Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
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.
Hubungan dengan mekanika kontinum
Mekanika fluida
biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang
diilustrasikan pada tabel berikut.
Mekanika kontinum:
studi fisika dari material kontinu
|
Mekanika solid:
studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu.
|
||
Plastisitas:
menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah
diberi tegangan dengan besar tertentu.
|
Reologi: studi material yang memiliki
karakteristik solid dan fluida.
|
||
Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya
mengikuti bentuk wadahnya.
|
|||
Dalam pandangan
secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu menahan
tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk
mengikuti bentuk wadahnya.
Asumsi Dasar
Seperti halnya
model matematika pada umumnya, mekanika fluida membuat beberapa asumsi dasar
berkaitan dengan studi yang dilakukan. Asumsi-asumsi ini kemudian diterjemahkan
ke dalam persamaan-persamaan matematis yang harus dipenuhi bila asumsi-asumsi
yang telah dibuat berlaku.
Mekanika fluida
mengasumsikan bahwa semua fluida mengikuti:
- Hukum kekekalan massa
- Hukum kekekalan momentum
- Hipotesis kontinum, yang dijelaskan di bagian selanjutnya.
Kadang, akan
lebih bermanfaat (dan realistis) bila diasumsikan suatu fluida bersifat inkompresibel. Maksudnya
adalah densitas dari fluida tidak berubah ketika diberi tekanan. Cairan
kadang-kadang dapat dimodelkan sebagai fluida inkompresibel sementara semua gas
tidak bisa.
Selain itu,
kadang-kadang viskositas dari suatu fluida dapat diasumsikan bernilai nol
(fluida tidak viskos). Terkadang gas juga dapat diasumsikan bersifat tidak
viskos. Jika suatu fluida bersifat viskos dan alirannya ditampung dalam suatu
cara (seperti dalam pipa), maka aliran
pada batas sistemnya mempunyai kecepatan nol. Untuk fluida yang viskos, jika
batas sistemnya tidak berpori, maka gaya geser antara fluida dengan batas
sistem akan memberikan resultan kecepatan nol pada batas fluida.
Hipotesis kontinum
Fluida disusun
oleh molekul-molekul yang
bertabrakan satu sama lain. Namun demikian, asumsi kontinum menganggap fluida
bersifat kontinu. Dengan kata
lain, properti seperti densitas, tekanan, temperatur, dan kecepatan dianggap
terdefinisi pada titik-titik yang sangat kecil yang mendefinisikan REV
(‘’Reference Element of Volume’’) pada orde geometris jarak antara
molekul-molekul yang berlawanan di fluida. Properti tiap titik diasumsikan
berbeda dan dirata-ratakan dalam REV. Dengan cara ini, kenyataan bahwa fluida
terdiri dari molekul diskrit diabaikan.
Hipotesis
kontinum pada dasarnya hanyalah pendekatan. Sebagai akibatnya, asumsi hipotesis
kontinum dapat memberikan hasil dengan tingkat akurasi yang tidak diinginkan.
Namun demikian, bila kondisi benar, hipotesis kontinum menghasilkan hasil yang
sangat akurat.
Masalah akurasi
ini biasa dipecahkan menggunakan mekanika statistik. Untuk menentukan perlu menggunakan
dinamika fluida konvensial atau mekanika statistik, angka Knudsen permasalahan harus dievaluasi. Angka
Knudsen didefinisikan sebagai rasio dari rata-rata panjang jalur bebas
molekular terhadap suatu skala panjang fisik representatif tertentu. Skala
panjang ini dapat berupa radius suatu benda dalam suatu fluida. Secara sederhana,
angka Knudsen adalah berapa kali panjang diameter suatu partikel akan bergerak
sebelum menabrak partikel lain.
Persamaan Navier-Stokes
Persamaan
Navier-Stokes (dinamakan
dari Claude-Louis Navier dan George Gabriel Stokes) adalah
serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan
dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa perubahan dalam momentum (percepatan)
partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal (mirip
dengan gaya friksi) dan gaya viskos tekanan eksternal yang
bekerja pada fluida. Oleh karena itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan
kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada fluida.
Persamaan
Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan pergerakan dari suatu
fluida. Persaman seperti ini menggambarkan hubungan laju perubahan suatu
variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk
suatu fluida ideal dengan viskositas bernilai nol akan menghasilkan hubungan
yang proposional antara percepatan (laju perubahan kecepatan) dan derivatif
tekanan internal.
Untuk
mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan
Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus. Secara
praktis, hanya kasus-kasus aliran sederhana yang dapat dipecahkan dengan cara
ini. Kasus-kasus ini biasanya melibatkan aliran non-turbulen dan tunak (aliran yang
tidak berubah terhadap waktu) yang memiliki nilai bilangan Reynold kecil.
Untuk
kasus-kasus yang kompleks, seperti sistem udara global seperti El Niño atau daya
angkat udara pada sayap, penyelesaian persamaan Navier-Stokes hingga saat ini
hanya mampu diperoleh dengan bantuan komputer. Kasus-kasus mekanika fluida yang
membutuhkan penyelesaian berbantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu
tersendiri yaitu mekanika fluida komputasional
Bentuk umum persamaan
Bentuk umum
persamaan Navier-Stokes untuk kekekalan momentum adalah :
di mana
- ρ adalah densitas fluida,
- adalah vektor kecepatan,
- f adalah vektor gaya benda, dan
- adalah tensor yang menyatakan gaya-gaya permukaan yang bekerja pada partikel fluida.
adalah tensor yang simetris kecuali
bila fluida tersusun dari derajat kebebasan yang berputar seperti vorteks.
Secara umum, (dalam tiga dimensi) memiliki bentuk persamaan:
di mana
- σ adalah tegangan normal, dan
- τ adalah tegangan tangensial (tegangan geser).
Persamaan di
atas sebenarnya merupakan sekumpulan tiga persamaan, satu persamaan untuk tiap
dimensi. Dengan persamaan ini saja, masih belum memadai untuk menghasilkan
hasil penyelesaian masalah. Persamaan yang dapat diselesaikan diperoleh dengan
menambahkan persamaan kekekalan massa dan batas-batas kondisi ke dalam
persamaan di atas.
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.
Blog Archive
-
▼
2011
-
▼
October
- Kekuatan/Gaya
- Berat badan Dari Wikipedia, ensiklopedia be...
- Microviscosity
- Bilangan Reynolds
- Kelekatan
- Metode Joback
- Prinsip Bernoulli
- Gaya hambat
- Persamaan Darcy-Weisbach
- Laminer dan Turbulen
- Bilangan Reynolds
- Aliran Laminer dan Turbulen
- Mekanika Fluida
- Mekanika statistika
- Massa jenis
- Tekanan Geser
- Fluida non-Newtonian
- Fluida Newtonian
- Fluida
- Drag (fisika)
- Hukum Stoke
- Mekanika fluida
- http://id.wikipedia.org/wiki/ Benzyl chloride ...
- http://en.wikipedia.org/wiki/Butane Butana Bu...
- Maaf temen2 aku Cuma dapat segini… contoh indus...
- Benzene
- 845024 Benzil Kloridauntuk sintesis farma, non-GM...
- I. Nama Molekul :...
-
▼
October
Post a Comment