak terbayangkan seperti aliran darah dalam pembuluh darah, penerbangan angsa yang membentuk formasi V, dan perilaku tanaman dan hewan bawah laut.




[caption id="attachment_3245" align="aligncenter" width="989"]Dinamika Fluida Dinamika Fluida[/caption]

Faktor-faktor yang mempengaruhi aliran


Pola aliran dalam fluida (gas atau cairan) tergantung pada tiga faktor: karakteristik fluida, kecepatan aliran, dan bentuk permukaan benda. Tiga karakteristik fluida sangat penting: viskositas, densitas, dan kompresibilitas. Viskositas adalah jumlah gesekan internal atau hambatan untuk mengalir. Air, misalnya, kurang kental dari madu, yang menjelaskan mengapa air mengalir lebih mudah mengalir daripada madu.


Semua gas kompresibel, sedangkan cairan tidak bisa dimampatkan; yaitu, mereka tidak dapat diperas ke dalam volume yang lebih kecil. Pola aliran dalam cairan kompresif lebih rumit dan sulit dipelajari dibandingkan dengan yang tidak kompresibel. Untungnya bagi perancang mobil, dengan kecepatan kurang dari sekitar 220 mil (350 kilometer) per jam, udara dapat diperlakukan sebagai tidak dapat dikompres untuk semua tujuan praktis. Juga, untuk cairan yang tidak dapat dimampatkan, efek perubahan suhu dapat diabaikan.


[irp posts="3175" name="Perbedaan Antara Zat Padat, Zat Cair, dan Zat Gas"]

Istilah untuk diketahui


Boundary layerLapisan fluida yang menempel pada permukaan padat dan ketika melaluinya kecepatan fluida berkurang.

Kompresibilitas: Karakteristik yang memungkinkan fluida dikompresi menjadi volume yang lebih kecil.

Laminar: Suatu mode aliran di mana fluida bergerak berlapis-lapis di sepanjang garis kontinu, yang didefinisikan dengan baik yang dikenal sebagai streamline.

Turbulen: Aliran yang tidak teratur.

Viskositas: Gesekan internal dalam fluida yang membuatnya menahan aliran.


Aliran laminar dan turbulen


Pola aliran dapat ditandai sebagai laminar atau turbulen. Istilah laminar mengacu pada aliran yang efisien di mana fluida meluncur bersama dalam lapisan yang tidak bercampur. Aliran tersebut berlangsung dalam garis kontinu halus yang disebut streamlines. Anda dapat mengamati efek ini ketika Anda membuka keran air sedikit saja sehingga alirannya jernih dan teratur. Jika Anda terus memutar keran, aliran air secara bertahap menjadi keruh dan tidak teratur. Kondisi ini dikenal sebagai aliran turbulen.




Bilangan Mach


Bilangan Mach adalah pengukuran yang digunakan dalam dinamika fluida yang membandingkan kecepatan suatu benda yang bergerak melalui fluida dengan kecepatan suara dalam fluida itu. Misalnya, kecepatan suara di udara di permukaan laut pada suhu 15 °C adalah sekitar 760 mil per jam (340 meter/detik). Bayangkan sebuah pesawat terbang tepat di atas lautan dengan kecepatan 380 mil per jam (170 meter/detik). Dalam hal itu, jumlah Mach pesawat akan menjadi 380 mil per jam dibagi dengan 760 mil per jam (380 mph ÷ 760 mph) atau 0,5.

Bilangan Mach dinamai dari fisikawan dan filsuf Austria Ernst Mach (1838-1916), yang memelopori ilmu perjalanan supersonik (lebih cepat dari suara). Bilangan Mach sangat penting dalam bidang dinamika fluida karena fluida mengalir di sekitar objek dengan cara yang sangat berbeda. Sebagai contoh, ketika sebuah pesawat terbang dengan kecepatan yang lebih besar dari kecepatan suara, maka gelombang suara tidak dapat "menghindar" dari pesawat. Alahasil gelombang kejut dihasilkan, dan menghasilkan dentuman sonik ketika pesawat terbang melebihi kecepatan suara.

Desainer pesawat harus memperhitungkan perbedaan perilaku fluida pada bilangan Mach yang berbeda ketika merancang pesawat yang lepas landas dan naik ke ketinggian dengan kecepatan di wilayah subsonik (kurang dari kecepatan suara), kemudian melewati transonik (kira-kira sama dengan wilayah suara, dan terbang dengan kecepatan di wilayah supersonik.

[caption id="attachment_3246" align="aligncenter" width="709"]Bilangan Mach Bilangan Mach[/caption]


Konsep aliran fluida


Prinsip Bernoulli. Ahli matematika Swiss, Daniel Bernoulli (1700-1782) adalah orang pertama yang mempelajari aliran fluida secara matematis. Untuk penelitiannya, Bernoulli membayangkan cairan yang benar tidak viskositas dan tidak tertekan atau "ideal". Dengan cara ini, dia tidak perlu khawatir tentang semua banyak komplikasi yang hadir dalam contoh nyata dari aliran fluida. Persamaan matematika yang berhasil diselesaikan oleh Bernoulli hanya mewakili situasi ideal, tetapi berguna dalam banyak situasi kehidupan nyata.


Cara sederhana untuk memahami hasil Bernoulli adalah dengan menggambarkan air yang mengalir melalui pipa horizontal dengan diameter 4 inci (10 sentimeter). Kemudian bayangkan bagian yang menyempit di tengah pipa dengan diameter hanya 2 inci (5 sentimeter). Prinsip Bernoulli mengatakan bahwa air yang mengalir melalui pipa harus dipercepat di bagian pipa yang terbatas. Jika air mengalir pada kecepatan yang sama di bagian pipa yang terbatas, lebih sedikit air yang bisa melewatinya. Bagian kedua dari pipa tidak akan penuh.


Apa yang ditunjukkan Bernoulli adalah bahwa air di bagian pipa yang terbatas (di mana cairan bergerak lebih cepat) mengalami lebih sedikit tekanan air. Misalkan tekanan air di bagian lebar pipa adalah 20 newton per meter persegi. Maka tekanan di bagian pipa yang terbatas mungkin hanya 15 newton per meter persegi. Secara lebih umum, prinsip Bernoulli mengatakan bahwa tekanan yang diberikan oleh fluida berkurang ketika kecepatan fluida itu meningkat.


Prinsip Bernoulli mudah ditunjukkan. Pegang kedua ujung selembar kertas di kedua tangan Anda dan tiup di atas permukaan kertas. Kertas itu tampaknya naik, seolah-olah dengan sihir. Adalah udara yang melewati permukaan kertas menyebabkan tekanan yang berkurang dari atas pada kertas. Tekanan atmosfer normal di bawah kertas mendorongnya ke atas. Demonstrasi sederhana ini juga menggambarkan prinsip terbang pesawat terbang. Udara yang terbang di atas sayap pesawat menghasilkan efek pengangkatan dari bawah pada sayap.


Efek lapisan batas. Prinsip Bernoulli bekerja sangat baik dalam banyak kasus. Tetapi dengan asumsi bahwa cairan tidak memiliki viskositas, seperti yang dilakukan Bernoulli, memang menimbulkan beberapa kesalahan dalam kehidupan nyata. Alasan untuk kesalahan ini adalah bahwa bahkan dalam cairan dengan viskositas yang sangat rendah, fluida tepat di sebelah batas padat menempel ke permukaan. Efek ini dikenal sebagai kondisi tanpa selip. Jadi, betapapun cepat atau mudahnya fluida menjauh dari batas mungkin bergerak, fluida di dekat batas harus melambat secara bertahap dan berhenti total tepat pada batas. Efek ini yang menyebabkan hambatan pada mobil dan pesawat meskipun viskositas udaranya rendah.


Perlakuan aliran seperti itu sangat disederhanakan oleh konsep lapisan batas yang diperkenalkan oleh fisikawan Jerman Ludwig Prandtl (1875–1953) pada tahun 1904. Menurut Prandtl, cairan melambat hanya dalam lapisan tipis di permukaan. Lapisan batas ini mulai terbentuk pada awal aliran dan perlahan-lahan bertambah tebal. Ini adalah laminar pada awalnya tetapi menjadi turbulen setelah beberapa periode waktu. Karena efek viskositas terbatas pada lapisan batas, fluida yang jauh dari batas dapat diperlakukan sebagai ideal.



Belum ada Komentar untuk "Pengertian Dinamika Fluida dan Faktor yang Memengaruhin"

Posting Komentar

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel