Michael Stefanus

Biodata Diri

Nama : Michael Stefanus

NPM  : 2106704105

Mekanika Fluida

Mekanika fluida adalah cabang fisika yang mempelajari mekanika fluida dan gaya-gaya yang bekerja padanya. Ini memiliki aplikasi dalam berbagai disiplin ilmu, termasuk teknik mekanik, kedirgantaraan, sipil, kimia dan biomedis, geofisika, oseanografi, meteorologi, astrofisika, dan biologi.

Ini dapat dibagi menjadi statika fluida, studi tentang fluida saat istirahat; dan dinamika fluida, studi tentang efek gaya pada gerakan fluida. Ini adalah cabang dari mekanika kontinum, subjek yang memodelkan materi tanpa menggunakan informasi bahwa materi terbuat dari atom; yaitu, ia memodelkan materi dari sudut pandang makroskopis, bukan dari mikroskopis. Mekanika fluida, khususnya dinamika fluida, adalah bidang penelitian yang aktif, biasanya kompleks secara matematis. Banyak masalah sebagian atau seluruhnya tidak terpecahkan dan paling baik ditangani dengan metode numerik, biasanya menggunakan komputer. Sebuah disiplin modern, yang disebut dinamika fluida komputasi (CFD), dikhususkan untuk pendekatan ini. Velosimetri gambar partikel, metode eksperimental untuk memvisualisasikan dan menganalisis aliran fluida, juga memanfaatkan sifat aliran fluida yang sangat visual.

Kinematika Fluida

Kinematika fluida adalah cabang ilmu mekanika fluida yang mempelajari gerak dan deformasi fluida tanpa memperhatikan penyebab gerakan tersebut, seperti gaya atau tekanan. Kinematika fluida mencakup studi tentang perubahan kecepatan, percepatan, dan perpindahan partikel fluida dalam aliran fluida. Hal ini membantu memahami aliran fluida dan perilaku fluida yang terkait, seperti aliran turbulen, aliran laminar, dan aliran seragam.

Tugas chatGPT

Can you speak bahasa indonesia

Yes, I can understand and speak Bahasa Indonesia to some extent. Although my proficiency in the language depends on the complexity of the conversation and the context of the discussion. I can assist with basic to intermediate level conversations or questions in Bahasa Indonesia.

Apa itu manometer

Manometer adalah sebuah alat pengukur tekanan fluida yang umum digunakan dalam aplikasi industri dan laboratorium. Manometer mengukur perbedaan antara tekanan fluida yang diukur dan tekanan referensi. Tekanan fluida diukur dengan cara membandingkan ketinggian fluida dalam tabung manometer dengan ketinggian fluida dalam tabung referensi. Ada beberapa jenis manometer yang tersedia, seperti manometer raksa, manometer air, manometer zat padat, dan manometer gas. Manometer sangat penting dalam industri untuk memantau dan mengukur tekanan dalam sistem pipa dan tabung, dan juga dalam aplikasi lain seperti dalam alat-alat medis dan instrumentasi laboratorium.

Jelaskan lebih tentang aplikasi manometer

Manometer memiliki berbagai aplikasi dalam industri dan laboratorium, tergantung pada jenis dan akurasi manometer yang digunakan. Beberapa contoh aplikasi manometer antara lain:

1. Pengukuran tekanan udara di dalam ban kendaraan, terutama pada ban kendaraan besar seperti truk dan bus. Hal ini penting untuk memastikan ban berada pada tekanan yang tepat untuk meminimalkan keausan ban dan meningkatkan efisiensi bahan bakar.

2. Pengukuran tekanan gas dalam tabung gas. Hal ini penting untuk memantau tekanan gas agar tidak melebihi batas aman dan untuk menghindari kecelakaan atau ledakan.

3. Pengukuran tekanan air dalam pipa dan sistem air. Hal ini dapat membantu memastikan tekanan air yang tepat dan membantu dalam mendeteksi kebocoran dalam sistem.

4. Pengukuran tekanan fluida dalam sistem hidrolik dan pneumatik. Hal ini penting untuk memastikan sistem beroperasi dengan benar dan mencegah kerusakan pada peralatan.

Secara umum, manometer sangat penting dalam memantau dan mengukur tekanan dalam berbagai aplikasi industri dan laboratorium untuk memastikan sistem beroperasi dengan benar dan aman.

Tugas 1 Manometer

Jawablah pertanyaan ini berdasarkan informasi dari video

1. Jelaskan mekanisme kerja manometer analog

2. Jelaskan mekanisme kerja manometer tipe U (fluida air)

3. Tuliskan hasil pengukuran P1, P2, dan P2 (ketika menggunakan manometer tipe U)

4. Faktor apa yang mempengaruhi tinggi rendahnya tekanan

5. Tuliskan satuan yang ada pada manometer tersebut dan konversi ke dalam satuan SI

6. Buatlah skala tekanan pada manometer tersebut

Jawaban :

1. Manometer analog atau manometer mekanik bekerja berdasarkan perubahan ketinggian fluida yang dihasilkan oleh tekanan fluida. Manometer analog terdiri dari dua bagian utama: tabung manometer dan skala pengukuran.

Tabung manometer terdiri dari sebuah tabung transparan yang terisi dengan fluida, seperti air, raksa, atau minyak silikon. Di bagian bawah tabung terdapat pipa penghubung yang terhubung dengan sumber tekanan fluida yang akan diukur.

Ketika tekanan fluida diterapkan pada pipa penghubung, tekanan tersebut akan membuat fluida di dalam tabung manometer naik atau turun. Perbedaan ketinggian fluida di dalam tabung manometer diukur dengan skala pengukuran yang biasanya terdapat pada sisi luar tabung.

2. Mekanisme kerja manometer tipe U didasarkan pada perbedaan tekanan antara dua sisi tabung U. Ketika fluida mengalir melalui pipa penghubung ke kedua sisi tabung U, maka tekanan fluida di kedua sisi tabung U akan menjadi berbeda, dan mengakibatkan fluida di dalam tabung U akan naik atau turun.

Ketika tekanan fluida di sisi kiri tabung U lebih besar daripada tekanan di sisi kanan, maka fluida di dalam tabung U akan naik di sisi kiri dan turun di sisi kanan. Sebaliknya, jika tekanan fluida di sisi kanan lebih besar daripada tekanan di sisi kiri, maka fluida akan naik di sisi kanan dan turun di sisi kiri. Perbedaan ketinggian fluida dalam tabung U diukur dengan skala pengukuran yang terdapat pada sisi luar tabung u.

3. Untuk P1 = 10 milibar (turun menjadi 8,5 milibar) dan P2 = 1,5 milibar (turun menjadi 1,2 milibar)

4.Tinggi atau rendahnya tekanan pada manometer tipe U untuk fluida air dipengaruhi oleh beberapa faktor, di antaranya:

a. Ketinggian fluida: Tekanan pada manometer tipe U dipengaruhi oleh ketinggian kolom fluida di masing-masing lengan manometer. Semakin tinggi ketinggian kolom fluida, semakin besar tekanan yang dihasilkan.

b. Berat jenis fluida: Berat jenis atau densitas fluida juga mempengaruhi tekanan pada manometer tipe U. Semakin besar berat jenis fluida, semakin besar tekanan yang dihasilkan.

c. Gravitasi: Tekanan pada manometer juga dipengaruhi oleh gravitasi atau percepatan gravitasi yang mempengaruhi kolom fluida. Semakin besar percepatan gravitasi, semakin besar tekanan yang dihasilkan.

d. Bentuk dan ukuran pipa: Faktor lain yang mempengaruhi tekanan pada manometer tipe U adalah bentuk dan ukuran pipa. Semakin besar diameter pipa, semakin kecil hambatan aliran fluida dan semakin kecil tekanan yang dihasilkan pada manometer. Sebaliknya, semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan aliran fluida dan semakin besar tekanan yang dihasilkan pada manometer.

5. Satuan tekanan udara pada manometer = milibar Satuan SI tekanan udara = pascal

P1 (awal) = 10 milibar = 1000 pascal P1 (akhir) = 8,5 milibar = 850 pascal P2 (awal) = 1,5 milibar = 150 pascal P2 (akhir) = 1,2 milibar = 120 pascal

6.Perhitungan skala didasarkan pada perbandingan antara tekanan udara setelah dan sebelum katup 2 dibuka :

P1 = 10 mbar menjadi 1,5 mbar Skala = 1,5 : 10 = 3 : 20 P2 = 1,5 mbar menjadi 1,2 mbar Skala = 1,2 : 1,5 = 4 : 5

Perhitungan skala didasarkan pada perbandingan antara tekanan udara sebelum dan setelah katup 2 dibuka :

P1 = 10 mbar menjadi 1,5 mbar Skala = 10 : 1,5 = 20 : 3 P2 = 1,5 mbar menjadi 1,2 mbar Skala = 1,5 : 1,2 = 5 : 4

Soal Untuk ChatGPT

Soal : Terdapat 2 buah zat dalam suatu manometer tipe u yaitu air dan raksa. Jika ketinggian h1 pada air yaitu 20 cm dengan massa jenis air sebesar 1000kg/m3 dan massa jenis raksa sebesar 13600 kg/m3 maka berapa ketinggian h2 pada raksa?

Jawab : Dalam manometer tipe U yang terdiri dari air dan raksa, karena zat yang lebih padat adalah raksa dengan massa jenis sebesar 13600 kg/m3, maka ketinggian kolom raksa di salah satu lengan manometer akan lebih rendah daripada ketinggian kolom air di lengan yang lain.

Untuk mencari ketinggian kolom raksa (h2), dapat menggunakan prinsip bahwa tekanan pada kedua lengan manometer harus sama karena keduanya terhubung dan berada pada tinggi yang sama, sehingga:

P1 = P2

Atau dapat dituliskan sebagai:

ρ1 x g x h1 = ρ2 x g x h2

di mana: ρ1 = massa jenis air = 1000 kg/m3 ρ2 = massa jenis raksa = 13600 kg/m3 g = percepatan gravitasi = 9.8 m/s2 h1 = ketinggian kolom air = 20 cm = 0.2 m h2 = ketinggian kolom raksa yang akan dicari

Dengan mengganti nilai yang diketahui dan menyelesaikan persamaan di atas, kita dapat mencari nilai h2:

1000 x 9.8 x 0.2 = 13600 x 9.8 x h2

h2 = (1000 x 9.8 x 0.2) / (13600 x 9.8) = 0.00147 m atau 1.47 mm

Jadi, ketinggian kolom raksa (h2) dalam manometer tipe U tersebut adalah sebesar 1.47 mm.

Tugas 4 Maret

1. Prinsip kerja alat pengukur tekanan manometer U, manometer analog dan pressure transducer

a. Manometer U Prinsip kerja manometer tipe U adalah dengan membandingkan tekanan pada dua sisi kolom U yang terisi cairan, di mana perbedaan ketinggian cairan pada kedua sisi kolom akan menunjukkan perbedaan tekanan di antara kedua sisi tersebut. Manometer tipe U biasanya digunakan untuk mengukur tekanan pada sistem yang memiliki tekanan rendah atau sedang, seperti sistem hidrolik, sistem pendingin, dan sistem pengukuran tekanan udara pada mobil.

b. Manometer Analog Prinsip kerja manometer analog didasarkan pada hukum fisika yang menyatakan bahwa tekanan dalam suatu sistem dapat dikonversi menjadi gaya atau perpindahan mekanik pada suatu komponen yang sensitif terhadap perubahan tekanan. Manometer analog terdiri dari sebuah bagian yang sensitif terhadap tekanan, yang dapat berupa pegas, membran, atau tabung Bourdon, dan sebuah indikator yang menunjukkan nilai tekanan pada sebuah skala. Saat tekanan fluida atau gas diterapkan pada bagian sensitif tersebut, maka terjadi perubahan bentuk atau perpindahan mekanik yang diubah menjadi gerakan jarum atau penunjuk pada skala. Contoh penggunaan manometer analog adalah pada pompa angin atau pada alat pengukur tekanan ban.

c. Pressure Transducer Prinsip kerja pressure transducer adalah konversi tekanan mekanik menjadi sinyal listrik, yang kemudian dapat diolah dan dibaca oleh perangkat elektronik. Ada beberapa jenis pressure transducer, namun prinsip kerja umumnya melibatkan perubahan resistansi atau kapasitansi sebagai respons terhadap tekanan.

2. Soal perhitungan

(1) tekanan sebesar 30mbar a. Saat fluidanya minyak :

30 mbar = p x g x h

3000 P = 800 x 9.8 x h

h = 0.383 m

b. Saat fluidanya raksa :

30 mbar = p x g h

3000 P = 13500 x 9.8 x h

h = 0.0227 m

(2) tekanan 3mbar a. Saat fluidanya minyak :

3 mbar = p x g x h

300 P = 800 x 9.8 x h

h = 0.0383 m

b. Saat fluidanya raksa :

3 mbar = p x g x h

300 P = 13500 x 9.8 x h

h = 0.00227 m

3. Pertanyaan ke chatGPT

M : Ada apa saja alat pengukur tekanan

ChatGPT : Berikut adalah beberapa alat pengukur tekanan yang umum digunakan:

a. Barometer: alat pengukur tekanan atmosfer yang digunakan untuk memprediksi kondisi cuaca.

b. Manometer: alat pengukur tekanan fluida, seperti air atau gas, yang terdiri dari tabung terbuka atau tertutup yang dihubungkan ke sistem yang ingin diukur.

c. Piezometer: alat pengukur tekanan fluida, seperti air atau gas, yang digunakan untuk mengukur tekanan hidrostatis.

d. Transduser tekanan: alat elektronik yang digunakan untuk mengubah tekanan menjadi sinyal listrik yang dapat diukur.

e. Barografi: alat pengukur tekanan atmosfer yang dapat merekam perubahan tekanan dalam periode waktu tertentu.

f. Tekanan gauge: alat pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan relatif terhadap tekanan atmosfer.

g. Tekanan absolut: alat pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan mutlak dalam suatu sistem, tanpa memperhitungkan tekanan atmosfer.

M  : Alat apa yang paling sering digunakan

ChatGPT : Alat pengukur tekanan yang paling sering digunakan tergantung pada aplikasi pengukuran tekanan yang dilakukan. Misalnya, jika kita ingin mengukur tekanan atmosfer, maka barometer adalah alat yang paling tepat digunakan. Jika kita ingin mengukur tekanan fluida dalam pipa, maka manometer atau transduser tekanan adalah alat yang tepat.Namun, untuk aplikasi umum di industri dan laboratorium, alat pengukur tekanan yang paling sering digunakan adalah transduser tekanan. Alat ini memungkinkan pengukuran tekanan secara akurat dan dapat dihubungkan ke sistem kontrol untuk memonitor dan mengontrol proses. Teknologi sensor tekanan dalam transduser tekanan telah berkembang pesat dan dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pengukuran tekanan udara, air, minyak, gas, dan lain-lain.

M : Apakah transduser tekanan lebih baik daripada manometer

ChatGPT : Keuntungan dari menggunakan transduser tekanan atau manometer tergantung pada aplikasi dan kebutuhan pengukuran tekanan yang diinginkan. Berikut adalah perbandingan antara transduser tekanan dan manometer:

a. Range pengukuran: Transduser tekanan memiliki range pengukuran yang lebih luas daripada manometer. Transduser tekanan dapat mengukur tekanan dari 0 hingga beberapa ribu psi, sementara manometer memiliki range pengukuran yang lebih terbatas.

b. Akurasi pengukuran: Transduser tekanan biasanya lebih akurat daripada manometer. Hal ini disebabkan oleh keakuratan teknologi sensor tekanan yang digunakan dalam transduser tekanan.

c. Stabilitas dan keandalan: Transduser tekanan lebih stabil dan andal daripada manometer. Hal ini karena manometer rentan terhadap kerusakan dan perubahan akibat penggunaan jangka panjang, seperti retak atau kebocoran.

d. Fleksibilitas dan kemudahan penggunaan: Manometer lebih fleksibel dan mudah digunakan daripada transduser tekanan. Manometer tidak memerlukan sumber daya listrik dan dapat digunakan secara langsung tanpa perangkat tambahan, sementara transduser tekanan memerlukan sumber daya listrik dan perangkat tambahan untukmengonversi sinyal listrik menjadi nilai tekanan.

Dalam beberapa aplikasi, transduser tekanan dapat memberikan keuntungan yang lebih besar daripada manometer, terutama dalam aplikasi yang memerlukan pengukuran tekanan yang akurat dan stabil dalam jangka waktu yang panjang. Namun, dalam beberapa kasus, seperti dalam pengukuran tekanan yang sederhana dan cepat, manometer masih merupakan alat yang efektif dan dapat diandalkan.

M : Mengapa manometer lebih sederhana dibandingkan dengan transduser tekanan

ChatGPT : Manometer lebih sederhana dibandingkan dengan transduser tekanan karena cara kerjanya yang lebih sederhana. Manometer bekerja dengan mengukur perbedaan tekanan antara fluida yang akan diukur dan tekanan atmosfer, sementara transduser tekanan mengubah tekanan menjadi sinyal listrik dan memerlukan perangkat tambahan untuk mengonversi sinyal listrik menjadi nilai tekanan.

Di sisi lain, transduser tekanan lebih kompleks dan memerlukan perangkat tambahan seperti amplifier dan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengonversi sinyal listrik menjadi nilai tekanan. Meskipun transduser tekanan dapat memberikan pengukuran tekanan yang lebih akurat dan stabil, pengoperasiannya lebih kompleks dan memerlukan sumber daya listrik.

Secara umum, manometer lebih sederhana dan mudah digunakan untuk pengukuran tekanan yang sederhana, sedangkan transduser tekanan lebih cocok digunakan untuk aplikasi yang memerlukan pengukuran tekanan yang akurat dan stabil dalam jangka waktu yang lama.

Catatan 3 Maret

1. Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang dihasilkan oleh berat fluida yang ditekan pada sebuah permukaan. Tekanan hidrostatis tergantung pada kedalaman fluida, densitas fluida, dan percepatan gravitasi bumi.

Ketika sebuah benda atau permukaan terendam dalam fluida (baik itu gas atau cairan), maka benda tersebut akan menerima tekanan dari fluida tersebut. Tekanan ini disebut tekanan hidrostatis. Tekanan hidrostatis akan terus bertambah seiring dengan meningkatnya kedalaman fluida.

Tekanan hidrostatis juga tergantung pada densitas fluida. Semakin padat suatu fluida, semakin besar pula tekanan hidrostatisnya. Selain itu, tekanan hidrostatis juga tergantung pada percepatan gravitasi bumi. Semakin kuat percepatan gravitasi bumi, semakin besar pula tekanan hidrostatisnya.

Rumus matematis untuk tekanan hidrostatis adalah P = pgh, di mana P adalah tekanan hidrostatis, p adalah densitas fluida, g adalah percepatan gravitasi bumi, dan h adalah kedalaman fluida. Rumus ini menunjukkan bahwa tekanan hidrostatis bertambah seiring dengan meningkatnya kedalaman fluida dan densitas fluida.

Tekanan hidrostatis memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada sistem pipa air, tangki penyimpanan, dan reservoir air. Tekanan hidrostatis juga penting dalam ilmu fisika dan teknik, karena membantu kita memahami sifat dan perilaku fluida serta memungkinkan kita merancang sistem yang efektif untuk memanipulasi dan mengontrol fluida.

2. Gaya Apung

Gaya apung adalah gaya yang diberikan oleh fluida (biasanya air) pada suatu objek yang terendam atau terapung di dalamnya. Gaya ini bertindak ke arah atas dan sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan oleh objek tersebut.

Konsep gaya apung sangat penting dalam menjelaskan mengapa suatu benda dapat terapung di atas permukaan air atau tenggelam di dalam air. Ketika suatu benda terendam atau terapung di dalam fluida, gaya apung yang bertindak ke atas harus sama dengan berat benda tersebut agar benda tersebut dapat mencapai keseimbangan.

Ketika suatu benda terapung di atas permukaan air, sebagian besar benda tersebut terendam di dalam air sehingga gaya apung yang dihasilkan oleh air yang mendorong benda ke atas harus sama dengan berat benda tersebut yang menarik benda ke bawah. Oleh karena itu, benda tersebut akan tetap mengapung di atas permukaan air.

Sedangkan jika suatu benda tenggelam di dalam air, berat benda tersebut akan lebih besar daripada gaya apung yang dihasilkan oleh air. Sehingga benda tersebut akan terus tenggelam ke bawah hingga mencapai dasar air.

Perlu diingat bahwa gaya apung juga dipengaruhi oleh volume benda yang terendam atau terapung di dalam fluida. Semakin besar volume benda yang terendam, semakin besar pula gaya apung yang dihasilkan oleh fluida dan semakin kecil beban benda yang diterima.

Tugas 2 Mekanika Fluida

1. A homogeneous, 4-ft-wide, 8-ft-long rectangular gate weighing 800 lb is held in place by a horizontal flexible cable as shown in Fig. P2.87. Water acts against the gate, which is hinged at point A. Friction in the hinge is negligible. Determine the tension in the cable.

2. A rectangular gate 6 ft tall and 5 ft wide in the side of an open tank is held in place by the force F as indicated in Fig. P.2.88. The weight of the gate is negligible, and the hinge at O is frictionless. (a) Determine the water depth, h, if the resultant hydrostatic force of the water acts 2.5 ft above the bottom of the gate, i.e., it is collinear with the applied force F. (b) For the depth of part (a), determine the magnitude of the resultant hydrostatic force. (c) Determine the force that the hinge puts on the gate under the above conditions.

3. Sebuah pelampung (buoy) berbentuk bola dengan diameter 2,5 m dijangkarkan pada dasar laut dengan seutas kabel. Ketika air laut pasang (berat jenis air laut = γ = 10,1 kN/m3), pelampung akan terendam setinggi 11 m sehingga kabel mengalami gaya tarik sebesar 15 kN. Gambarkan FBD dan hitunglah berat dari pelampung.