Fluida statis dan fluida dinamis adalah aspek penting dalam suatu kehidupan, zat yang bisa mengalir berupa cair dan gas. Baik fluida statis maupun dinamis memiliki sifat yang bisa mengalir, berbeda dengan batu dan berbagai benda keras lain. Seluruh zat padat tak termasuk dalam fluida, hal ini disebabkan karena zat padat tidak bisa untuk mengalir.
Zat cair termasuk air, susu, minyak goreng dan lainnya dan seluruh zat cair termasuk ke dalam jenis fluida. Apalagi dengan sifat yang dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat lain, selain zat cair ada pula zat gas yang termasuk fluida. Gas memiliki kemampuan untuk bisa mengalir dari satu tempat ke tempat lainnya bahkan tanpa memerlukan perantara.
Project STEAM siswa Grade 4 Sampoerna Academy L’Avenue, Samiya mengusung bagaimana aliran turbulen dan aliran laminer yang merupakan salah satu dinamika fluida dengan dua jenis utama cara air mengalir. Samiya ingin menguji jenis aliran mana yang membuat air seolah-olah bisa membeku namun sebenarnya air masih bisa bergerak.
Fluida Dinamis
Fluida sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari, karena digunakan manusia sebagai konsumsi banyak kebutuhan. Termasuk minum, menghirup udara, mencuci pakaian dan banyak jenis lainnya karena memang fluida bisa dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis dan fluida dinamis. Fluida dinamis adalah fluida (cair dan gas) yang alirannya bergerak secara ideal dan konsisten cepat.
Fluida dinamis adalah fluida cair dan gas yang alirannya bergerak secara ideal atau memiliki kecepatan konstan. Alirannya tidak mengalami perubahan terhadap waktu, alirannya juga tidak mengalami turbulen. Memahami fluida dinamis tak hanya lewat pengertian saja, tetapi juga sifat-sifat yang ada di dalamnya.
Sifat Fluida Dinamis
Alirannya tunak artinya kecepatan aliran di suatu titik adalah konstan terhadap waktu, jika kecepatan v pada suatu titik adalah konstan maka fluida bisa dikatakan tunak. Contoh dari aliran tunak adalah arus air yang bisa melaju dengan tenang.
Aliran yang tidak termampatkan, fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume atau massa jenis ketika ditekan, jika yang mengalir tidak mengalami perubahan maka fluida tak termampatkan.
Aliran tidak kental, fluida tidak akan mengalami gesekan antara lapisan satu dengan lapisan fluida yang lain. Cairan fluida tidak mengalami gesekan dengan dinding saluran sebagai akibat dari gejala viskositas.
Aluran memiliki garis arus dan tidak bergolak, artinya setiap partikel fluida akan melalui titik lintasan yang sama dan menuju ke arah yang sama meskipun tidak ada fluida yang benar-benar tapi fluida yang paling mendekati dengan sifat fluida ideal adalah air.
Baca juga: Penjelasan Si Cerdik Samuel dalam Project Pembuatan Hovercraft
Jenis Aliran Fluida
Aliran lurus atau laminer berupa aliran fluida mulus, lapisan yang ada bersebelahan meluncur saru sama lain dengan lancar dan mulus. Pada aliran tersebut partikel fluida bergerak mengikuti lintasan yang mulus, kemudian lintasan ini juga tidak saling bersilangan antara satu dengan yang lain. Aliran laminer bisa ditemukan pada air yang dialirkan lewat pipa atau slang.
Aliran turbulen berupa aliran yang disertai dengan lingkaran-lingkaran tak menentu, kemudian menyerupai pusaran. Aliran turbulen kerap kali ditemukan di selokan maupun sungai yang biasanya memunculkan adanya pusaran tak menentu.
Ciri-ciri Umum Fluida Dinamis
- Ciri pertama fluida dinamis adalah dianggap tak kompatibel.
- Meski terdapat gerakan materi atau tidak memiliki kekentalan, fluida dianggap bergerak tanpa adanya gesekan.
- Aliran fluida merupakan stasioner, berupa kecepatan dan arah gerak partikel fluida yang dilalui suatu titik tertentu selalu bersifat tetap.
- Fluida tidak bergantung pada waktu atau tunak, yang artinya kecepatan konstan pada titik tertentu dan membentuk.
- Ciri selanjutnya adalah laminer atau biasa disebut dengan berlapis.
Besaran-besaran dalam Fluida Dinamis
Debit (Q) merupakan volume fluida tiap satuan waktu, dengan V sebagai volume fluida (m3) dan t adalah selang waktu (s). Selain itu juga ada A yang merupakan luas penampang (m2) dan V sebagai laju aliran fluida (m/s). Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran, di mana rumus fluida dinamis adalah Q = V/t.
Hukum-hukum Fluida Dinamis
Hukum Kontinuitas
Diambil dari contoh menyiram bunga, menggunakan air yang mengalir dari selang dengan ujung ditekan maka aliran yang keluar akan lebih cepat. Hal ini terjadi karena adanya fenomena hukum kontinuitas pada fluida yang mengalir, hukum ini menyatakan bahwa debit air yang mengalir pada tiap titik sepanjang aliran selang adalah konstan atau sama.
Hukum Bernoulli
Hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang terjadi pada aliran fluida, menyatakan bahwa jumlah tekanan (p) energi kinetik per satuan volume. Selain itu energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang lebih sama pada setiap titik sepanjang garis arus. Hukum ini bisa diaplikasikan pada beberapa jenis aliran fluida, jika memenuhi syarat berikut.
- Fluida incompressible
- Fluida tidak memiliki viskositas.
- Aliran fluida tetap.
- Aliran fluida berjenis laminar atau tetap dan tidak membuat pusaran.
- Tidak memiliki energi yang hilang karena gesekan antara fluida dan dinding serta turbulen.
- Tidak ada transfer energi kalor.
Teorema Toricelli (Laju Efflux)
Laju air yang menyembur dari lubang yang sama dengan air yang jatuh bebas dari ketinggian, dinamakan dengan laju efflux sementara fenomena yang terjadi disebut dengan teorema Torricelli. Apabila diterapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 atau permukaan wadah dan titik 2 permukaan lubang, karena diameter kran atau lubang pada dasar berukuran jauh lebih kecil.
Sehingga kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (V1=0), permukaan wadah dan permukaan lubang terbuka dan membuat tekanan berjumlah sama dengan tekanan atmosfir. Hingga saat ini penerapan hukum Bernoulli dapat diketahui dalam kegiatan sehari-hari, bahkan dilakukan tanpa disadari.
Penerapan Hukum Bernoulli
Parfum
Saat parfum disemprotkan, cairan yang berada di bagian bawah akan bergerak dengan kelajuan rendah dan mengakibatkan tekanan di carian bagian bawah semakin tinggi. Kondisi ini bisa mendorong cairan untuk bergerak ke atas melewati selang parfum yang ukurannya kecil, saat ada di atas selang udara di bagian penghisap akan keluar bersama cairan.
Pipa Venturimeter
Pipa venturimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan aliran zat cair, didesain dengan bentuk pipa dengan penyempitan diameter. Berdasar ada atau tidaknya alat pengukur tekanan, bisa dibedakan menjadi dua yakni venturimeter tanpa manometer dan venturimeter dengan manometer.
Tabung Pitot
Tabung pitot adalah alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan gas yang berada di dalam pipa, secara matematis laju aliran gas dalam pipa dirumuskan dengan v=2 gp’h/p. V dalam hal ini adalah laju aliran gas (m/s).
Pengertian Laminar Air Flow
Laminar air flow adalah alat laboratorium yang dipakai untuk mengalirkan udara bersih secara terus-menerus. Alat ini diperuntukkan untuk wilayah kerja agar terbebas dari debu, kotoran, spora dan partikel lain yang tidak diinginkan. Kecepatan, tekanan dan sifat aliran lain di setiap titik dalam fluida tetap konstan sebagai apa yang dimaksud dengan fluida laminar flow.
Aliran laminar di atas permukaan horizontal bisa terdiri dari lapisan-lapisan tipis atau lamina dan semuanya bisa sejajar satu sama lain. Namun semua lapisan lainnya meluncur di atas satu sama lain seperti setumpuk kartu baru. Aliran laminar dalam pipa lurus adalah gerakan relatif dari satu set silinder konsentris fluida.
Pada umumnya terjadi hanya dalam kasus di mana saluran aliran relatif kecil, gerak fluida lambat dan viskositasnya relatif tinggi. Aliran minyak lewat tabung tipis, seperti aliran darah lewat kapiler bersifat laminar. Sebagian besar jenis aliran fluida lain turbulen kecuali di dekat batas padat yang alirannya sering kali laminar khususnya di lapisan tipis.
Jenis Laminar Air Flow
- Laminar Air Flow Vertical
Laminar jenis ini mampu menghembuskan udara dari atas ke bawah, lalu keluar lewat bagian bawah ruang kerja.
- Laminar Air Flow Horizontal
Laminar jenis ini menghembuskan udara dari depan ke belakang, yang kemungkinan besar menjadi lebih luas penyebaran udara di ruang kerja.
Prosedur Penggunaan Laminar Air Flow
- Mengetahui dan memahami standar operasional atau petunjuk keselamatan penggunaan laminar air flow.
- Nyalakan lampu UV selama 2 jam, kemudian matikan sebelum mulai bekerja dan pastikan kaca penutup terkunci dan berada di posisi terendah.
- Nyalakan blower dan lampu neon, biarkan selama 5 menit setelah itu cuci tangan dengan sabun germisidal atau beralkohol 70 persen.
- Basahi permukaan interior LAF/BSC dengan alkohol atau desinfektan yang cocok untuk kemudian dibiarkan menguap.
- Masukkan bahan dan alat yang akan dikerjakan, jangan sampai terlalu penuh agar efektif dalam bekerja dengan area yang steril.
- Setelah selesai bekerja, biarkan 2-3 menit agar kontaminan keluar dari BSC lalu matikan lampu neon dan blower.
Keseruan Project Samiya dalam Membuat Laminar Flow
Project Samiya, siswa Grade 4 Sampoerna Academy L’Avenue mengenai laminar flow, berdasarkan dari dinamika fluida yang memiliki dua jenis cara air mengalir. Selain aliran turbulen, adapula aliran laminar. Samiya dalam project ini akan menguji jenis aliran mana yang membuat air seolah-olah membeku, namun sebenarnya air tersebut masih bergerak.
Dalam percobaan ini Samiya menggunakan beberapa bahan, di antaranya air, balon, lakban dan jarum. Proses diawali dengan mengisi air pada balon, untuk kemudian dilakban dengan menyisakan area kosong di tengah lakban. Setelahnya jarum dipakai untuk menusuk bagian balon di tengah lakban yang ada, hasilnya air akan mengalir tanpa membuat balon pecah.
Tekanan udara dari dalam balon membuat air tertekan untuk keluar, lubang dari jarum membuat adanya jalan keluar dari air yang mengalir sesuai dengan tekanan yang ada. Percobaan Samiya ini merupakan bagian dari Project Based Learning (PBL) Sampoerna Academy, sistem pembelajaran yang mengajak siswa ikut langsung dalam proses pemecahan masalah.
PBL Sampoerna Academy adalah bagian dari keahlian STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts and Math). Digunakan dalam mempersiapkan karier para alumni di masa depan akan keperluan tenaga kerja nasional dan global, tertarik bergabung Sampoerna Academy? segala informasi lebih lanjut bisa diakses lewat tautan di akhir artikel termasuk form pendaftaran.
Untuk informasi lebih lanjut terkait pendaftaran, kurikulum, kunjungan, dan informasi seputar Sampoerna Academy silakan mengisi data di bawah ini.
[formidable id=7]
Referensi
