1. Pengertian
Mekanika Fluida adalah cabang fisika yang mempelajari perilaku fluida (cairan dan gas) dalam keadaan diam (hidrostatik) maupun bergerak (hidrodinamik).
2. Sifat-Sifat Fluida
Beberapa sifat penting fluida meliputi:
- Kepadatan (ρ): Massa per satuan volume fluida (ρ=mV\rho = \frac{m}{V}ρ=Vm, satuan SI: kg/m3\text{kg/m}^3kg/m3).
- Viskositas (μ): Ukuran resistansi fluida terhadap deformasi (μ\muμ, satuan SI: Pa\cdotps\text{Pa·s}Pa\cdotps).
- Tekanan (P): Gaya per satuan luas (P=FAP = \frac{F}{A}P=AF, satuan SI: Pascal, Pa\text{Pa}Pa).
- Kecepatan aliran (v): Kecepatan partikel fluida dalam suatu titik (m/s\text{m/s}m/s).
- Tegangan permukaan: Gaya yang bekerja di permukaan fluida.
3. Hukum Dasar
Mekanika fluida didasarkan pada beberapa hukum fisika:
- Hukum Pascal: Tekanan yang diberikan pada fluida dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama.P=FAP = \frac{F}{A}P=AF
- Hukum Archimedes: Gaya apung pada benda yang terendam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan.Fb=ρgVF_b = \rho g VFb=ρgV
- Hukum Bernoulli: Dalam aliran fluida ideal, jumlah energi total (tekanan, kinetik, dan potensial) tetap konstan sepanjang lintasan aliran.P+12ρv2+ρgh=konstanP + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = \text{konstan}P+21ρv2+ρgh=konstan
- Hukum Kontinuitas: Dalam aliran fluida yang inkompresibel, debit (laju aliran volumetrik) tetap konstan.A1v1=A2v2A_1 v_1 = A_2 v_2A1v1=A2v2
4. Jenis Aliran
- Aliran Laminar: Partikel fluida bergerak dalam lintasan yang sejajar dan teratur.
- Aliran Turbulen: Aliran yang kacau, dengan vorteks dan fluktuasi kecepatan.
- Aliran Stasioner: Kecepatan fluida tidak berubah terhadap waktu di titik tertentu.
- Aliran Tak-Stasioner: Kecepatan fluida berubah terhadap waktu.
5. Persamaan-Persamaan Penting
- Persamaan Navier-Stokes:
Persamaan dasar yang menggambarkan gerak fluida dengan viskositas.ρ(∂v∂t+v⋅∇v)=−∇P+μ∇2v+f\rho \left( \frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v} \right) = -\nabla P + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}ρ(∂t∂v+v⋅∇v)=−∇P+μ∇2v+f - Persamaan Euler:
Versi sederhana dari Navier-Stokes untuk fluida ideal tanpa viskositas.ρ(∂v∂t+v⋅∇v)=−∇P+f\rho \left( \frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v} \right) = -\nabla P + \mathbf{f}ρ(∂t∂v+v⋅∇v)=−∇P+f
