FLUIDA STATIK DAN DINAMIS FLUIDA Fluida
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) Nama Bahan Massa Jenis (g/cm3) Air 1,00 Gliserin
1,26 Aluminium 2,7 Kuningan 8,6 Baja 7,8 Perak 10,5 Benzena 0,9 Platina 21,4 Besi 7,8
Raksa 13,6 Emas 19,3 Tembaga 8,9 Es 0,92 Timah Hitam 11,3 Etil Alkohol 0,81 Udara
0,0012 2. Tegangan permukaan 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. 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 non-Newtonian 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 produk-produk 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 nanometer 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 mudah-aturnya 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 putaranputaran). 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.
Copy and WIN : http://bit.ly/copynwin
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) Nama Bahan Massa Jenis (g/cm3) Air 1,00 Gliserin
1,26 Aluminium 2,7 Kuningan 8,6 Baja 7,8 Perak 10,5 Benzena 0,9 Platina 21,4 Besi 7,8
Raksa 13,6 Emas 19,3 Tembaga 8,9 Es 0,92 Timah Hitam 11,3 Etil Alkohol 0,81 Udara
0,0012 2. Tegangan permukaan 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. 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 non-Newtonian 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 produk-produk 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 nanometer 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 mudah-aturnya 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 putaranputaran). 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.
Copy and WIN : http://bit.ly/copynwin