Suatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir dinamakan Fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan.
Fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika partikel. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).Dalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida dinamis misalnya pada semprotan parfum. Berdasarkan uraian diatas, maka pada laporan ini akan dibahas mengenai fluida dinamis.
Dalam kehidupan sehari-hari, Asas Bernoulli diterapkan pada karburator mobil, venturimeter, pipa pitot, botol penyemprot parfum, dan alat semprot serangga. Asas Bernoulli juga dapat digunakan untuk melakukan kalkulasi kebocoran pada tangki air yang seperti akan praktekkan menggunakan alat sederhana.
Sebuah botol yang diisi air sampai kedalaman h1. Pada dinding kaleng terdapat lubang kebocoran yang terletak pada ketinggian h2 yang diukur dari tanah.
Persamaan-persamaan yang dipakai untuk menghitung jarak jatuh fluida yang keluar dari lubang pada dinding tangki adalah :
Kecepatan fluida yang mancur lewat dinding tangki:
Lama fluida melayang di udara:
Jarak jatuh fluida yang keluar dari lubang pada dinding tangki : x = v.t
Berdasarkan uraian di atas maka dibuatlah karya tulis ilmiah ini, yang nantinya akan menjelaskan tentang bagaimana cara menghitung kecepatan, waktu, dan jarak jatuh fluida, yaitu dengan menyelidiki kebocoran tangki air sebagai Asas Bernoulli menggunakan alat sederhana. Sehingga kita dapat mengetahui kecepatan dan waktu fluidanya.
B. Rumusan Masalah
Bagaimana cara mengukur kecepatan air yang keluar dari botol pada tiap lubang dengan ketinggian tertentu terhadap permukaan ?
Apa yang dimaksud fluida ?
Apa yang dimaksud fluida dinamis dan fluida ideal ?
D. Tujuan
1. Menghitung kecepatan air yang keluar dari botol pada tiap lubang dengan ketinggian tertentu terhadap permukaan.
2. Mengetahui pengertian fluida.
3. Mengetahui pengertian fluida dinamis dan fluida ideal.
Bab II. Kajian Teori
A. Fluida
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari. Fluida ini dapat dibagi menjadi 2 yaitu, fluida statis dan fluida dinamis.
2. Pengertian Fluida Dinamis
Fluida Ideal adalah fluida yang tidak dapat ditempatkan dan bagian- bagiannya tidak mengalami gaya gesekan, fluida ideal disebut juga fluida yang tidak kompersibel yaitu fluida yang tidak mengalami perubahan volume karena tekanan, mengalir tanpa gesekan dan alirannya stasioner. Aliran stasioner yaitu aliran fluida yang mengikuti garis air atau garis tertentu. Fluida dinamis adalah fluida yang mengalir atau bergerak terhadap sekitarnya. Pada pembahasan fluida dinamis, kita akan mempelajari mengenai persamaan kontinuitas, dan Hukum Bernoulli beserta penerapannya. Fluida ideal mempunyai ciri-ciri berikut ini :
a. Alirannya tunak (steady), yaitu kecepatan setiap partikel fluida pada satu titik tertentu adalah tetap, baik besar maupun arahnya. Aliran tunak terjadi pada aliran yang pelan.
b. Alirannya tak rotasional, artinya pada setiap titik partikel fluida tidak memiliki momentum sudut terhadap titik tersebut. Alirannya mengikuti garis arus (streamline
c. Tidak kompresibel (tidak termampatkan), artinya fluida tidak mengalami perubahan volume (massa jenis) karena pengaruh tekanan.
d. Tak kental, artinya tidak mengalami gesekan baik dengan lapisan fluida di sekitarnya maupun dengan dinding tempat yang dilaluinya. Kekentalan pada aliran fluida berkaitan dengan viskositas.
3. Besaran Fluida Dinamis
Debit adalah banyaknya fluida yang mengalir tiap detik.
Ket
Q = debit aliran (m3/s)
A = luas penampang (m2)
V = volume fluida (m3)
v = kecepatan aliran (m/s)
fluida yang keluar dari lubang
4. Persamaan Kontinuitas
Dalam waktu yang sama jumlah fluida yang mengalir pada penampang A1 sama dengan jumlah fluida yang mengalir pada penampang A2.
A = luas penampang (lingkaran) (m2)
5. Azas Bernoulli
5.1 Prinsip Bernoulli
Sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.
5.2 Azas Bernoulli
Asas Bernoulli dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli (1700 – 1782). Dalam kertas kerjanya yang berjudul “Hydrodynamica”, Bernoulli menunjukkan bahwa ”begitu kecepatan aliran fluida meningkat maka tekanannya justru menurun”.
Asas Bernoulli adalah “tekanan fluida di tempat yang kecepatannya tinggi lebih kecil daripada di tempat yang kecepatannya lebih rendah”. Jadi semakin besar kecepatan fluida dalam suatu pipa maka tekanannya makin kecil dan sebaliknya makin kecil kecepatan fluida dalam suatu pipa maka semakin besar tekanannya.
5.3 Persamaan Azas Bernoulli
Jika m adalah massa zat cair yang berpindah. ρ ( rho) adalah massa jenis zat cair dan m/ρ adalah volume zat cair yang berpindah. Maka jumlah semua usaha yang menggerakkan zat cair adalah sama dengan bertambahnya energi kinetik dan energi potensial.
Wtot = Ek + Ep
P1 . A1 . v1 . t – P2 . A2 . v2.t = ½ m (v22 – v12) + m.g (h2 – h1)
Karena A1 . v1 . t = A2 . v2 . t = V (Volume)
P1 . V – P2 . V = ½ m (v22 – v12) + m.g (h2 – h1)
V = m / ρ
P1 . m / ρ – P2 . m / ρ = ½ m (v22 – v12) + m.g (h2 – h1)
P1 / ρ – P2 / ρ = ½ (v22 – v12) + g (h2 – h1) [dikalikan ρ]
P1 – P2 = ½ ρ v22 – ½ ρ v12 + ρ g h2 – ρ g h1
Ket : A1 = luas penampang 1 (m2)
P1 = tekanan pada
penampang 1 (N/m2)
v1 = kecepatan pada
penampang 1 (m/s)
g = percepatan graviasi bumi
(m/s2)
h1 = tinggi penampang 1 (m)
P2 = tekanan pada
penampang 2 (N/m2)
v2 = kecepatan pada
penampang 2 (m/s)
h2 = tinggi penampang 2 (m)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
Persamaan diatas disebut juga sebagai Persamaan Bernoulli. Persamaan Bernoulli sangat berguna untuk penggambaran kualitatif berbagai jenis aliran fluida. Persamaan Bernoulli diatas dikenal sebagai persamaan untuk aliran lunak, fluida inkompresibel, dan nonfiskos.
5.4 Aplikasi/penerapan azas bernoulli :
a. Azas bernoulli digunakan untuk menentukan gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang sehingga diperoleh ukuran presisi yang sesuai.
b. Azas Bernoulli dipakai pada penggunaan mesin karburator yang berfungsi untuk mengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran udara yang masuk. Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan bermotor, seperti mobil.
c. Azas Bernoulli berlaku pada aliran air melalui pipa dari tangki penampung menuju bak-bak penampung. Biasanya digunakan di rumah-rumah pemukiman.
d. Azas Bernoulli juga digunakan pada mesin yang mempercepat laju kapal layar.
e. Azas Bernoulli pada praktikum ini diterapkan pada tangki atau botol berlubang, lebih jelasnya akan dijelaskan dibawah ini.
6. Penerapan Azas Bernoulli pada Botol Berlubang
Skema persamaan Bernoulli untuk fluida dalam tangki / botol dan terdapat kebocoran dalam ketinggian tertentu pada percobaan ini.
Perhatikan gambar diatas, P1 = P2 = tekab=nan udara luar (Po), karena lubang kebocoran kecil, makapermukaan air pada bejana turun sangat lambat drhingga v1 dapat diabaikan atau v1 = 0 dan v2 = v, maka persamaan Bernoulli menjadi :
Po + ½ ρ 02 + ρ g h= Po + ½ ρ v2 + ρ g h2
0 + 0 + ρ g h=0 + ½ ρ v2 + ρ g h2
ρ g h= ½ ρ v2 + ρ g h2
½ ρ v2 = ρ g (h – h2)
v =
Jika kebocorannya didasar tangki / botol h2 = 0 maka persamaannya menjadi :
v = Ket : v = kecepatan air pada lubang kebocoran (m/s)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
h1= jarak lubang ke permukaan air (m)
Untuk mencari waktu yang diperlukan air untuk jatuh ke tanah yaitu dengan rumus :
t =
Ket : t = waktu yang diperlukan air untuk jatuh ke tanah (s)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
h2 = jarak lubang ke dasar tangki / botol (m)
Untuk mencari lintasan air (fluida) yang jatuh ke tanah pada tangki berlubang
x = v . t
x = .
x =
x = 2
Ket : x = jarak atau lintasan air yang jatuh ke tanah pada tangki yang berlubang (m)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
h1= jarak lubang ke permukaan air (m)
h2 = jarak lubang ke dasar tangki / botol (m)
7. Teorema Torricelli
Torricelli mengatakan bahwa kelajuan fluida menyembur keluar dari lubang yang terletak pada jarak h dibawah permukaan atas fluida dalam tangki sama seperti kelajuan yang akan diperoleh sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian h. Teorema ini hanya berlaku jika ujung wadah terbuka terhadap atmosfer dan luas lubang jauh lebih kecil dari lusa penampang wadah.
X = V . t Ket : v = Kecepatan semburan
t = Waktu zat cair dari lubang sampai ke lantai
x = Jarak jatuhnya zat cair kelantai
Bab III. Metode Praktikum
A Alat dan Bahan
Alat dan Bahan :
§ 2 buah botol
§ Air secukupnya
§ Paku yang dipanasi / pelubang botol
§ Penggaris
§ Spidol
B. Langkah Kerja
1. Siapkan seluruh peralatan yang digunkan dalam praktikum
2. Lakukan pemotongan pada botol pada bagian atasnya,kemudan berilah lubang pada botol dengan menggunakansolder atau paku yang dipanaskan sejumlah buah dengan jarak yang sama.
3. Ukur tinggi botol, volume botol dan diameter botolmenggunakan penggaris dan centimeter.
4. 4.Isi botol dengan air sampai penuh dengan 3 buahlubangnnya ditutup dengan latban, kemudian latban paalubang pertama dibuka hitung waktunya air keluar sampaitidak mengalir lagi dengan menggunakan stopwatch.
5. Isi kembali botol dengan air sampai penuh dimana ke tiga lubang ditutup kembali, buka lubag ke dua hitung waktunya air keluar sampai air tidak mengalir lagi denganmenggunakan stopwatch.
6. Isi kembali botol dengan air sampai penuh dimana ke tigalubang ditutup kembali, buka lubang ke tiga hitngwaktnya air keluar sampai air tidak mengalir lagi denganmenggunakan stopwatch.
7. Setelah menghitung waktunya air keluar dari botolcatatlah beberapa data penting dari percobaan ( waktu untuk tumpahnya air hingga habis dari dalam botol waktunya ) dengan stopwatch dan alat tulis yang ada.Selain itu selama seluruh kegiatan berlangsung kamera foto digunakan untuk merekam.
8. Membaandingkan data setiap perlakuan dan tuangkan kedalam bentuk tabel serta diskusikan hasil analisa pecobaan serta membandingkannya dengan hasil teori.
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
b. Botol 2 dilepas pada ketinggian tertentu
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
v Percobaan 3
a. Botol 1 ditarik keatas / dilempar ke atas
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
b. Botol 2 ditarik keatas / dilempar ke atas
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
Data Total Percobaan botol 2 (Lubang A = Lubang B = Lubang C)
Tinggi Lubang botol ke – (h1 dan h2)
x
Waktu Air yang keluar (t)
Kecepatan air yang keluar dari lubang (v)
Debit Air (Q)
Ah1 =0,12 mh2 = 0,265m
Pengamatanx= 0,32 mTeori x = 0,36 m
Pengamatant = 11 sTeori t = 0,23 s
1,55 m/s
30,42 . 10-4 m3/s
v Percobaan 2
a. Botol 1 dilepas pada ketinggian tertentu
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
b. Botol 2 dilepas pada ketinggian tertentu
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
v Percobaan 3
a. Botol 1 ditarik keatas / dilempar ke atas
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
b. Botol 2 ditarik keatas / dilempar ke atas
Air di botol tidak keluar, karena tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol. Serta kecepatannya lebih tinggi dan tekanannya rendah sehingga air tidak keluar.
b. Fluida Ideal adalah fluida yang tidak dapat ditempatkan dan bagian- bagiannya tidak mengalami gaya gesekan, fluida ideal disebut juga fluida yang tidak kompersibel yaitu fluida yang tidak mengalami perubahan volume karena tekanan, mengalir tanpa gesekan dan alirannya stasioner.
c. Asas Bernoulli adalah “tekanan fluida di tempat yang kecepatannya tinggi lebih kecil daripada di tempat yang kecepatannya lebih rendah”. Jadi semakin besar kecepatan fluida dalam suatu pipa maka tekanannya makin kecil dan sebaliknya makin kecil kecepatan fluida dalam suatu pipa maka semakin besar tekanannya.
d. Asas Bernoulli yang dapat digunakan untuk melakukan kalkulasi kebocoran pada tangki air yang seperti akan praktekkan menggunakan alat sederhana.
e. Dalam menentukan kecepatan air yang jatuh, waktu dan lintasan air yang jatuh didapatkan dari persamaan berboulli :
f. Sehingga dari persamaan bernoulli tersebut, didapatkan rumus kecepatan air yang mengalir yaitu :
v = { jika h2 = 0}
h. Serta dapat menentukan waktu air yang jatuh ke tanah dengan rumus :
t =
h. Menentukan lintasan atau jarak jatuhnya air ke tanah dengan rumus :
x = 2
i. Percobaan teori torricelli digunakan untuk menentukan kecepatan aliran zat cair, koefisien kontraksi zat cair yang keluar dari lubang kebocoran.
Aliran air dari lubang kebocoran dari atas ke bawah semakin panjang jaraknya (X) dan kecepatannya berkurang dari bawah ke atas. Percobaan teori torricelli membuktikan kebenaran teori torricelli dan menambah pemehaman tentang persamaan bernaouli.
j. Pada percobaan ini, disimpulkan bahwa saat botol di lempar ke atas atau dijatuhkan akan menyebabkan air tidak keluar karena saat melempar atau menjatuhkannya dengan kecepatan tinggi sehingga tekanannya rendah (tekanan didalam lebih besar daripada tekanan diluar botol).
a. Pada saat melakukan percobaan diatas kursi dengan ketinggian tertentu dibutuhkan dasar tempat jatuhnya air yang keluar harus kering agar titik jatuh air terlihat sehingga mempermudah pengamatan.
b. Pada saat menjatuhkan atau melepaskan botol ke tanah, diperlukan ketelitian dalam mengamati air keluar atau tidak.
c. Pada saat melempar botol keatas, diperlukan ketelitian dalam mengamati air keluar atau tidak.
d. Dalam mengukur, kita harus benar-benar teliti.
e. Pengukuran juga harus tepat.
f. Dalam penggunaan rumus, harus teliti dalam menghitung.
Efek Fotolistrik Bab I. Pendahuluan A. Latar Belakang Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari cahaya. Ditinjau dari perspektif sejarah, penemuan efek...
Tetes Minyak Milikan Bab I. Pendahuluan A. Latar Belakang Elektron merupakan suatu dasar penyusun atom. Inti atom terdiri dari elektron (bermuatan negatif) dan proton...
Sifat Fantasi Bab I. Pendahuluan Pada dasarnya psikologi mempersoalkan masalah aktivitas manusia. Baik yang dapat diamati maupun tidak secara umum aktivitas-aktivitas (dan penghayatan) itu...
