HIDRODINAMIKA: HUKUM, APLIKASI, DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FISIK - 2025

The hidrodinamika merupakan bagian dari hidrolik yang berfokus pada studi tentang pergerakan cairan dan interaksi cairan bergerak batas-batasnya. Adapun etimologinya, asal kata tersebut dalam istilah latin hidrodinamika.

Nama hidrodinamika diambil dari nama Daniel Bernoulli. Dia adalah salah satu ahli matematika pertama yang melakukan studi hidrodinamik, yang dia terbitkan pada tahun 1738 dalam karyanya Hydrodynamica. Cairan yang bergerak ditemukan di dalam tubuh manusia, seperti dalam darah yang bersirkulasi melalui pembuluh darah vena, atau udara yang mengalir melalui paru-paru.

Cairan juga ditemukan dalam banyak aplikasi baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam bidang teknik; misalnya, pada pipa pasokan air, pipa gas, dll.

Untuk semua ini, pentingnya cabang fisika ini tampaknya terbukti; tidak sia-sia aplikasinya ditemukan di bidang kesehatan, teknik dan konstruksi.

Di sisi lain, penting untuk menjelaskan bahwa hidrodinamika sebagai bagian ilmu dari serangkaian pendekatan ketika berhadapan dengan studi tentang fluida.

Pendekatan

Saat mempelajari fluida yang sedang bergerak, perlu dilakukan serangkaian pendekatan yang memfasilitasi analisisnya.

Dengan cara ini, dianggap bahwa fluida tidak dapat dipahami dan, oleh karena itu, kepadatannya tetap tidak berubah di bawah perubahan tekanan. Selanjutnya, kehilangan energi fluida viskositas diasumsikan dapat diabaikan.

Akhirnya, diasumsikan bahwa aliran fluida terjadi dalam kondisi mapan; Artinya, kecepatan semua partikel yang melewati titik yang sama selalu sama.

Hukum hidrodinamika

Hukum matematika utama yang mengatur pergerakan fluida, serta besaran yang paling penting untuk dipertimbangkan, dirangkum dalam bagian berikut:

Persamaan kontinuitas

Sebenarnya persamaan kontinuitas adalah persamaan kekekalan massa. Itu bisa diringkas seperti ini:

Diberikan pipa dan diberi dua bagian S ₁ dan S ₂ , kami memiliki cairan yang bersirkulasi masing-masing dengan kecepatan V ₁ dan V ₂ .

Apabila bagian yang menghubungkan kedua bagian tersebut tidak menghasilkan masukan atau konsumsi, maka dapat dinyatakan bahwa jumlah zat cair yang melewati bagian pertama dalam suatu satuan waktu (disebut aliran massa) adalah sama dengan yang melewati bagian tersebut. bagian kedua.

Ekspresi matematis dari hukum ini adalah sebagai berikut:

v ₁ ∙ S ₁ = v ₂ ∙ S ₂

Prinsip Bernoulli

Prinsip ini menetapkan bahwa fluida ideal (tanpa gesekan atau viskositas) yang bersirkulasi melalui saluran tertutup akan selalu memiliki energi yang konstan di jalurnya.

Persamaan Bernoulli yang tidak lain adalah ekspresi matematis dari teoremanya, dinyatakan sebagai berikut:

v ² ∙ ƿ / 2 + P + ƿ ∙ g ∙ z = konstan

Dalam ungkapan ini v melambangkan kecepatan fluida melalui bagian yang dianggap, ƿ adalah massa jenis fluida, P adalah tekanan fluida, g adalah nilai percepatan gravitasi dan z adalah ketinggian yang diukur searah gravitasi.

Hukum Torricelli

Teorema Torricelli, hukum Torricelli atau prinsip Torricelli terdiri dari adaptasi prinsip Bernoulli pada kasus tertentu.

Secara khusus, ini mempelajari cara perilaku cairan yang tertutup dalam wadah saat bergerak melalui lubang kecil, di bawah gaya gravitasi.

Prinsipnya dapat dinyatakan sebagai berikut: kecepatan perpindahan zat cair dalam bejana yang memiliki lubang adalah kecepatan benda yang jatuh bebas dalam ruang hampa, dari ketinggian zat cair ke titik di mana yang merupakan pusat gravitasi lubang.

Secara matematis, dalam versi yang paling sederhana diringkas sebagai berikut:

V _r = √2gh

Dalam persamaan ini V _r adalah kecepatan rata-rata zat cair ketika keluar dari lubang, g adalah percepatan gravitasi dan h adalah jarak dari pusat lubang ke bidang permukaan zat cair.

Aplikasi

Aplikasi hidrodinamik ditemukan baik dalam kehidupan sehari-hari dan di berbagai bidang seperti teknik, konstruksi dan kedokteran.

Dengan cara ini, hidrodinamika diterapkan dalam desain bendungan; Misalnya untuk mempelajari relief yang sama atau untuk mengetahui ketebalan dinding yang diperlukan.

Demikian pula, digunakan dalam pembangunan kanal dan saluran air, atau dalam desain sistem pasokan air rumah.

Ini memiliki aplikasi dalam penerbangan, dalam studi tentang kondisi yang mendukung lepas landas pesawat dan dalam desain lambung kapal.

Latihan diselesaikan

Sebuah pipa yang dilalui cairan dengan massa jenis 1,30 ∙ 10 ³ Kg / m ³ bersirkulasi secara horizontal dengan ketinggian awal z ₀ = 0 m. Untuk mengatasi hambatan, pipa dinaikkan ke ketinggian z ₁ = 1,00 m. Penampang pipa tetap konstan.

Mengetahui tekanan di level bawah (P ₀ = 1,50 atm), tentukan tekanan di level atas.

Anda bisa menyelesaikan masalah dengan menerapkan prinsip Bernoulli, jadi Anda harus:

v ₁ ² ∙ ƿ / 2 + P ₁ + ƿ ∙ g ∙ z ₁ = v ₀ ² ∙ ƿ / 2 + P ₀ + ƿ ∙ g ∙ z ₀

Karena kecepatan konstan, kecepatannya berkurang menjadi:

P ₁ + ƿ ∙ g ∙ z ₁ = P ₀ + ƿ ∙ g ∙ z ₀

Dengan mengganti dan membersihkan, Anda mendapatkan:

P ₁ = P ₀ + ƿ ∙ g ∙ z ₀ - ƿ ∙ g ∙ z ₁

P ₁ = 1,50 ∙ 1,01 ∙ 10 ⁵ + 1,30 ∙ 10 ³ ∙ 9,8 ∙ 0- 1,30 ∙ 10 ³ ∙ 9,8 ∙ 1 = 138.760 Pa

Referensi

1. Hidrodinamika. (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 19 Mei 2018, dari es.wikipedia.org.
2. Teorema Torricelli. (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 19 Mei 2018, dari es.wikipedia.org.
3. Batchelor, GK (1967). Pengantar Dinamika Fluida. Cambridge University Press.
4. Domba, H. (1993). Hydrodynamics (edisi ke-6th). Cambridge University Press.
5. Mott, Robert (1996). Applied Fluid Mechanics (edisi ke-4th). Meksiko: Pendidikan Pearson.