FLUIDA STATIK DAN DINAMIS fluida (1)

FLUIDA STATIK DAN DINAMIS
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 kita bagi menjadi dua bagian yakni:
1. Fluida statis
2. Fluida Dinamis
1. FLUIDA STATIS
Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam
keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa
dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga
tidak memiliki gaya geser.
Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana.
Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya
apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak.
Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam
pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.
Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu
tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas
ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg.
Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir

(dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke
bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.

Sifat- Sifat Fluida
Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan
diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tegangan permukaan,
kapilaritas, dan viskositas.
1. Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi
lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu
yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk

perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu
masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan
sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen
disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah pengukuran massa
setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula
massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi
dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi)
akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa

jenis lebih rendah (misalnya air).
Satuan
SI
massa
jenis
adalah
kilogram
per
meter
kubik
(kg·m-3)
Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda.
Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.
dengan: m = massa (kg atau g),
V = volume (m3 atau cm3), dan
ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).
Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel berikut.
Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
Bahan

Massa Jenis (g/cm3)
Air
1,00
Aluminium 2,7
Baja
7,8
Benzena
0,9
Besi
7,8
Emas
19,3
Es
0,92
Etil Alkohol 0,81
2. Tegangan permukaan

Nama Bahan
Gliserin
Kuningan

Perak
Platina
Raksa
Tembaga
Timah Hitam
Udara

Massa Jenis (g/cm3)
1,26
8,6
10,5
21,4
13,6
8,9
11,3
0,0012

Mari kita amati sebatang jarum atau sebuah silet yang kita buat terapung di permukaan air
sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan. Tegangan permukaan disebabkan oleh
interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah

molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul

lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang
menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di
bagian bawah permukaan cairan.
Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum atau silet,
molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas,
sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum atau silet tetap di permukaan air tanpa
tenggelam.
Gaya ke atas untuk menopang jarum atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian
koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini adalah
permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.
Jadi dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan adalah kecenderungan
permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan
elastis.
3. Kapilaritas
Tegangan permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada fenomena menarik, yaitu
kapilaritas. Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah, yang dapat
naik melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim hujan dapat basah juga
terjadi karena adanya gejala kapilaritas.

Untuk membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil (pipa
kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Kita dapat
menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain hasilnya jika kita mencelupkan
pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa. Permukaan air raksa dalam tabung akan turun
atau lebih rendah daripada permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah yang disebut dengan
gejala kapilaritas.
Pada kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala kapilaritas
adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang berbentuk
cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca yang berbentuk

cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa yang berbentuk cembung
disebut meniskus cembung.
Penyebab dari gejala kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik
antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain
tidak

dapat

menempel

karena

molekulnya

saling

tolak

menolak.

sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini
menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena
molekulnya saling tarik menarik atau merekat.
Pada gejala kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air
dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya, pada gejala
kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil daripada kohesi antar partikel air
raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan dinding kaca akan lebih besar
daripada sudut kontak air dengan dinding kaca.
Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan

permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Berikut ini beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari:
a. Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan.
b. Kain dan kertas isap dapat menghisap cairan.
c. Air dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh kayu.
Selain keuntungan, kapilaritas dapat menimbulkan beberapa masalah berikut ini :
Air hujan merembes dari dinding luar, sehingga dinding dalam juga basah.
Air dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata menuju ke atas sehingga
dinding rumah lembab.
4. Viskositas

Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan
maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah
"Ketebalan" atau "pergesekan internal". Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki viskositas
lebih rendah, sedangkan madu yang "tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi.
Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari

fluida tersebut. Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin
dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida.
Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut

kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal.
5. Tekanan Hidrostatis

Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada
suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis,
persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.
p= F/ A
dengan: F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas permukaan
bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan
mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar.
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan hidrostatis
disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam
fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Jika besarnya
tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat
dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).
p= F/A
Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan gravitasi Bumi,

ditulis
p= massa x gravitasi bumi / A
Oleh karena m = ρ V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai
p = ρVg / A
Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan
tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida
setinggi h dapat dituliskan menjadi
p= ρ(Ah) g / A = ρ h g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut.
Ph = ρ g

h
ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).
Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya,
semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan
semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang
dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin
tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan
berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar
seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah
jika kedalaman bertambah.
Contoh menghitung tekanan hidrostatis
Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar
tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:
a. air,
b. raksa, dan
c. gliserin.
Gunakan data massa jenis pada Tabel
Jawab
Diketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/s2.
Ditanya : a. Ph air
b. Ph raksa
c. Ph gliserin
jawab :
a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:
Ph = ρ gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.000 N/m2
b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa:
Ph = ρ gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2
c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin:
Ph = ρ gh = (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur
tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.
a. Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini
berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari
gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekanan atmosfir
(p0).
b. Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan

Matematika dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara. Barometer umum
digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca
bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah menandakan kemungkinan badai. Ia
mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of Measurement, The
Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang
tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.
ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung atau
(13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2
Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2
c. Pengukur Tekanan Ban
Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder
panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan
udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang
diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala.
Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar
(atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
MEKANIKA FLUIDA
Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida (yang
dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan fluida
dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis
mempelajari fluida yang bergerak.
Fluida Newtonian vs. non-Newtonian
Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang
tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak
lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir
terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida
Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk. Sebaliknya, bila
fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan
berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding.
Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang
menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida nonNewtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu.
Persamaan pada fluida Newtonian
Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal
dengan istilah viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida Newtonian adalah:
di mana
τ adalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida
μ adalah viskositas fluida-sebuah konstanta proporsionalitas
adalah gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran
Viskositas pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada temperatur dan tekanan
dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat
inkompresibel dan viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida, persamaan yang
menggambarkan tegangan geser (dalam koordinat kartesian) adalah
di mana
τij adalah tegangan geser pada bidang ith dengan arah jth
vi adalah kecepatan pada arah ith
xj adalah koordinat berarah jth
Jika suatu fluida tidak memenuhi hubungan ini, fluida ini disebut fluida non-Newtonian.

ALIRAN FLUIDA
Aliran fluida dapat diaktegorikan:
1. Aliran laminar
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – lamina dengan satu
lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam
kecendrungan terjadinya gerakan relative antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi
hukum viskositas Newton
2. Aliran turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami
percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum
dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran
turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh
fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.
3. Aliran transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.
KONSEP DASAR
Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu Dilihat
dari kecepatan aliran, menurut (Mr. Reynolds) diasumsikan/dikategorikanlaminar bila aliran
tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari 2300, Untuk aliran transisi berada pada pada
bilangan Re 2300 dan 4000 biasa juga disebut sebagai bilangan.
Viskositas
Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan
bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan
momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya
kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan
mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang
menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.
Rapat jenis (density )
Density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan
dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nilai
density dapat dipengaruhi oleh temperatur semakin tinggi temperatur maka kerapatan suatu
fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul – molekul fluida
semakin berkurang.
Koefisien Gesek
Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena distribusi kecepatan pada aliran laminar
dan aliran turbulen berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk masing – masing jenis
aliran. Reynolds kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih dari 4000.
TEKANAN DALAM FLUIDA
Misalkan kita sedang berendam di dalam air, apa yang kita rasakan? Seolah-olah air menekan
seluruh tubuh kita yang bersentuhan dengan air. Tekanan ini semakin besar apabila kita masuk
lebih dalam ke dalam air. Fenomena apa yang ada dibalik peristiwa ini. Pernyataan ini
mengandung pengertian bahwa fluida memberikan tekanan terhadap benda yang berada di
dalamnya. Pengertian ini diperluas menjadi tekanan pada fluida tergantung pada ketebalannya
atau lebih tepatnya kedalamannya. Udara/atmosfer terdiri dari gas-gas yang juga merupakan

bentuk dari fluida. Maka udara juga akan memiliki tekanan seperti definisi di atas. Tekanan
udara kita anggap sama untuk ketinggian tertentu di atas bumi namun untuk ketinggian yang
sangat tinggi di atas permukaan bumi besarnya menjadi berbeda.
FLUIDA ELEKTRO-REOLOGI
Mungkin, yang pertama kali melakukan percobaan pembuatan dan penerapan cairan fluida yang
merespon kondisi luarnya adalah Pak Winslow pada tahun 1940. Kenapa saya awali dengan
“mungkin”? Sebab ide atau niatan membuat fluida pintar ini sudah ada sejak 150 tahun yang
lalu. Lalu Pak Winslow lah yang berhasil melakukan percobaan pembuatannya. Kebanyakan
fluida elektro-reologi merupakan dispersi dari partikel dielectric yang tersuspensi pada nonconducting liquid (cairan yang bersifat bukan konduksi, alias tidak mampu hantar listrik).
Mudahnya, anda punya partikel (bulet kecil-kecil) dari bahan dielectrik kemudian dicampur
dengan cairan tak mampu hantar listrik, misal silicone-oils, hingga sifat campuran seperti
suspensi. Itulah fluida elektro-reologi.
Yield stress, tegangan geser, yaitu gaya luar yang diperlukan untuk menggeser fluida tersebut,
dari keadaan diam kemudian mengalir. Fluida elektro-reologi mula-mula mempunyai nilai yield
stress relatif kecil, ya iyalah…cairan gitu loh… Namun ketika medan listrik dari luar
diaplikasikan, nilai yield stress-nya menjadi meningkat dengan drastis, alias susah untuk
mengalir. Mekanisme yang sering digunakan untuk menjelaskan fenomena ini adalah ketika
medan listrik luar (ordenya sekitar kV/mm) diaplikasikan kepada fluida elektro-reologi,
menimbulkan efek dipole (pe-dua-kutub-an) dari dielektrik partikel yang tersuspensi dalam
cairan tsb. Berubahnya sifat dialektrik partikel hingga mempunyai kutub ini menyebabkan
partikel kecil-kecil saling mendekat satu sama lainnya, sesusai sifat kutub masing-masing.
Sehingga terciptalah rantai/susunan partikel searah dengan medan listrik. Lihat animasi diawal
artikel. Bentuk daripada susunan rapi jajaran partikel yang berbentuk seperti rantai inilah yang
menyebabkan nilai yield stress menjadi naik secara dramatis. Definisi pendahuluan tentang
fluida pintar jenis ini dicukupkan sampai disini, ntar disambung lagi yang lebih dalam jika
memungkinkan.
Kini, aplikasi dari fluida elektro-reologi telah mempunyai pangsa pasar tersendiri, diantaranya:
- controllable valve and shakers
- controllable machinery and engine mount
- controllable clutch and brakes
- controllable dampers
Mungkin ada sebagian peralatan ini pernah anda lihat, sekilas lihat, bahkan anda pakai dan
operasikan terutama di perusahaan-perusahaan besar. Namun yang tampak nyata di depan anda
hanyalah kemudah-aturan dan kecanggihan peralatan tersebut. Siapa sangka dibalik produkproduk tersebut tersimpan keruwetan dan keunikan aspek science dan teknologi yang membikin
dahi berkerut, kening melebar, dan otak berputar sekian banyak peneliti dan sekian lama waktu
yang diperlukan.
FLUIDA BERMAGNET
Pada tahun 1960-an, Pak Rosensweig menjadi pelopor penelitian pembuatan dan aplikasi dari
fluida bermagnet. Kemudian setelah beberapa saat setelah penelitiannya berkembang, beliau
mendirikan perusahaan yang dikenal dengan Perusahaan Ferrofluidics. Fluida bermagnet terdiri
atas partikel bermagnet (superparamagnetic particle) berukuran sangan kecil (skala nano, < 10
nm) yang terdispersi dalam cairan pembawa. Tahukan seberapa kecil ukuran nano-meter itu? Iya
benar, sepersejuta meter. Suangaat kecil bukan. Campuran dispersi antara partikel magnet dan
cairan pembawa cenderung bersifat stabil (tidak terjadi sedimentasi/pengendapan), disebabkan
pergerakan Brownian (Brownian motion) yang terjadi ketika kita mencampur partikel sangat
kecil kedalam suatu cairan. Mudahnya, ketika anda mengaduk gula dalam segelas air, gulanya
tidak akan mengendap dibawah jika adukannya merata. Artinya gula berubah jadi partikel
sangat kecil sekali lalu tersuspensi kedalam air, dan cenderung stabil. Para peneliti juga berhasil
menaikkan performa stabilitas fluida bermagnet dengan menambahkan surfactant, suatu zat

yang mencegah menempelnya partikel magnet satu sama lainnya, sehingga penggumpalan bisa
dihindari. Sehingga stabilitas fluida bermagnet dapat dipertahankan lebih lama lagi.
Fluida bermagnet akan berubah sifat dan karakternya ketika dikenakan medan magnet.
Viskositas adalah salah satu parameter yang bisa diatur pada fluida bermagnet. Karena waktu
respon yang diperlukan sangat pendek (dalam orde mili-second), maka kemampuan mudahaturnya cepat mendapat perhatian pangsa pasar. High-pressure seal dan media pendingin
loudspeaker adalah salah dua produk yang digemari pasar saat ini.
FLUIDA MAGNET-REOLOGI
Tibalah saatnya kita mengenal fluida pintar jenis ketiga yaitu fluida magnet-reologi. Secara
umum komposisinya sama dengan fluida bermagnet, yaitu: partikel magnet + cairan pembawa +
surfactant. Cuma bedanya adalah ukuran partikel magnet dalam orde mikro-meter (seperseribu
meter) dan peran surfactant yang sangat besar untuk mencegah proses pengendapan. Pergerakan
Brownian tidak terjadi pada fluida jenis ini, karena ukuran partikel relatif besar. Hal yang
menakjubkan dari sifat fluida magnet-reologi ini adalah kemampuannya berubah fase menjadi
semi-padat bahkan cukup padat hingga dapat dikategorikan fase padat (solid phase).
2. FLUIDA DINAMIS
Pengertian Fluida Dinamis
Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. 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.
Besaran-besaran dalam fluida dinamis
Debit aliran (Q)
Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:

Dimana :
Q =

debit aliran (m3/s)

A =

luas penampang (m2)

V =

laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

Dimana :
Q =

debit aliran (m3/s)

V =

volume (m3)

t

selang waktu (s)

=

Persamaan Kontinuitas
Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik.
Atau jika ditinjau 2 tempat, maka:
Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :

Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang
dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per
satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap
titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :

Dimana :
p = tekanan air (Pa)
v

= kecepatan air (m/s)

g = percepatan gravitasi

h

= ketinggian air

Penerapan dalam teknologi
Pesawat Terbang
Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena
memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena
laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada
tekanan pesawat di bawah.

Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di bawah di
kali dengan luas efektif pesawat.

Keterangan:
ρ = massa jenis udara (kg/m3)
va= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)
vb= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)
F = Gaya angkat pesawat (N)
Penyemprot Parfum dan Obat Nyamuk

Prinsip kerja yang dilakukan dengan menghasilkan laju yang lebih besar pada ujung atas selang
botol sehingga membuat tekanan di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Akibatnya
cairan dalam wadah tersebut terdesak ke atas selang dan lama kelamaan akan menyembur
keluar.