Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
166
Dalam fluida dinamik dikenal istilah-istilah berikut.
1. Debit
Fluida dinamik selalu mengalir dengan kecepatan tertentu. Misalnya suatu fluida dinamik mengalir dalam pipa yang luas
penampangnya
A dengan kecepatan v. Volume fluida tiap satuan
waktu yang mengalir dalam pipa disebut debit
. Secara matematis dinyatakan dengan rumus berikut.
Q =
V t
. . . 7.12 Karena
V = A . s maka persamaan debit menjadi: Q =
. A s
t
dan v =
s t
maka Q = A . v
. . . 7.13 Penentuan debit suatu fluida, misalnya air terjun, biasa digunakan
dalam Pembangkit Listrik Tenaga Air. Dengan mengetahui debit air terjun, dapat diketahui besar energi kinetiknya. Energi kinetik tersebut
kemudian diubah menjadi energi listrik yang dialirkan ke rumah-rumah penduduk.
2. Persamaan Kontinuitas
Perhatikan gambar 7.17 di samping Fluida pada gambar 7.17 mengalir dalam pipa yang luas
penampang kedua ujungnya berbeda. Partikel fluida yang semula di
A
1
setelah Δt
berada di A
2
. Karena Δt kecil dan alirannya stasioner
maka banyaknya fluida yang mengalir di tiap tempat dalam waktu yang sama akan sama pula.
m
A 1
= m
A 2
ρ . A
1
. v
1
. Δt = ρ . A
2
. v
2
. Δt A
1
. v
1
= A
2
. v
2
Bagaimana dengan pipa yang memiliki penampang berbeda dan terletak pada
ketinggian yang berbeda? Perhatikan gambar 7.18 di samping
A
1
adalah penam- pang lintang tabung alir di
a. A
2
adalah pe- nampang lintang di
c. v
1
adalah kecepatan alir fluida di
a dan v
2
adalah kecepatan alir fluida di
c. Partikel-partikel yang semula di
a, dalam waktu
Δt sekon berpindah ke b. Demikian pula partikel yang semula di
c berpindah ke d. Apabila Δt
sangat kecil maka jarak a – b sangat kecil, sehingga luas penampang
di a dan b boleh dianggap sama, yaitu A
1
. Demikian pula jarak c – d
Debit
Gambar 7.17 Aliran fluida dalam pipa
A
1
V
1
V
2
A
2
a
v
1
A
1
h
1
b
v
2
A
2
c d
h
2
Gambar 7.18 Pipa alir
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
167
sangat kecil, sehingga luas penampang di c dan d dapat dianggap
sama, yaitu A
2
. Banyaknya fluida yang masuk ke tabung alir dalam waktu
Δt sekon adalah ρ . A
1
. v
1
. Δt dan dalam waktu yang sama sejumlah fluida meninggalkan tabung alir sebanyak
ρ . A
2
. v
2
. Δt. Jumlah
ini sama dengan jumlah fluida yang masuk ke tabung alir, sehingga: ρ . A
1
. v
1
. Δt = ρ . A
2
. v
2
. Δt
A
1
. v
1
= A
2
. v
2
. . . 7.14 Persamaan 7.14 dinamakan
persamaan kontinuitas .
A . v yang merupakan debit fluida sepanjang tabung alir selalu
konstan tetap sama nilainya, walaupun A dan v masing-masing
berbeda dari tempat yang satu ke tempat yang lain. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa:
Q = A
1
. v
1
= A
2
. v
2
= konstan Bila
A
1
. v
1
. Δt . ρ = m maka selama Δt massa sebanyak m
dianggap telah berpindah dari A
1
ke A
2
. Kecepatannya berubah dari
v
1
menjadi v
2
jika ketinggiannya berubah dari h
1
menjadi h
2
. Oleh karena itu elemen massa
m telah mengalami tambahan energi sebesar:
ΔE = ΔE
k
+ ΔE
p
ΔE = 1
2
m v
2 2
– v
1 2
+ mg h
2
– h
1
ΔE = 1
2
m v
2 2
– 1
2
m v
1 2
+ mgh
2
– mgh
1
. . . 7.15 Hal ini merupakan akibat dari adanya gaya dorong di
A
1
dari zat cair yang ada di sebelah kiri dengan arah ke kanan. Walaupun ada
juga gaya penghambat dari sebelah kanan A
2
. Kerja total dari gaya- gaya ini adalah:
W = F
1
s
1
– F
2
s
2
W = P
1
A
1
v
1
Δt – P
2
A
2
v
2
Δt W =
U
1
P
ρ A
1
v
1
Δt – U
2
P
ρ A
2
v
2
Δt W =
U
1
P
m – U
2
P
m W =
U
m
P
1
– P
2
. . . 7.16
Persamaan Kontinuitas
Kategori