Fluida Bergerak

Fluida bergerak contohnya adalah asap yang bergerak. Tampak garis aliran laminer yang stasioner pada penngujian tingkat aerodinamis desain mobil. Materi fisika yang berkaitan dengan fluida bergerak, antara lain, persamaan kontinuitas, hukum Bernoulli yang membahas tekanan pada fluida yang bergerak, dan penerapan hukum Bernoulli.

Contoh Fluida Bergerak

Persamaan Kontinuitas Pada Fluida Bergerak

Pada saat kita akan menyemprotkan air dengan menggunakan selang, kita akan melihat fenomena fisika yang aneh tapi nyata. Ketika lubang selang dipencet, maka air yang keluar akan menempuh lintasan yang cukup jauh. Sebaliknya ketika selang dikembalikan seperti semula maka jarak pancaran air akan berkurang. Fenomena fisika tersebut dapat dijelaskan dengan mempelajari bahasan tentang persamaan kontinuitas berikut.

Persamaan kontinuitas menghubungkan kecepatan fluida di suatu tempat dengan tempat lain. Sebelum menurunkan hubungan ini, kita harus memahami beberapa istilah dalam aliran fluida. Garis alir (stream line) didefinisikan sebagai lintasan aliran fluida ideal (aliran lunak). Garis singgung di suatu titik pada garis alir menyatakan arah kecepatan fluida. Garis alir tidak ada yang berpotongan satu sama lain. Tabung air merupakan kumpulan dari garis-garis alir. Pada tabung alir, fluida masuk dan keluar melalui mulut-mulut tabung. Fluida tidak boleh masuk dari sisi tabung karena dapat menyebabkan terjadinya perpotongan garis-garis alir. Perpotongan ini akan menyebabkan aliran tidak lunak lagi.

Debit fluida yang masuk sama dengan yang keluar

Misal terdapat suatu tabung alir seperti tampak pada gambar diatas. Air masuk dari ujung kiri dengan ke cepatan v₁ dan keluar di ujung kanan dengan kecepatan v₂. Jika kecepatan fluida konstan, maka dalam interval waktu Δt fluida telah menempuh jarak Δs₁ = v₁ x Δt. Jika luas penampang tabung kiri A₁ maka massa pada daerah yang diarsir adalah :

Δm₁  =  ρ₁ A₁ ΔS₁  =  ρ₁ A₂ v₁ Δt

Demikian juga untuk fluida yang terletak di ujung kanan tabung, massanya pada daerah yang diarsir adalah :

Δm₂ =  ρ₂ A₂ ΔS₁  =  ρ₂ A₂ v₂ Δt

Karena alirannya lunak (steady) dan massa konstan, maka massa yang masuk penampang A₁ harus sama dengan massa yang masuk penampang A₂. Oleh karena itu persamannya menjadi:

Persamaan di atas dikenal dengan nama persamaan kontinuitas. Karena fluida inkonpresibel (massa jenisnya tidak berubah), maka persamaan menjadi:

A_{1 v1}  =  A₂ v₂

Menurut persamaan kontinuitas, perkalian luas penampang dan kecepatan fluida pada setiap titik sepanjang suatu tabung alir adalah konstan. Persamaan di atas menunjukkan bahwa kecepatan fluida berkurang ketika melewati pipa lebar dan bertambah ketika melewati pipa sempit. Itulah sebabnya ketika orang berperahu disebuah sungai akan merasakan arus bertambah deras ketika sungai menyempit.

Perkalian antara luas penampang dan volume fluida (A × v) dinamakan laju aliran atau fluks volume (dimensinya volume/waktu). Banyak orang menyebut ini dengan debit (Q = jumlah fluida yang mengalir lewat suatu penampang tiap detik). Secara matematis dapat ditulis :

Q = A × v = V/t

dengan V menyatakan volume fluida bergerak yang mengalir dalam waktu t.