Louisa Gusni Maygrecia: Hukum Bernoulli

Dalam ilmu fisika, dikenal salah satu konsep mengenai mekanika fluida atau secara sederhana dapat dikatakan sebagai konsep yang membahas gerak (aliran) zat cair dan gas. Pada konsep mekanika fluida terdapat salah satu hukum (konsep dasar) yang dikenal dengan nama Hukum Bernoulli.

Apa itu Hukum Bernoulli ??

Hukum Bernoulli adalah sebuah konsep dasar dalam mekanika fluida yang disampaikan oleh seorang ahli matematika yang dilahirkan di Goningen, Belanda sekitar tahun 1700 bernama Daniel Bernoulli. Ia adalah anak seorang ahli matematika bernama Johann Bernoulli, dua dari tiga orang turunan keluarga Bernoulli yang terkenal ahli matematika. Hanya saja, Daniel Bernoulli memiliki minat yang sangat besar mengembangkan aplikasi konsep matematika di bidang mekanika fluida sehingga lahirlah hukum Bernoulli.

Sebagai seorang ahli di bidang matematika, pada awalnya Daniel Bernoulli kerap dipaksa oleh sang ayah untuk mempelajari bidang lain, seperti bidang bisnis dan kedokteran, dengan anggapan bahwa profesi seorang ahli matematika tidak terlalu mendatangkan kemakmuran pribadi. Akan tetapi, minat Daniel yang sangat besar terhadap bidang matematika, tidak bisa membendungnya untuk meninggalkan bidang tersebut. Ia tetap mempelajari matematika di sela-sela pendidikan bisnis dan kedokteran yang ditekuninya, hingga akhirnya ia berkonsentrasi pada pembahasan aplikasi matematika dalam bidang fisika mengenai aliran zat cair dan gas (mekanika fluida).

Ia pernah menerbitkan buku berisi hasil karyanya tersebut yang diberi judul Hydrodinamica. Daniel Benoulli adalah matematikawan termuda dari keluarga Bernoulli.

A. HUKUM BERNOULLI

Hukum Bernoulli menjelaskan tentang konsep dasar aliran fluida (zat cair dan gas) bahwa peningkatan kecepatan pada suatu aliran zat cair atau gas, akan mengakibatkan penurunan tekanan pada zat cair atau gas tersebut. Artinya, akan terdapat penurunan energi potensial pada aliran fluida tersebut.

Konsep dasar ini berlaku pada fluida aliran termampatkan (compressible flow), juga pada fluida dengan aliran tak-termampatkan (incompressible-flow). Hukum Bernoulli sebetulnya dapat dikatakan sebagai bentuk khusus dari konsep dalam mekanika fluida secara umum, yang dikenal dalam persamaan Bernoulli.

Persamaan Bernoulli menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida yang tertutup, banyaknya energi suatu fluida di suatu titik sama dengan dengan banyaknya energi di titik lain.

Di awal dikatakan bahwa hukum Bernoulli berlaku pada dua jenis aliran fluida, yaitu termampatkan dan tak-termampatkan. Suatu fluida dengan aliran termampatkan merupakan suatu aliran fluida yang mempunyai karakteristik khusus adanya perubahan kerapatan massa (density) pada sepanjang alirannya.

Contoh aliran fluida termampatkan adalah udara atau gas alam. Adapun fluida dikatakan mempunyai aliran tak-termampatkan adalah fluida yang mempunyai karakteristik tidak terdapat perubahan kerapatan massa (density) pada sepanjang aliran fluida tersebut. Contohnya adalah air, macam-macam minyak, campuran lemak dan larutan basa (emulsi).

Hukum Bernoulli dapat dianggap sebagai konsep dasar yang menyatakan kekekalan energi, seperti yang telah diungkapkan pada konsep dasar persamaan Bernoulli. Selanjutnya, lebih jauh kita dapat menyatakan tentang kekekalan energi tersebut berkaitan dengan energi kinetik dan energi potensial yang terdapat pada suatu aliran fluida. Dengan demikian, penjumlahan energi kinetik dan energi potensial pada suatu aliran fluida akan konstan di setiap titik.

Adapun berkaitan dengan hukum Bernoulli, suatu fluida dikatakan mempunyai peningkatan kecepatan, jika fluida tersebut mengalir dari suatu bagian dengan tekanan tinggi menuju bagian lainnya yang bertekanan rendah. Sedangkan suatu fluida dikatakan mempunyai penurunan kecepatan, jika fluida tersebut mengalir dari suatu bagian bertekanan rendah, menuju bagian lain bertekanan tinggi.

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

1. Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut :

di mana:

v = kecepatan fluida

g = percepatan gravitasi bumi

h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi

p = tekanan fluida

ρ = densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut :

- Aliran bersifat tunak (steady state)

- Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, persamaan Bernoulli dituliskan sebagai berikut :

1. Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah : udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut :

dimana :

= energi potensial gravitsai per satuan massa. Jika gravitasi konstan, maka

= gh

= entalpi fluida per satuan massa.

Catatan :

, dimana

adalah energi termodinamika per satuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.

B. APLIKASI HUKUM BERNOULLI

Dalam kehidupan sehari-hari, kita dapat menemukan aplikasi hukum Bernoulli yang sudah banyak diterapkan pada sarana dan prasarana yang menunjang kehidupan manusia masa kini. Meskipun kenyataannya, tak ada jenis fluida yang memiliki kecairan dan kekentalan seperti yang disyaratkan dalam konsep dasar tersebut, yaitu kecairan yang merata dan sedikit kekentalan.

Berikut ini beberapa contoh aplikasi hukum Bernoulli tersebut :

Hukum Bernoulli digunakan untuk menentukan gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang sehingga diperoleh ukuran presisi yang sesuai.

Hukum Bernoulli dipakai pada penggunaan mesin karburator yang berfungsi untuk mengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran udara yang masuk. Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan bermotor, seperti mobil.

Hukum Bernoulli berlaku pada aliran air melalui pipa dari tangki penampung menuju bak-bak penampung. Biasanya digunakan di rumah-rumah pemukiman.

Hukum Bernoulli juga digunakan pada mesin yang mempercepat laju kapal layar.

Baca juga tentang Prinsip Penerbangan-Hukum Bernoulli di blog ini ya :)

Di sini juga ada penjelasan lagi tentang Hukum Bernoulli, klik aja di sini

Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip_Bernoulli

http://www.anneahira.com/hukum-bernoulli.htm

Berikut ini adalah gambar hasil scan dari buku fisika saya (Supiyanto. 2006. FISIKA UNTUK SMA KELAS XI. Phibeta)