Kompetensi Inti 3

Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural

berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya dan

humaniora dengan wawasan pengetahuan, kebangsaan, kenegaraan dan peradaban

terkait penyebab fenomena dan kejadian serta menerapkan pengetahuan prosedural

pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk

memecahkan masalah.

Kompetensi Dasar

3.7 Menerapkan pinsip fluida dinamik dalam teknologi

Kompetensi Inti 4

Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait

dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak

secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan

Kompetensi Dasar

4.7 Memodifikasi ide/gagasan proyek sederhana yang menerapkan prinsip dinamika

fluida

PETA KONSEP

Diatur oleh

Bergantung pada Bergantung

pada

FLUIDA DINAMIS

Tekanan

Fluida

Ketinggian Kecepatan alir

Massa jenis

Luas penampang

Hukum Bernoulli Hukum Kontinuitas

Sebelumnya telah kita pelajari mengenai fluida statis, yaitu fluida yang ada dalam

keadaan diam. Contoh fluida statis misalnya air yang terdapat dalam gelas, dalam kolam, atau

dalam teko air. Dalam bab ini akan kita pelajari tentang fluida dinamis. Fluida dinamis yaitu

fluida yang sedang bergerak atau mengalir. Contoh fluida dinamis antara lain air atau minyak

yang sedang mengalir dalam tangki, uadara yang sedang mengalir relative terhadap pesawat

terbang yang sedang mengangkasa.

Seperti yang telah diketahui bahwa fluida bisa zat cair atau gas. Jika yang diamati

adalah zat cair, maka disebut hidrodinamika. Dalam fluida dinamis akan dipelajari hukum-

hukum dasar yang antara lain dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut. Mengapa pada

saluran air yang menyempit laju air semakin cepat? Mengapa burung dan pesawat terbang

dapat mengangkasa ke udara? Megapa air memancar lebih deras di lantai paling bawah

daripada di lantai paling atas sebuah gedung bertingkat?

Fluida yang kita pelajari dalam fluida dinamis dianggap sebagai fluida ideal. Apa

fluida ideal itu?

Cirri-ciri umum fluida adalah sebagai berikut :

1. Alian fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (non-steady). Jika

kecepatan v di suatu titik adalah konstan terhadap waktu, aliran fluida dikatakan

tunak. Contoh aliran tunak adalah arus air yang mengalir dengan tenang (kelajuan

aliran rendah). Pada aliran tak tunak, kecepatan v di suatu titik tidak konstan terhadap

waktu. Contoh aliran tak tunak adalah gelombang pasang air laut.

2. Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan

(incompressible). Jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume (atau

massa jenis) ketika ditekan, aliran fluida dikatakan tak termampatkan.

3. Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental (non-viscous).

Kekentalan fluida mirip dengan gesekan permukaan pada gerak benda padat.

4. Aliran fluida dapat merupakan aliran garis arus (streaming) atau aliran turbulen.

Untuk aliran tunak, kecepatan fluida di suatu titik yang sama pada suatu garis arus,

tidak berubah terhadap waktu.

Gambar 7.1. Sebuah partikel yang melalui titik A, B, dan C menelusuri sebuah garis

arus.

Definisi garis arus

Garis arus adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang

jelas ujung dan pangkalnya.

Garis arus disebut juga aliran berlapis (aliran laminar = laminar flow).

Kecepatan partikel fluida di tiap titik pada garis arus searah dengan garis singgug di

titik itu. Dengan demikian, garis arus tidak pernah berpotongan (gambar 7.2a).

Ketika melebihi suatu kelajuan tertentu, aliran fluida menjadi turbulen. Aliran

turbulen ditandai oleh adanya aliran berputar (gambar 7.2b). Ada partikel-partikel

yang memiliki arah gerak berbeda dan bahkan, berlawanan dengan arah gerak

keseluruhan fluida.

Gambar 7.2a. Aliran laminar Gambar 1.2b. Aliran turbulen

Fluida yang kita pelajari dipandang sebagai fluida ideal, yaitu fluida yang

tunak, tak termampatkan, tak kental, dan streamline (garis arus).

A. Hukum-Hukum Dasar Fluida Dinamis

Pada subbab ini siswa harus mampu :

Memformulasikan hukum Kontinuitas

Memformulasikan hukum Bernoulli

Menerapkan hukum Kontinuitas dan Bernoulli dalam kehidupan sehari-hari.

1. Hukum Kontinuitas

a. Pengertian Debit

Debit atau laju volume adala besaran yang menyatakan volume fluida yang

mengalir melalui suatu penampang tertentu dalam satuan waktu tertentu.

Definisi debit fluida

Satuan SI untuk V adalah dan untuk selang waktu t adalah s, sehingga

satuan SI untuk debit adalah atau .

Misalkan sejumlah fluida melalui penampang pipa seluas A dan setelah selang

waktu t menepuh jarak L.

Gambar 7.3. Dalam selang waktu t sejumlah fluida yang melalui penampang

seluas A telah menempuh panjang lintasan L.

Volume fluida adalah V = AL, sedangkan jarak L = vt, sehingga debit Q dapat

kita nyatakan sebagai

Definisi debit

b. Penurunan Persamaan Kontinuitas

Perhatikanlah aliran sungaipada bagian yang lebar dan yang sempit itu. Pada

bagian manakah aliran air paling deras? Bagaimana Anda menjelaskan hasil

pengamatan Anda?

Gambar 7.4 Fluida yang mengalir pada suatu bagian pipa

Jika suatu fluida mengalir dengan aliran tunak, maka massa fluida yang masuk

ke salah satu ujung pipa haruslah sama dengan massa fluida yang keluar dari ujung

pipa yang lain selama selang waktu yang sama. Hal ini berlaku karena pada aliran

tunak tidak ada fluida yang dapat meninggalkan pipa melalui dinding-dinding pipa

( garis arus tidak dapat saling berpotongan).

Tinjaulah suatu fluida yang mengalir dengan aliran tunak dan perhatikanlah

bagian 1 dan 2 dari pipa ( Gambar 7.4 ). Misalkanlah bahwa

A1 dan A2 adalah luas penampang pipa pada ujung 1 dan 2

ρ1 dan ρ2 adalah massa jenis pada 1 dan 2

v1 dan v2 adalah kecepatan partikel-partikel pada 1 dan 2

Selama selang waktu ∆t, fluida 1 bergerak ke kanan menempuh jarak

fluida pada 2 bergerak ke kanan menempuh jarak . Oleh karena itu,

volume akan masuk ke pipa pada bagian 1 dan volume

akan keluar dari bagian 2.

Persamaan Kontinuitas

………………………………… 7.3a

Telah diketahui bahwa dimana adalah debit fluida. Oleh karena itu,

persamaan kontinuitas untuk fluida tak termampatkan dapat juga dinyatakan

sebagai persamaan debit konstan.

Pada fluida tak termampatkan, hasil kali

antara kelajuan fluida dan luas penampang

selalu konstan.

Contoh Soal

Persamaan debit konstan

………………………………………. 7.3b

c. Perbandingan Kecepatan Fluida dengan Luas dan Diameter Penampang

Persamaan kontinuitas yang dinyatakan oleh persamaan (7.3a) dapat kita ubah

ke bentuk

………………………………… (7.4)

Umumnya, diameter pipa dapat kita anggap berbentuk lingkaran dengan luas

, dimana r adalah jari-jari pipa dan D adalah diameter pipa. Jika

kita masukkan ke dalam persamaan (7.4), kita peroleh

Pada fluida tak termampatkan, debit fluida di

titik mana saja selalu konstan.

Kelajuan aliran fluida tak termampatkan

berbanding terbalik dengan luas penampang yang

dilaluinya

…………………………………….. (7.5)

Gambar 7.5 Aplikasi persamaan kontinuitas. Dengan menggunakan

luas penampang,kelajuan aliran meningkat.

Pada gambar 7.5 diitunjukan aplikasi persamaan kontinuitas dalam keseharian.

Saat menyemprot taman dengan menggunakan selang, orang tersebut memperkecil

luas penampang selang dengan jarinya, dan air tersemprot keluar dengan kelajuan

yang besar.

Untuk aliran fluida di dalam pipa, kita harus menggambar jarak antargaris arus

lebih rapat pada luas penampang yang sempit, karena kecepatannya lebih besar,

dan menggambar jarak antargaris arus lebih renggang pada luas penampang yang

lebar, karena kecepatannya lebih kecil.

d. Daya oleh Debit Fluida

Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding

terbalik dengan kuadrat jarak jari-jari penampang atau

diameter penampang

Gambar 7.6 Air terjun yang mengalir dengan debit dari ketinggian h akan

menghasilkan tenaga dengan daya

Bagaimana kita menghitung daya suatu tenaga air terjun yang mengalir dengan

debit dari ketinggian ( Gambar 7.6)? telah diketahui bahwa sejumlah massa air m

yang berada pada ketinggian h memiliki energi potensial

Daya yang dibangkitkan oleh energy potensial ini adalah

, sebab

Daya oleh debit fluida

…………………………………. (7.6)

Jika air ini dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dan efisiensi sistem

generator adalah η, maka

………………………………….. (7.7)

2. Hukum Bernoulli

a. Asas Bernoulli

Apakah tekanan fluida paling besar di titik yang berkelajuan alirnya paling

besar?

Gambar 7.7 pada pipa mendatar yang memiliki diameter yang menyempit, kelajuan

fluida yang paling besar adalah pada pipa yang menyempit (B), tetapi tekanannya

justru paling rendah. Ini ditunjukkan oleh paling rendahnya permukaan fluida yang

naik dalam tabung B.

b. Penerapan asas Bernoulli dalam kehidupa sehari-hari

(1) Dua perahu bermotor berbenturan

Gambar 7.9 Dua perahu motor dapat berbenturan karena berkurangnya tekanan

pada air yang mengalir diantara keduanya

Asas Bernoulli dapat menjelaskan mengapa dua perahu bermotor yang

bergerak sejajar dan saling berdekatan cenderung saling tarik menarik dan

berbenturan ( gambar 7.9 ).

Pada waktu kedua perahu melaju ke depan, air tersalurkan pada daerah yang

sempit diantara keduanya. Laju alir air relatif lebih besar pada daerah yang

sempit ini dibandingkan dengan daerah yang lebar di sisi bagian luar kedua

perahu. Sesuai asas Bernoulli, laju alir yang meningkat menyebabkan penurunan

tekanan air diantara kedua perahu dibandingkan dengan tekanan air di sisi bagian

luar perahu sehigga mendorong kedua perahu saling mendekati dan akibatnya

dapat berbenturan.

(1) Aliran air yang keluar dari keran

Pada pipa mendatar (horizontal), tekanan fluida paling

besar adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling

kecil, dan tekanan paling kecil adalah pada bagian yang

kelajuan alirnya paling besar.

Gambar 7.10 Aliran air menyempit ketika air berada di bagian bawah

Putarlah keran air di rumah Anda pada kecepatan penuh. Akan Anda amati

bahwa aliran air agak menyempit ketika mulai jatuh ( gambar 7.10). Apakah

penyebabnya?

Aliran udara di B dan C ( Gambar 7.10b) dihambat oleh aliran air, sehingga

kelajuan udara di B dan C ( bagian tepi aliran air ) lebih kecil daripada kelajuan di A (

bagian tengah aliran air). Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan udara di B dan di C

lebih besar daripada tekanan udara di A, sehingga gaya F mendorong B dan C saling

mendekati. Akibatnya aliran air menyempit di B dan C.

Hukum Bernoulli

Gambar 7.14 bagaimana sejumlah fluida dapat berpidah dari titik A ke titik C jika baik

energi kinetic maupun energi potensial di titik A lebih kecil dari kinetik maupun

energy potensial di C.

Mari kita perhatikan sejumlah fluida dalam pipa yang mengalir dari titik a ke

C. Titik A lebih rendah daripada titik C, dan ini berarti enegi potensial fluida di A

lebih kecil daripada energi potensial di C ( ingat : Ep=mgh ). Luas penampang di

A lebih besar daripada luas penampang di C. Menurut persamaan kontinuitas ( Av

= konstan ), kecepatan fluida di C lebih besar daripada di A, dan ini berarti bahwa

energi kinetic fluida di A lebih kecil daripada energy kinetik fluida di C ( ingat :

). Jumlah energi potensial dan energi kinetik adalah energi mekanik.

Dengan demikian energi mekanik fluida di A lebih kecil daripada energi mekanik

fluida di C.

Jika energi mekanik di a lebih kecil daripada energy mekanik di C, bagaimana

mungkin fluida berpindah dari titik A ke titik? Meurut teorema ini, fluida dapat

berpindah dari A ke C. Usaha adalah gaya kali perpindahan ( W=Fs). Agar W

positif, beda gaya ∆F= haruslah bernilai positif. Gaya adalah tekanan kali

luas penampang ( F=PA), sehingga agar beda gaya ∆F positif,

harus positif. Dari sinilah Bernoulli menemukan besaran

ketiga yang berhubungan dengan usaha positif yang dilakukan fluida, yaitu

tekanan P sehingga fluida dapat berpindah dari A ke C walaupun energy mekanik

di A lebih kecil daripada energi mekanik di C.

Melalui penggunaan teorema usaha-energi yang melibatkan besaran tekanan P

( mewakili usaha ), besaran kecepatan aliran fluida ( mewakili energy kinetik ),

dan besaran ketinggian terhadapa suatu acuan ( mewakili energi potensial ),

akhirnya Bernoulli berhasil menurunkan persamaan yang menghubungkan ketiga

besaran ini secara matematis, yaitu :

Persamaan Bernoulli

……

(7.8)

Jika Anda perhatikan mirip dengan energi potensial Ep=mgh.

Ternyata, tak lain adalah energi kinetic per satuan volume ( ingat

) dan tak lain adalah energi potensial per satuan volume. Oleh

karena itu, persamaan (7.8) dapat dinyatakan sebagai berikut :

Hukum Bernoulli

…………………………………… (7.9)

a. Dua Kasus Persamaan Bernoulli

Kita akan meninjau dua kasus khusu terhadap persamaan Bernoulli (persamaan (7-

8))

(1) Kasus Untuk fluida tak bergerak (fluida statis)

Untuk fluida tak bergerak, kecepatan sehingga persamaan (7-8)

menjadi

g + 0 g + 0

g

Persamaan ini adalah bentuk lain dari dari persamaan tekanan hidrostatis

dalam cairan yang telah di bahas di kelas X

(2) Kasus untuk fluida yang mengalir (fluida dinamis) dalam pipa mendatar

Dalam pipa mendatar (horizontal) tidak terdapat perbedaan ketinggian diantara

bagian-bagian fluida. Ini berarti, ketinggian dan persamaan (7-8) menjadi

Persamaan (7-11) menyatakan bahwa jika , maka . Ini berarti

bahwa di tempat yang kelajuan alirnya kecil, tekanannya besar. Pernyataan ini

telah Abda kenal sebelumnya sebagai asa Bernoulli

b. Teorema Torricelli

Misalkan sebuah tangki dengan luas penampang diisi fuida sampai kedalaman

Ruang di atas fluida berisi udara dengan tekanan Pada alas tanki terdapat suatu

lubang kecil dengan luas ( dengan jauh lebih kecil daripada dan fluida

dapat menyembur keluar dari lubang ini. Bagaimanakah persamaan yang berlaku

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (P), energi

kinetic per satuan volume ( ), dan energi potensial per satuan

volume ( )memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang

suatu garis normal.

untuk kelajuan aliran menyambur keluar lubang? Bagaiamana dengan persamaan

debitnya?

Kita tetapkan titik 1 di permukaan atas fluida dengan kelajuan aliran di titik itu

adalah , dan titik 2 berada di luabng pada dasar tanki dengan kelajuan aliran di

titik itu adalah , seperti ditunjukkan pada Gambar 7.16 . tekanan pada titik 2,

, sebab titik 2 berhubungan dengan atmosfer (udara luar). Ambil acuan

ketinggian nol di dasar tangki , dan gunakan persamaan Bernoulli di titik 1

dan 2 sehingga kita peroleh

Sebab

Kalikan kedua ruas persamaan dengan kita peroleh

Karena jauh lebih kecil daripada , maka sangat kecil dibandingkan dengan

dan dapat diabaikan. Kita kemudian mendapatkan

(7.12)

Jadi, kelajuan bergantung pada perbedaan kedua tekanan dan

kedalaman di bawah permukaan fluida dalam tangki. Jika bagian atas tangki

dibuka ke atmosfer, maka , dan tidak ada beda tekanan : dalam

kasus ini Persamaan (7.12) menjadi

Jadi, kelajuan fluida menyembur keluar dari lubang yang terletak pada jarak di

bawah permukaan atas fluida dalam tangki sama seperti kelajuan yang akan

diperoleh sebuah benda yang jatuh bebas dari ketinggian Persamaan ini disebut

teorema Torricelli.

Perhatian!

Teorema torricelli hanya berlaku jika ujung atas wadah terbuka terhadap

atmosfer dan luas lubang jauh lebih kecil darpada luas penampang wadah.

Debit fluida yang menyambur keluar dari lubang dengan luas dapat dihitung

dari persamaan debit (Persamaan 7.2)):

Misalkan tangki cairan ditaruh dilantai, berapa jauhkah jarak mendatar dari

semprotan cairan yang keluar dari lubang B jika diukur dari kaki tangki K? Lintasan

yang ditempuh cairan adalah parabola dengan komponen kecepatan awal pada

sumbu X, dan pada sumbu Y, , (lihat gambar). Apabila titik

B sebagai titik asal dan arah sumbu sebagai titik asal dan arah sumbu Y ke bawah

sebagai arah positif, maka

dengan dan

(gerak lurus beraturan)

Jarak jangkauan mendatar semprotan

Dengan = ketinggian permukaan air di atas lubang, dan y= kedalaman dasar

di bawah lubang.

Misalnya untuk tangki air seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

= 125-100 = 25 cm = 0,25 m

= 100 cm = 1 m

Kecepatan semburan air keluar dari lubang

Jarak jangkuan horizontal

= 2 (0,5) = 1 m atau 100 cm

B. Penerapan Hukum Bernouli

1. Aplikasi hukum Bernoulli

Persamaan (7-11) berlaku untuk kasus khus di mana fluida mengalir pada titik-titik yang tidak

mengalami perbedaan ketinggian . Persamaan tersebut menyatakan bahwa titik yang

kelajuan fluidanya lebih kecil memiliki tekanan lebih besar. Sebaliknya titik yang kelajuan

fluidanya lebih besar memiliki tekanan lebih kecil. Persamaan (7-11) merupakan pernyataan

matematis dari asas Bernoulli. Kita telah menggunakan asas ini secara kualitatif untuk

menjelaskan beberapa penerapan hukum Bernoulli dalam bidang teknik dan pada hewan.

a. Tabung Venturi

Pada dasarnya, tabung venturi adalah sebuah pipa yang memilki bagian yang menyempit.

Dua contoh tabung venturi adalah karburator mobil dan venturimeter.

(1) Karburator

Fungsi karburator adalah untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara,

kemudian campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan

pembakaran.

Gambar 7.17 Karburator

Prinsip kerja karburator adalah sebagai berikut (Gambar 7.17). Penampang pada bagian

atas jet menyempit, sehingga udara yang mengalir pada bagian ini bergerak dengan

kelajuan yang tinggi. Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan pada bagian ini rendah.

Tekanan di dalam tanki bensin sama dengan tekanan atmosfer. Tekanan atmosfer

memaksa bahan bakar (bensin atau solar) tersembur keluar melalui jet, sehingga bahan

bakar bercampur dengan udara sebelum memasuki silinder mesin.

(2) Venturimeter

Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di dalam suatu

pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan. Ada dua jenis venturimeter, yaitu

venturimeter tanpa manometer dan venturimeter yang menggunakan manometer yang

berisi cairan lain. Prinsip keduanya hampir sama.

Gambar 7.18 Venturimeter tanpa manometer

Gambar 7.18 menunjukkan sebuah venturimeter yang digunakan untuk mengukur

kelajuan aliran dalam sebuah pipa. Kita akan menentukan kelajuan aliran yang

dinyatakan dalam besaran-besaran luas penampang dan , serta perbedaan

ketinggian cairan dalam kedua tabung vertikal .

Cairan yang akan diukur kelajuannya mengalir pada titik-titik yang tidak memiliki

perbedaan ketinggian , sehingga berlaku Persamaan (7-11)

(*)

Dari persamaan kontinuitas diperoleh , maka

(*)

Dengan memasukkan nilai dari (**) ke dalam (*), diperoleh

Pada Gambar 7.18 tampak bahwa selisih ketinggian vertikal cairan dalam tabung 1 dan

tabung 2 adalah . Dengan demikian, selisih tekanan dan sama dengan tekanan

hidrostatis cairan setinggi h, yaitu

ρgh

Dengan memasukkan nilai ini ke dalam (***) kita peroleh

(3) Tabung Pitot

Gambar 7.18 Diagram penampang sebuah tabung pitot

Alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan gas adalah tabung pipot

(Gambar (7.19). Gas (misalnya udara) mengalir melalui lubang-lubang di a. Lubang-

lubang ini sejajar dengan arah aliran yang dibuat cukup jauh di belakang sehingga dan

tekanan gas di luar lubang-lubang tersebut mempunyai nilai seperti halnya dengan

aliran bebas. Jadi, (kelajuan gas), dan tekanan pada kaki kiri manometer

tabung pitot sama dengan tekanan aliran gas .

Lubang dari lengan kanan manometer tegak lurus terhadap akliran sehingga kelajuan

gas berkurang sampai ke nol di . pada titik ini gas berada dalam keadaan

diam. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan di . Beda

ketinggian a dan b dapat diabaikan sehingga penggunaan persamaan

Bernoulli di a dan b menghasilkan

(*)

Dengan adalah massa jenis gas.

Beda tekanan antara a dan b, , sama dengan tekanan hidrostatis zat cair

manometer setinggi h,

'gh (**)

dengan ' adalah massa jenis zat cair manometer (misalnya raksa).

Dengan menyamakan ruas kanan (*) dan (**) kita peroleh

'gh

c.Penyemprot Pafrum

Gambar 7.20 Penyemprot parfum yang bekerja berdasarkan asas Bernoulli

Perhatikan diagram penyemprot parfum pada Gambar 7.20. ketika Anda menekan tombol

bawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui lubang sempit di atas

tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan parfum. Semburan

udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan yang

memaksa cairan naik ke atas tabung. Semprotan udara berkelanjutan tinggi meniup cairan

parfum sehingga cairan parfum dikeluarkan sebagau semburan kabut halu

Laju aliran gas

dalam tabung pitot

d. Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Dengan memperhatikan cara burung terbang, orang kemudian berusaha menirunya untuk

mewujudkan impian manusia terbang tinggi diangkasa. Tanggal 17 Desember 1903, di Kitty

Hawk, North Carolina, Amerika Serikat, Wright bersaudara berhasil menerbangkan pesawat

terbang bermesin pertama di dunia. Keduanya berhasil terbang selama 59 detik dan

menempuh jarak 300 meter. Hanya beberapa puluh tahun setelah itu, tepatnya 1964, dunia

telah mengenal pesawat terbang intai strategis high altitude SR-17 Blackbird dengan tiga kali

kecepatan suara dan dapat menempuh jarak 4830 km

Pesawat terbang memiliki bentuk sayap mirip sayap burung, yaitu melengkung dan

lebih tebal di bagian depan daripada di bagian belakangnya (Gambar 7.21a). Bentuk sayap

seperti ini dinamakan aerofil tidak dapat dikepak-kepakkan. Oleh karena itu, udara harus

dipertahankan mengalir melalui kedua sayap pesawat terbang. Ini dilakukan oleh mesin

pesawat yang menggerakkan maju pesawat menyongsong udara. Mesin pesawat lama

menggunakan mesin jet.

Bentuk aerofil pesawat terbang menyebabkan garis arus seperti pada Gambar 7.21b. Garis

arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawah, yang berarti kelajuan alir

udara pada sisi bagian atas pesawat lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap .

Sesuai dengan asas Bernoulli (Persamaan (7-11)), tekanan pada sisi bagian atas lebih

kecil daripada sisi bagian bawah karena kelajuan udaranya kebih besar. Beda tekanan

menghasilkan gaya angkat sebesar

Dengan A merupakan luas penampang total sayap.

Jika nilai dari persamaan (7-11) kita masukkan pada Persamaan (7-17), kita

peroleh

Dengan adalah massa jenis udara

Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada berat

pesawat. Jadi, apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak bergantung pada berat pesawat,

kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya , semakin besar kecepatan pesawat, semakin besar

kecepatan udara, dan ini berarti bertambah besar, sehingga gaya angkat

semakin besar (lihat Persamaan (7-18)). Demikian juga semakin besar ukuran sayap

, makin besar gaya angkatnya.

(a) Garis-garis di sekitar sayap sebuah pesawat. (b) Garis arus di bagian atas sayap lebih rapat

daripada bagian bawahnya. Ini berarti kelajuan udara pada bagian atas sayap lebih besar

daripada bagian sayapnya

Gambar 7.21 Penerapan hukum Bernoulli pada sayap pesawat terbang

Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat

. Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin

mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), kelajuan pesawat harus diatur

sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan pesawat .

Contoh soal

e. Aplikasi Hukum Bernoulli pada Hewan

Salah satu aplikasi dari hukum Bernoulli pada hewan. Liang (lubang) selalu dibuar sedikitnya

memiliki dua pintu masuk. Salah satu pintu dibuat agar lebih tinggi dari pintu lainnya. Oleh

karena laju angin meningkat dengan bertambahnya ketinggian, maka tekanan udara lebih

rendah pada pintu yang tinggi. Secara alami (spontan) udara bergerak dari daerah bertekanan

tinggi ke daerah bertekanan rendah. Ini menghasilkan sirkulasi udara segar dari pintu yang

rendah melalui liang bawah tanah ke pintu yang lebih tinggi. Dengan demikian hewan di di

bawah tanah , seperti anjing padang rumput dan tikus tidak akan mati lemas karena

kekurangan oksigen dari udara.

Bagaimana ikan mengapung, melayang, dan tenggelam di dasar air? Kebanyakan ikan

memiliki swim bladder (kantong renang) yang mirip gelembung dan berisi penuh gas. Swim

bladder (Gambar 7.22) bekerja seperti tangki pemberat pada kapal selam. Ikan dapat

mengukbah ukuran swim bladder dengan cara mengendurkan atau mengencangkan otot-

otonya sesuai keperluan ikan ; mengapung, melayang, atau tenggelam.

Hiu tidak memiliki swim bladder, lalu bagaimana hiu bisa mengaung atau menyelam dalam

air? Hiu memang memiliki level berukuran lebih besar yang berisi minya (minyak lebih

ringan daripada air). Ini membuat berat hiu lebih kecil, tetapi masih lebih besar daripada gaya

apung yang dialami hiu (Gambar 7.23). oleh karena itu hiu akan tenggelam di dasar laut jika

hiu tidak berenang,

Hiu memiliki sirip-sirip dada besar, yaitu sirip-sirip pada bagian depan di bawah

kepala (Gambar 7.23). sirip-sirip pada bagian depan di bawah kepala (Gambar 7.24). Sirip-

sirip dada ini dibentuk seperti sayap kapal terbang. Ketika hiu berenang maju melalui air, air

mengalir melaui siro-sirip ini tepat seperti aliran udara yang melalui sayap kapang terbang

dan menghasilkan gaya angkat. Tanpa berenang ke depan hiu akan tenggelam sebab gaya

angkat hanya timbul jika air mengalir melui sirip-sirip dada.

LATIHAN SOAL

A. Pilihan Ganda

B. Uraian

MINI RISET FISIKA SEKOLAH 1

MATERI FLUIDA DINAMIS

Nama :

Kelas :

1. Ketika kita menyiram bunga dengan air keran yang dihubungkan dengan selang, saat

ujung selang ditekan, air yang tersemprot keluar memiliki kelajuan yang semakin

besar

a. Benar

b. Salah

Alasan :

2.

A B C

Berdasarkan gambar di atas, tekanan fluida yang paling besar adalah

pada tabung B :

a. Benar b. Salah Alasan :

3.

Tekanan fluida pada A lebih besar daripada tekanan di B

a. Benar

b. Salah

Alasan :

4. Ketika kita berdiri di dekat rel kereta dan kebetulan lewat serangkaian gerbong kereta

api yang lewat dengan cepat, tubuh kita akan terdorong mendekati rel saat kereta api

lewat.

a. Benar

b. Salah

Alasan :

5.

Jika pada titik A, B, dan C diberi lubang. Maka pada lubang A memiliki kecepatan

semburan cairan yang paling besar.\

a. Benar

b. Salah

Alasan :

B

A

A B

C

6.

Ketinggian pesawat mempengaruhi besarnya gaya angkat pesawat.

a. Benar

b. Salah

Alasan :

HASIL MINIRISET

No Kunci Jumlah

Betul 1 2 3 4 5 6

B S B B B S

1 1 0 0 1 0 0 2

2 1 0 0 1 0 0 2

3 1 0 0 1 0 0 2

4 1 0 0 1 0 0 2

5 1 1 1 1 0 0 4

6 1 0 0 1 1 0 3

7 1 0 0 1 0 0 2

8 1 0 0 0 0 0 1

9 1 0 0 0 0 0 1

10 1 0 1 1 1 0 4

11 1 0 0 1 1 0 3

12 1 0 0 1 1 0 3

13 1 0 0 1 1 0 3

14 1 0 0 1 1 0 3

15 1 0 0 0 0 0 1

16 1 0 0 1 0 0 2

17 1 0 0 1 0 0 2

18 1 0 0 1 1 0 3

19 1 0 0 1 0 0 2

20 1 0 0 0 0 0 1

Jumlah 20 1 2 16 7 0

Keterangan B= Benar S= Salah

Analisis:

Para siswa masih belum memahami hubungan tekanan , luas penampang, kecepatan pada

hukum Bernoulli, dan ketinggian pada gaya angkat pesawat.