Dinamika Fluida

Bab VII Dinamika Fluida

Sumber : openwalls.com

Pada KD 3.7 dan 4.7 kedalaman materi ditekankan pada dinamika luida. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan tentang dinamika luida yang dititikberatkan pada luida ideal. Kajian tentang analisis vektor gerak dua dimensi dapat ditinjau dari asas kontinuitas dan asas Bernoulli. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli, misalkan tangki berlubang, venturimeter, penyemprot nyamuk, dan gaya angkat sayap pesawat terbang. Alangkah baiknya jika dalam membahas dinamika luida ini menggunakan pendekatan sainstiik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah zat padat, cair, dan gas yang telah diberikan di SMP/MTs dan luida statis yang telah diberikan di SMA/MA kelas X semester II.

Petunjuk Khusus

A Kompetensi dan Indikator Pembelajaran

Kompetensi Dasar

Indikator Pembelajaran

3.7 Menerapkan prinsip

3.7.1 Menjelaskan garis alir pada luida mengalir.

luida dinamik dalam 3.7.2 Menerapkan persamaan asas kontinuitas dan menggunakannya teknologi.

dalam pemecahan masalah teknologi sehari-hari.

3.7.3 Menerapkan persamaan asas Bernoulli dan menerapkannya dalam memecahkan masalah Fisika dalam teknologi sehari-hari. 4.7 Memodiikasi ide/

4.7.1 Merancang suatu percobaan/praktikum untuk menyelidiki gagasan proyek

penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli.

sederhana yang 4.7.2 Melakukan suatu percobaan/praktikum untuk menyelidiki menerapkan prinsip

penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli.

dinamika luida.

B Tujuan Pembelajaran

1. Setelah melakukan kajian literatur tentang garis alir, peserta didik dapat menjelaskan garis alir pada luida mengalir.

2. Setelah mengamati animasi asas kontinuitas, peserta didik dapat menerapkan persamaan kontinuitas dan menggunakannya dalam pemecahan masalah.

3. Setelah mengamati animasi atau gambar asas Bernoulli, peserta didik dapat menerapkan asas Bernoulli dan menggunakannya dalam memecahkan masalah isika sehari-hari.

4. Setelah melakukan kegiatan praktikum penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli, peserta didik dapat mengetahui berbagai penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli dalam teknologi kehidupan sehari-hari.

5. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat merancang suatu percobaan/ praktikum untuk menyelidiki penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli.

6. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat melakukan suatu percobaan/ praktikum untuk menyelidiki penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli.

C Konsep Prasyarat

Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM).

Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta didik antara lain sebagai berikut.

Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

1. Jelaskan macam-macam zat padat, cair, dan gas!

2. Apa perbedaan luida statis dan luida dinamis?

3. Bagaimana bunyi dan persamaan tekanan hidrostatis?

4. Apa yang dimaksud dengan diagram alir?

5. Bagaimana bunyi dan persamaan asas kontinuitas?

6. Bagaimana bunyi dan persamaan asas Bernoulli?

7. Sebutkan penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli dalam teknologi sehari-hari!

Pada awal pembelajaran, sebaiknya guru memotivasi peserta didik terlebih dahulu dengan cara mengajukan beberapa pertanyaan mengenai luida dinamis. Setelah itu, ingatkan kepada peserta didik mengenai luida statis yang telah dibahas pada pembahasan sebelumnya. Kemudian jelaskan kepada peserta didik tentang jenis-jenis aliran luida seperti yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 197.

D Garis Alir

Agar proses pembelajaran dapat berpusat pada peserta didik, mintalah peserta didik untuk melakukan kajian literatur dari berbagai sumber tentang luida ideal. Mintalah peserta didik untuk mengomunikasikan hasil kegiatannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan kajian literatur untuk mendeinisikan luida ideal, yaitu luida yang tidak termampatkan, tidak kental, alirannya tidak bergolak (bukan aliran

turbulen), dan alirannya tunak.

Ketika akan mempelajari materi tentang garis alir, minta peserta didik untuk mengamati dan menganalisis Gambar 7.2 tentang dua jenis garis alir seperti yang ada pada buku siswa kelas

XI, halaman 197. Kemudian, minta peserta didik untuk mendiskusikan kedua jenis garis alir tersebut bersama dengan teman sebangkunya. Apabila diskusi telah selesai, tunjuklah beberapa perwakilan peserta didik untuk mempresentasikan hasil diskusinya di depan kelas, mulai dari pengertian garis alir, jenis-jenis garis alir, dan perbedaan kedua jenis garis alir tersebut.

Garis alir adalah lintasan yang ditempuh oleh suatu partikel dalam luida yang mengalir. Garis alir terdapat dua jenis, yaitu:

1. aliran laminar adalah aliran luida yang mengikuti suatu garis lurus atau melengkung yang

jelas ujung dan pangkalnya serta tidak ada garis arus yang bersilangan.

2. aliran turbulen adalah aliran luida yang ditandai dengan adanya aliran berputar dan arah

gerak partikelnya berbeda, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan luida. Pada setiap titik dalam luida yang mempunyai aliran tunak, maka akan terdapat beberapa buah

garis arus yang akan membentuk sebuah tabung, yang disebut tabung aliran.

Petunjuk Khusus

E Asas Kontinuitas

Sebelum masuk ke dalam pembahasan asas kontinuitas, ajaklah peserta didik untuk melakukan diskusi dan simulasi sederhana. Caranya adalah Bapak/Ibu guru dapat memperlihatkan gambar seseorang yang sedang mencuci sepeda motor atau mobil menggunakan selang. Kemudian guru dapat mengajukan pertanyaan, misalnya “Bagaimana cara yang harus dilakukan untuk mempercepat pancaran dari selang?” Mintalah peserta didik untuk mendiskusikan pertanyaan tersebut. Setelah itu pilihlah perwakilan peserta didik untuk mengomunikasikan hasil diskusinya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk mendiskusikan salah satu fenomena sehari-hari yang berkaitan dengan asas kontinuitas.

Apabila suatu luida mengalir dalam sebuah pipa dengan luas penampang A dan kecepatan aliran luidanya v, maka banyaknya luida (volume) yang mengalir melalui penampang tersebut tiap satuan waktu dinamakan dengan debit. Bentuk persamaannya adalah sebagai berikut

atau Q = A v

Jika suatu luida mengalir dengan aliran untuk melewati pipa yang mempunyai luas penampang yang berbeda, maka volume luida yang melewati setiap penampang itu sama besar dalam selang waktu yang sama.

Agar peserta didik lebih mudah memahami materi ini, tampilkan animasi yang dapat menjelaskan asas kontinuitas. Contoh animasi dapat dilihat di:

http://resources.wwps.org/wwhs/tcarlsen/documents/cp%20physics/visual%20 concepts/090303%20Bernoulli’s%20Principle.swf

Berdasarkan animasi tersebut, untuk aliran luida yang tunak berlaku persamaan kontinuitas, yaitu:

dengan:

ρ 1 = massa jenis luida pada penampang 1 (kg/m 3 )

A 1 = luas penampang 1 (m 2 )

v 1 = kecepatan luida pada penampang 1 (m/s)

ρ 2 = massa jenis luida pada penampang 2 (kg/m 3 )

A 2 2 = luas penampang 2 (m )

V 2 = kecepatan luida pada penampang 2 (m/s)

Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

Untuk luida yang tak termampatkan, massa jenis luida selama mengalir adalah konstan

( ρ 1 =ρ 2 ), sehingga:

A 1 v 1 =A 2 v 2

Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami cara menerapkan asas kontinuitas dalam pemecahan masalah, guru dapat memberikan Masalah 7.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 200. Setelah itu guru dapat meminta peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 7.1.

Ketika akan mempelajari materi asas Bernoulli, pertama-tama minta peserta didik untuk mengamati Gambar 7.8 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 201 atau guru dapat menampilkan animasi yang menggambarkan asas Bernoulli di depan kelas. Kemudian peserta didik menganalisis gambar atau animasi tersebut berdasarkan pengamatannya. Contoh animasi tentang asas Bernoulli dapat dilihat di: http://www.science-animations.com/support-

iles/bernoulli07.swf

F Asas Bernoulli

Setelah peserta didik memahami dan mengerti mengenai pengertian asas Bernoulli, Bapak/Ibu guru dapat menunjuk beberapa orang peserta didik untuk menyebutkan bunyi asas Bernoulli berdasarkan hasil pengamatan mereka.

Jawaban yang diharapkan: Asas Bernoulli menyatakan bahwa: “Pada pipa horizontal, tekanan yang paling kecil adalah

pada bagian yang kelajuannya paling besar dan tekanan yang paling besar adalah pada bagian yang kelajuannya paling kecil.”

Setelah selesai, Bapak/Ibu guru dapat melanjutkan pembahasan materi selanjutnya, yaitu persamaan Bernoulli.

Ingatkan kembali peserta didik tentang hukum kekekalan energi. Kemudian arahkan peserta didik untuk menentukan persamaan asas Bernoulli berdasarkan hukum kekekalan energi dan persamaan kontinuitas

Persamaan asas Bernoulli menyatakan bahwa: “Jumlah tekanan, energi kinetik tiap satuan volume dan energi potensial per satuan volume selalu bernilai sama pada setiap titik sepanjang garis lurus.”

1 +  gh 1 1 +  v 1 = p

2 +  gh 2 +  2 v 2 2

p 2 +  gh + 1  v = konstan

Petunjuk Khusus

dengan:

p = tekanan (N/m 2 )

ρ = massa jenis luida (kg/m 3 )

g = percepatan gravitasi (m/s 2 )

h = ketinggian luida dari titik acuan (m) v = kecepatan luida (m/s) Untuk kasus luida tak mengalir, persamaan asas Bernoulli menjadi:

Untuk kasus luida yang mengalir pada pipa horizontal (h 1 = h 2 ), persamaan Bernoulli menjadi:

1 +  gh + 1  v 1 = p 2 +  gh + 1  2 v 2 2

1 − p 2 =  ( v 2 2 −v) 1

G Penerapan Asas Kontinuitas dan Asas Bernoulli

Sebelum masuk ke dalam pembahasan selanjutnya, mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 7.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika, halaman 204. Hal tersebut bertujuan agar peserta didik merasa tertarik pada pembahasan materi ini, selain itu seluruh peserta didik akan berperan aktif dalam kegiatan pembelajaran. Kemudian mintalah peserta didik untuk membuat laporan sederhana dari kegiatan ini dan presentasikanlah hasilnya di depan kelas. Bimbinglah peserta didik untuk menyimpulkan hasil kegiatan yang telah dilakukannya.