4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11

7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11

1/12

FISIKA DASAR 1MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA

I Gde Budi Indrawan, Ph.D.

Email: [email protected]

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAPendahuluan

Sifat solid - liquid - gas

Gas: compressible (change in volume when compressed).

Solid & liquid: incompressible (no change in volume when

compressed).

2Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada


2/12

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAKerapatan

Kerapatan Rasio massa terhadap volume = m/V

Kerapatan air berubah dengan temperatur.

air pada 4 C 103kg/m3


IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAKerapatan

Berat Jenis vs. Kerapatan Berat

Berat Jenis

= rasio kerapatan zat terhadap kerapatan air = specific

gravity

Kerapatan Berat

= rasio berat benda terhadap volume = g = w/V = mg/V



3/12

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangan

dan Regangan

Benda padat dikenakan gayaakan mengalami deformasi

(elastic & plastic)

Tegangan = F/A

Regangan = L/L0

Sifat mekanika benda padat

Youngs modulus E = /

Poisson ratio = W/ L


PLASTIC /DUCTILE BEHAVIOR

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangandan Regangan

Contoh deformasi pada batuan


Christopher Rawluk (http://ww w.geologyforinvestors.com/)

www.eeescience.utoledo.edu


4/12


dan Regangan

Tegangan pada benda padat


IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanandalam Fluida

Like the solid, fluid can sustain a force normal to its

surface.

However, unlike the solid, fluid cannot sustain the forces

parallel to its surface.



5/12

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanan

dalam Fluida

Tekanan dalam Fluida Analog dengan tegangan normal pada

benda padat

Definisi: P = F/A ; Satuan: N/m2atau

Pascal (Pa)

Sifat mekanika fluida

Bulk modulus B = - P/(V/Vo)

Tanda (-) untuk membuat B (+) karena

pengurangan volume benda ketikadiberi tekanan.



Kompresibilitas k = 1/B = - (V/Vo)/P

Nilai B & k tergantung pada pada tekanan &

temperatur.

kzat cair dan zat padat < kgas

Bzat cair dan zat padat > kgas

Dalam kondisi hidrostatis, tekanan air bertambah

dengan bertambahnya kedalaman.

Tekanan air di dasar kolom P:

P = P0+ gh

dimana P0= tekanan air di permukaan.



6/12

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanan

dalam Fluida

Ph> P0 P adalah sama pada setiap titik pada

kedalaman yang sama.

PrinsipPascal: tekanan yang diberikan pada

suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa

berkurang ke tiap titik dalam fluida dan dinding

bejana.

Aplikasi: dongkrak hidrolik F1/A1= F2/A2





7/12

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAGaya Apung

dan Prinsip Archimedes

Benda yang ditimbang dalam air akanmemiliki berat yang lebih kecil dari benda

yang ditimbang di udara.

Air memberikan gaya ke atas yang

sebagian mengimbangi gaya berat.

Gaya apung B:

Gaya yang dikerahkan fluida pada benda

yang tenggelam di dalamnya.

B = F2F1dimana F1& F2= gaya fluida

menekan benda ke bawah dan ke atas.

B karena Pdi bawah > Pdi atas13Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAGaya Apungdan Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes:

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya

atau sebagian dalam fluida diangkat oleh

sebuah gaya yang sama dengan berat fluida

yang dipindahkan.



8/12



Berat benda ws= sgVs Berat fluida yang dipindahkan wf= fgVf = B

dimana f= kerapatan fluida; V = volume fluida

yang dipindahkan.

Benda tenggelam dalam fluida

Jika B < ws

fgVf sgVs

Karena volume fluida yang dipindahkan Vf=

volume benda Vs:

f >s


B

ws


9/12




IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATeganganPermukaan dan Kapilaritas

Keberadaan air dalam tanah di dekat permukaan disebabkan

oleh kapilaritas.

Kapilaritas terjadi akibat tegangan permukaan yang berasal

dari perbedaan gaya tarik menarik antar molekul pada bidang

batas material (ex: air, udara, dan pipa gelas).

Gaya kohesi: gaya tarik-menarik antar molekul cairan.

Gaya adhesi: gaya tarik-manarik antara molekul cairandengan molekul bahan lain (ex: dinding pipa gelas).



10/12


Permukaan dan Kapilaritas

Jika gaya adhesi > gaya kohesi, cairan akanmembasahi permukaan bahan lain (ex:

gelas) dan permukaan cairan konkaf ke

atas.

Jika gaya adhesi < gaya kohesi, cairan tidak

membasahi permukaan bahan lain (ex:

gelas) dan permukaan cairan konveks.



Bila permukaan cairan konkaf ke atas,

tegangan permukaan F pada dinding pipa

memiliki komponen ke atas yang

menyebabkan cairan naik dalam pipa hingga

gaya ke atas diibangi berat cairan.

Gaya ke atas = F cos c

Seluruh panjang permukaan kontak, gaya ke

atas = 2r F cos c

Volume cairan dalam pipa = r2h

Berat cairan dalam pipa = (r2h)g



11/12


Permukaan dan Kapilaritas

Pada kondisi kesetimbangan Fvertical = 02r F cos c = (r

2h)g atau

h = 2F cos c / rg

dimana F = 0,073 N/m untuk air pada 20 C;

c = 0 atau cos c = 1 untuk air.




(Holtz and Kovacs, 1981)


12/12

IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAFluida

Bergerak dan Persamaan Bernoulli

Aliran fluida mengalir secara laminardalam pipa dengan luas penampang

berubah mengikuti persamaan kontinuitas:

A1v1t = A2v2t

A1v1= A2v2

dimana Av = Iv= laju aliran volume


IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAFluidaBergerak dan Persamaan Bernoulli

Jumlah tekanan, energi potensial, dan energi kinetik padasuatu titik dalam aliran tertutup sama dengan pada titik lain.

P1+ gy1+ v12= P2+ gy2+ v2

2

Persamaan Bernoulli: P + gy + v2= konstan


Documents

4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11