Mekanika adalah ilmu fisika tertua yang berhubungan dengan kedua stasioner dan

menggerakkan tubuh di bawah pengaruh kekuatan. Cabang mekanik yang

penawaran dengan tubuh saat istirahat disebut statika, sedangkan cabang yang berhubungan dengan

tubuh dalam gerakan yang disebut dinamika. Para mekanika fluida subkategori adalah

didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan perilaku fluida diam (statika fluida)

atau dalam gerakan (dinamika fluida), dan interaksi cairan dengan padatan

atau cairan lainnya pada batas. Mekanika fluida juga disebut sebagai fluida

dengan mempertimbangkan dinamika fluida diam sebagai kasus khusus gerak dengan nol

kecepatan (Gbr. 1-1).

Mekanika fluida itu sendiri juga dibagi menjadi beberapa kategori. Studi tentang

gerakan cairan yang praktis mampat (seperti cairan,

terutama air, dan gas pada kecepatan rendah) biasanya disebut sebagai hidrodinamika.

Sebuah subkategori hidrodinamika adalah hidrolika, yang berurusan dengan cairan

arus dalam pipa dan saluran terbuka. Gas dinamika berkaitan dengan aliran

cairan yang mengalami perubahan densitas yang signifikan, seperti aliran gas

melalui nozel pada kecepatan tinggi. Aerodinamis kategori penawaran dengan

aliran gas (terutama udara) atas tubuh seperti pesawat terbang, roket, dan mobil

pada kecepatan tinggi atau rendah. Beberapa khusus kategori lain seperti meteorologi,

oseanografi, dan hidrologi berurusan dengan aliran alami.

Apa Fluid a?

Anda akan ingat dari fisika bahwa zat yang ada dalam tiga fase utama:

padat, cair, dan gas. (Pada suhu yang sangat tinggi, juga ada sebagai plasma.)

Sebuah substansi dalam fase cair atau gas disebut sebagai fluida. Perbedaan

antara padat dan cairan dibuat atas dasar kemampuan substansi untuk

menolak suatu geser diterapkan (atau tangensial) stres yang cenderung berubah bentuknya. A

padat dapat menahan tegangan geser yang diterapkan oleh deformasi, sedangkan fluida

deformasi terus menerus di bawah pengaruh tegangan geser, tidak peduli seberapa

kecil. Dalam padatan stres sebanding dengan tegang, tetapi dalam cairan stres sebanding

strain tingkat. Ketika gaya geser konstan diterapkan, padat akhirnya

berhenti deformasi, di beberapa sudut regangan tetap, sedangkan fluida tidak pernah berhenti

deformasi dan mendekati tingkat tertentu strain.

Pertimbangkan blok karet persegi panjang erat ditempatkan di antara dua piring. Sebagai

pelat atas ditarik dengan gaya F sedangkan pelat bawah dipertahankan tetap,

blok karet deformasi, seperti ditunjukkan pada Gambar. 1-2. Sudut deformasi

(Disebut regangan geser atau perpindahan sudut) meningkat sebanding dengan

yang diterapkan gaya F. Dengan asumsi tidak ada selip antara karet dan

piring, permukaan bagian atas dari karet yang digantikan oleh jumlah yang sama dengan

perpindahan dari pelat atas sedangkan permukaan bawah tetap diam.

Pada keseimbangan, gaya total yang bekerja pada piring dalam arah horisontal

harus nol, dan dengan demikian kekuatan sama dan berlawanan dengan F harus bertindak

di piring. Ini kekuatan lawan yang berkembang di antarmuka pelat-karet

akibat gesekan dinyatakan sebagai F! tA, di mana t adalah tegangan geser dan A adalah

bidang kontak antara pelat atas dan karet. Ketika gaya adalah

dihapus, karet akan kembali ke posisi semula. Fenomena ini akan

juga diamati dengan padatan lain seperti blok baja dengan ketentuan bahwa

terapan kekuatan tidak melebihi rentang elastis. Jika percobaan ini adalah

diulang dengan cairan (dengan dua plat paralel besar yang ditempatkan dalam tubuh besar

air, misalnya), lapisan cairan dalam kontak dengan pelat atas akan

bergerak dengan piring terus pada kecepatan lempeng tidak peduli seberapa

kecil gaya F adalah. Kecepatan fluida berkurang dengan kedalaman karena gesekan

antara lapisan fluida, mencapai nol pada pelat bawah.

Anda akan ingat dari statika bahwa stres didefinisikan sebagai gaya per satuan luas

dan ditentukan dengan membagi gaya dengan luas atas mana ia bertindak. Itu

komponen normal dari gaya yang bekerja pada permukaan per satuan luas disebut

yang normal stres, dan komponen tangensial dari gaya yang bekerja pada permukaan

per satuan luas disebut tegangan geser (Gambar 1-3). Dalam cairan saat istirahat, normal

stres disebut tekanan. Dinding pendukung cairan menghilangkan geser

stres, dan dengan demikian cairan saat istirahat berada pada keadaan nol tegangan geser. Ketika

dinding dihapus atau wadah cair dimiringkan, geser mengembangkan dan

cair percikan atau bergerak untuk mencapai permukaan bebas horizontal.

Dalam cairan, potongan molekul dapat bergerak relatif terhadap satu sama lain, tetapi

Volume tetap relatif konstan karena kekuatan kohesif yang kuat

antara molekul. Akibatnya, cairan mengambil bentuk wadah

itu, dan itu membentuk permukaan bebas dalam wadah yang lebih besar dalam gravitasi

lapangan. Gas A, di sisi lain, memperluas sampai bertemu dinding

wadah dan mengisi seluruh ruang yang tersedia. Hal ini karena molekul gas

secara luas spasi, dan kekuatan kohesif antara mereka sangat

kecil. Tidak seperti cairan, gas tidak dapat membentuk permukaan bebas (Gambar 1-4).

Meskipun padatan dan cairan yang mudah dibedakan dalam banyak kasus, perbedaan ini

tidak begitu jelas dalam beberapa kasus borderline. Sebagai contoh, aspal muncul

dan berperilaku sebagai padatan karena menolak tegangan geser untuk jangka waktu yang singkat.

Tapi deformasi perlahan dan berperilaku seperti cairan ketika pasukan diberikan

untuk waktu yang lama. Beberapa plastik, timah, dan campuran lumpur menunjukkan

mirip perilaku. Kasus perbatasan tersebut berada di luar lingkup teks ini. Itu

cairan kita akan berurusan dengan dalam teks ini akan jelas dikenali sebagai cairan.

Ikatan antarmolekul yang kuat dalam padatan dan terlemah dalam gas. Satu

Alasannya adalah bahwa molekul dalam padatan erat dikemas bersama-sama, sedangkan di

gas mereka dipisahkan oleh jarak yang relatif besar (Gbr. 1-5).

Molekul-molekul dalam padat disusun dalam pola yang berulang seluruh.

Karena jarak kecil antara molekul di dalam benda padat, menarik

kekuatan molekul satu sama lain besar dan menjaga molekul pada

tetap posisi. Jarak molekul dalam fase cair tidak jauh berbeda

dari yang dari fase padat, kecuali molekul tidak lagi di tetap

posisi relatif terhadap satu sama lain dan mereka dapat memutar dan menerjemahkan secara bebas. Dalam

cair, gaya antarmolekul relatif lemah untuk makanan padat, namun masih kuat

dibandingkan dengan gas. Jarak antara molekul umumnya meningkat

sedikit sebagai padatan berubah cair, dengan air menjadi pengecualian.

Dalam fase gas, molekul jauh terpisah dari satu sama lain, dan molekul

order tidak ada. Molekul gas bergerak secara acak, terus

bertabrakan dengan satu sama lain dan dinding wadah di mana mereka

terkandung. Terutama pada kepadatan rendah, gaya antarmolekul yang

sangat kecil, dan tabrakan adalah hanya modus interaksi antara molekul.

Molekul dalam fase gas berada pada tingkat energi yang jauh lebih tinggi

dari mereka dalam fase cair atau padat. Oleh karena itu, gas harus melepaskan

besar jumlah energi sebelum dapat mengembun atau membeku.

Gas dan uap sering digunakan sebagai kata-kata sinonim. Fase uap dari

Zat ini lazim disebut gas ketika berada di atas suhu kritis.

Uap biasanya berarti gas yang tidak jauh dari keadaan kondensasi.

Setiap sistem fluida praktis terdiri dari sejumlah besar molekul, dan

sifat dari sistem alami tergantung pada perilaku molekul-molekul.

Misalnya, tekanan gas dalam sebuah wadah adalah hasil dari

momentum transfer antara molekul dan dinding wadah.

Namun, kita tidak perlu mengetahui perilaku molekul gas

menentukan tekanan dalam wadah. Ini akan cukup untuk melampirkan

tekanan pengukuran untuk wadah (Gambar 1-6). Ini makroskopik atau klasik

Pendekatan tidak memerlukan pengetahuan tentang perilaku molekul individu

dan menyediakan cara yang langsung dan mudah untuk solusi teknik

masalah. Pendekatan mikroskopis atau statistik yang lebih rumit, berdasarkan

perilaku rata-rata kelompok besar molekul individu, agak

terlibat dan digunakan dalam teks ini hanya dalam peran pendukung.

Area Aplikasi dari Mekanika Fluida

Mekanika fluida secara luas digunakan baik dalam kegiatan sehari-hari dan dalam desain

sistem rekayasa modern dari pembersih vakum untuk pesawat supersonik.

Oleh karena itu, adalah penting untuk mengembangkan pemahaman yang baik tentang prinsip-prinsip dasar

mekanika fluida.

Untuk mulai dengan, mekanika fluida memainkan peran penting dalam tubuh manusia. Itu

jantung terus memompa darah ke seluruh bagian tubuh manusia melalui

arteri dan vena, dan paru-paru adalah situs aliran udara dalam bolak

arah. Tak perlu dikatakan, semua hati buatan, mesin pernapasan, dan

sistem dialisis dirancang menggunakan dinamika fluida.

Sebuah rumah biasa adalah, dalam beberapa hal, sebuah ruang pameran diisi dengan aplikasi

mekanika fluida. Sistem pipa untuk air dingin, gas alam,

dan limbah untuk rumah individu dan seluruh kota dirancang terutama

atas dasar mekanika fluida. Hal yang sama juga berlaku untuk pipa dan ducting

jaringan pemanasan dan sistem pendingin udara. Sebuah lemari es melibatkan

tabung melalui mana refrigeran mengalir, kompresor yang pressurizes

refrigeran, dan penukar panas dua di mana refrigeran menyerap dan menolak

panas. Mekanika fluida memainkan peran utama dalam desain semua komponen.

Bahkan pengoperasian kran biasa didasarkan pada mekanika fluida.

Kita juga dapat melihat berbagai aplikasi dari mekanika fluida dalam mobil.

Semua komponen yang berhubungan dengan transportasi bahan bakar dari

tangki bahan bakar ke silinder-saluran bahan bakar, pompa bahan bakar, injector bahan bakar, atau karburator-

serta pencampuran bahan bakar dan udara dalam silinder dan

pembersihan gas pembakaran dalam pipa knalpot dianalisis menggunakan cairan

mekanik. Mekanika fluida juga digunakan dalam desain pemanasan dan

sistem pendingin udara, rem hidrolik, power steering, otomatis

transmisi, dan sistem pelumasan, sistem pendingin mesin

memblokir termasuk radiator dan pompa air, dan bahkan ban. itu

Bentuk streamline ramping dari model mobil baru-baru ini adalah hasil dari upaya untuk meminimalkan

tarik dengan menggunakan analisis ekstensif mengalir di atas permukaan.

Pada skala yang lebih luas, mekanika fluida memainkan peranan utama dalam desain dan

analisis pesawat, kapal, kapal selam, roket, mesin jet, turbin angin,

biomedis perangkat, pendinginan komponen elektronik, dan transportasi

air minyak, minyak mentah, dan gas alam. Hal ini juga dipertimbangkan dalam

desain bangunan, jembatan, dan bahkan billboard untuk memastikan bahwa struktur

dapat menahan beban angin. Banyak fenomena alam seperti

hujan siklus, pola cuaca, munculnya air tanah ke puncak pohon,

angin, gelombang laut, dan arus dalam badan air yang besar juga diatur oleh

prinsip-prinsip mekanika fluida (Gbr. 1-7).