Mekanika Fluida1

DEFINISI DAN SIFAT-SIFAT FLUIDA

Mekanikafluida dan hidrolika adalah bagian dari mekanika terpakai (Applied Mechanics) yang merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan dasar bagi teknik sipil.  Mekanikafluida dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat dan hukum hukum yang berlaku serta perilaku fluida (cairandan gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku, serta perilaku cairan terutama air baik dalam keadaan diam maupun bergerak atau mengalir.

Di dalam kuliah ini diuraikan secara singkat prinsip-prinsip dasar dan contoh-contoh soal serta jawabannya yang meliputi hidrostatika dan   hirodinamika dalam lingkup teknik pertanian. Hidrolika mempelajari gaya-gaya yang bekerja pada benda yang berada dalam cairan dalam keadaan diam, keseimbangan gaya-gaya yang mengapung dan melayang dalam cairan, serta keseimbangan relatif.
Sedangkan hidrodinamika mempelajari cairan dalam keadaan bergerak atau mengalir dalam dimensi waktu(t)  dan tiga dimensi tempat (x,y,z). Namun di dalam modul Mekanika Fluida ini pembahasan terbatas pada aliran tetap (tidak berubah menurut waktu) satu dimensi (hanya berubah diarahaliran) saja.

FLUIDA  ADALAH SUATU ZAT YANG MEMPUNYAI KEMAMPUAN BER-UBAH SECARA KONTINYU APABILA MENGALAMI GESERAN, ATAU MEMPUNYAIREAKSI TERHADAP TEGANGAN GESER SEKECIL APAPUN. DALAM KEADAAN DIAM ATAU DALAM KEADAAN KESEIMBANGAN, FLUIDA TIDAK MAMPU MENAHAN GAYA GESER YANG BEKERJA PADANYA, DAN OLEH SEBAB ITU FLUIDA MUDAH BERUBAH BENTUK TANPA PEMISAHAN MASSA.

1).GAS :

Tidak mempunyai permukaan bebas, dan massanya selalu berkembang mengisi seluruh volume ruangan, serta dapat dimampatkan.

2) CAIRAN:

mempunyai permukaan bebas, dan massanya akan mengisi ruangan sesuai dengan volumenya, serta tidak termampatkan.

DIMENSI:

adalah besaran terukur mewujudkan karakter istik suatu obyek.

1. Massa( m ).

2. Panjang( L ).

3. Waktu( t ).

SATUAN:

adalah suatu standar yang mengukur dimensi, yang penggunaannya harus konsisten menurut sistem satuan yang digunakan.

-Satuan Massa(kg)
-Satuan Panjang(m)
-Satuan Waktu(t)
-Satuan Gaya (Newton disingkatN)
-Volume (m3)
-Kecepatan(m/det)
-Percepatan(m/det2)
-Kerja(Joule disingkatJ)
-Tekanan(N/m2) atauPascal (P)

Satuan untuk gaya yang bekerja, didalam Sistem ini diturunkan dari hukum Newton II yaitu:

dimana:

F = gaya dalam Newton(N)

m = massa dalam kilogram(kg)

a = percepatan dalam (m/det2)

atau :

Suatu gaya sebesar 1 N (Newton) mempercepat suatu massa sebesar 1 kg (kilogram) pada harga percepatan sebesar 1 m/det2.

Dalam hal ini:

Selain sistem Satuan Internasional (SI) di Indonesia masih banyak yang menggunakan sistem satuan MKS, dimana di dalam sistem ini kilogram (kg) digunakan sebagai satuan berat atau gaya. Dalam hal ini satua n massa adalah kilogram massa (kg m), sehingga Pers (1.2) menjadi terbentuk:

dimana:

G= gaya berat dalam kilogram gaya(kgf)

m= massa dalam kilogram massa(kgm)

g= gaya gravitasi dalam m/det2

Dalam hal ini:

Karena nilai massa untu ksatuan SI (kg) dan satuan MKS (kgm) adalah sama maka, Pers(1.4) dapat subtitusikan kedalam Pers. (1.2) yang menghasilkan:

atau:

dimana : g = 9,81 m/det2

Viskositas  atau kekentalan dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser. Viskositas terjadi terutama karena adanya interaksi antara molekul-molekul cairan.

Perubahan bentuk akibat dari penerapan gaya-gaya geser tetap

Apabila tegangan geser maka :

dimana :

Agar berlaku umum   dapat dinyatakan dalam

yang disebut gradien kecepatan. Maka dalam bentuk differensial Pers. (1.7) dapat dinyatakan :

Pers.(1.8)  disebut Hukum Newton dari  kekentalan atau :

Dalam sistem satuan SI, tegangan geser dinyatakan dalam N/m2dan gradien kecepatan adalah dalam (m/det)/m maka satuan dari viskositas dinamik adalah :

Perbandingan antara kekentalan dinamik dan kerapatan disebut
kekentalan kinematik, yaitu :

yang mempunyai dimensi luas tiap satuan waktu dan satuannya adalah : m2/det.Viskositas kinematis dari cairan sangat dipengaruhi oleh temperatur, demikian pula dengan viskositas dinamik.

Oleh karena itu harga-harga viskositas dinamik dan viskositas kinematis

dalam hubungannya dengan temperatur dapat dinyatakan dalam bentuk grafik atau dalam bentuk tabel (1.1). Adapun persamaan yang digunakan adalah suatu persamaan sederhana yaitu :

 dimana :