Materi tentang Fluida

Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase), yaitu fase padat, cair dan gas. Karena fase cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan sesuatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir, dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan diri dengan bentuk tempatnya. Salah satu ciri fluida adalah jarak molekulnya tidak tetap, ini disebabkan oleh lemahnya ikatan antara molekul penyusunnya. 

Mekanika fluida adalah cabang ilmu pengetahuan yang mengkaji tentang perilaku dari zat cair dan gas dalam keadaan diam ataupun bergerak. Pada mekanika fluida, dipelajari perilaku fluida dalam keadaan diam (statistika fluida), di mana tidak adanya tegangan geser yang bekerja pada partikel fluida tersebut, dan fluida dalam keadaan bergerak (dinamika fluida).

1.    FLUIDA STATIS

Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser. Dalam fluida statis kita mempelajari hukum-hukum dasar  antara lain mengenai tekanan hidrostatis, hukum Archimedes, tegangan permukaan dan kapilaritas.

Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak sederhana:

a.     Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak.

b.    Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai. Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.

Sifat- Sifat Fluida Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tegangan permukaan, kapilaritas, dan viskositas. 

2.    FLUIDA DINAMIS

Dinamika fluida adalah bagian dari mekanika fluida yang mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelsaian dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak properti dari fluida, seperti kecepatan, kepadatan, tekanan, dan suhu sebagai fungsi ruang dan waktu. Disiplin ini memiliki beberapa subdisiplin termasuk aerodinamika (penelitian gas) dan hidrodinamika (penelitian cairan). Dinamika fluida memliki aplikasi yang luas.

Contohnya, ia digunakan dalam menghitung gaya dan moment  pada pesawat, mass flow rate dari petroleum dalam jalur pipa, dan perkiraan pola cuaca, dan bahkan teknik lalu lintas , di mana lalu lintas diperlakukan sebagai fluid yang berkelanjutan. Dinamika fluida menawarkan struktur matematika yang membawahi disiplin praktis tersebut yang juga seringkali memerlukan hukum empirik dan semi-empirik, diturunkan dari pengukuran arus, untuk menyelesaikan masalah praktikal

3.    JENIS-JENIS FLUIDA

Fluida pada dasarnya terbagi atas dua kelompok besar berdasarkan sifatnya, yaitu fluida cairan dan fluida gas. Fluida diklasifikasikan atas 2, yaitu:

1.      Fluida Newton : Dalam fluida Newton terdapat hubungan linier antara besarnya tegangan geser diharapkan dan laju perubahan bentuk yang diakibatkan. Gas dan cairan encer cenderung bersifat fluida Newtonian.

2.      Fluida non Newton : Disini terdapat hubungan yang tak linier antara besarnya tegangan geser yang diterapkan dengan laju perubahan bentuk sudut. Hidrokarbon berantai panjang yang kental mungkin bersifat non- Newtonian.

Namun, dapat pula kita klasifikasikan berdasarkan hal berikut;

a.      Berdasarkan kemampuan menahan tekanan :

·         Fluida incompressible (tidak termampatkan), yaitu fluida yang tidak dapat dikompressi atau volumenya tidak dapat ditekan menjadi lebih kecil sehingga massa jenisnya konstan.

·         Fluida compressible (termampatkan), yaitu fluida yang dapat dikompressi atau volumenya dapat ditekan menjadi lebih kecil sehingga massa jenisnya tidak konstan.

b.      Berdasarkan struktur molekulnya :

·         Cairan : Fluida yang cenderung mempertahankan volumenya karena terdiri atas molekul-molekul tetap rapat dengan gaya kohesif yang relatif kuat dan fluida cairan praktis tak compressible.

·         Gas : Fluida yang volumenya tidak tertentu karena jarak antar molekul-molekul besar dan gaya kohesifnya kecil sehingga gas akan memuai bebas sampai tertahan oleh dinding yang mengukungnya. Pada fluida gas, gerakan momentum antara molekulnya sangat tinggi, sehingga sering terjadi tumbukan antar molekul.

c.       Berdasarkan tegangan geser yang dikenakan :

·         Fluida Newtonian adalah fluida yang memiliki hubungan linear antara besarnya tegangan geser yang diberikan dengan laju perubahan bentuk yang diakibatkan.

·         Fluida non Newtonian adalah fluida yang memiliki hubungan tidak linear antara besarnya tegangan geser dengan laju perubahan bentuk sudut.

d.      Berdasarkan sifat alirannya :

·         Fluida bersifat Turbulen, dimana alirannya mengalami pergolakan (berputar-putar).

·         Fluida bersifat Laminar (stream line), dimana alirannya memiliki lintasan lapisan batas yang panjang, sehingga dikatakan juga aliran berlapis-lapis.