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)

asas bernoulli 1

asas bernoulli 2

asas bernoulli 3

asas bernoulli 4

asas bernoulli 5

asas bernoulli 6

asas bernoulli 7

asas bernoulli 8

asas bernoulli 9

asas bernoulli 10

Percobaan Fisika (Hukum Archimedes dan Massa Jenis)

Hari ini, tanggal 3 maret 2011. Saya dan teman-teman Craxi Savier turun ke sekolah dalam suasana kaka kelas yang sedang tryout. Apa kita mau ikut TO juga ? Oh, jelas tidak :) kami akan melakukan percobaan yang berhubungan dengan Hukum Archimedes. Sebelum masuk ke dalam inti dari percobaan kami, saya akan membahas terlebih dahulu apa itu Hukum Archimedes.

Hukum Archimedes mengatakan bahwa " Jika suatu benda dicelupkan ke dalam suatu zat cair, maka benda itu pun mendapat tekanan ke atas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut."


Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air daripada di udara, karena dalam air, benda mendapat gaya ke atas. Sementara ketika di udara, benda memiliki berat yang sesungguhnya.

1. Terapung
Untuk dapat terapung, suatu benda dalam air harus mempunyai massa jenis lebih kecil daripada massa jenis air. Benda dikatakan terapung jika sebagian atau seluruh bagiannya berada di atas permukaan cairan. Saat benda diletakkan di dalam cairan, benda akan bergerak ke atas, sehingga gaya ke atas (Fa) lebih besar daripada gaya berat (w).

2. Melayang
Untuk dapat melayang, suatu benda dalam air harus mempunyai massa jenis yang sama dengan massa jenis air. Benda dikatakan melayang jika seluruh bagiannya berada di dalam cairan. Saat benda diletakkan di dalam cairan, benda tidak akan bergerak ke atas ataupun ke bawah (melayang) , sehingga gaya ke atas (Fa) sama dengan gaya berat (w).

3. Tenggelam
Untuk dapat tenggelam, suatu benda dalam air harus mempunyai massa jenis lebih besar daripada massa jenis air, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Benda dikatakan tenggelam benda berada di dasar wadah atau tempat cairan. Saat benda diletakkan di dalam cairan, benda akan bergerak ke bawah sampai menyentuh dasar wadah cairan dan tetap berada di dasar, sehingga gaya ke atas (Fa) lebih kecil daripada gaya berat (w).

Pada percobaan kali ini, bahan yang kami pakai adalah :

Air, garam, gula, merica (dengan merek Ladaku), Vetsin (dengan merek Ajinomoto), gula jawa, asam kamal, minyak goreng (dengan merek NN alias no name, supaya lebih enak sebut saja minyak jelantah :D ), telur ayam mentah, telur itik rebus, sendok

alat dan bahan yang digunakan

Hasil percobaan kami adalah :

Jenis Air	Telur Ayam Mentah	Telur Itik Rebus
Air saja	Tenggelam	Tenggelam
Air + Garam	Melayang	Tenggelam
Air + Gula	Tenggelam	Tenggelam
Air + MSG (Vetsin)	Tenggelam	Tenggelam
Air + Merica	Tenggelam	Tenggelam
Air + Gula Jawa	Tenggelam	Tenggelam
Air + Asam Kamal	Tenggelam	Tenggelam
Air + Minyak Goreng	Tenggelam	Tenggelam

Fotonya :

air saja

air + garam

keadaan telur ayam mentah yang ada dalam air + garam

air + gula

air + vetsin

air + merica

air + gula jawa

air + asam kamal

air + minyak goreng

Kesimpulan dari hasil percobaan kami kali ini adalah :
Sesuai dengan Hukum Archimedes yang sudah saya jelaskan di atas, yaitu " Jika suatu benda dicelupkan ke dalam suatu zat cair, maka benda itu pun mendapat tekanan ke atas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut."
Tetapi ada pula pengaruh massa jenis dalam percobaan kali ini, terlihat saat percobaan dengan menggunakan air + garam, telur ayam yang mentah menjadi terapung. Adanya kadar garam dalam air, membuat suatu benda terapung di permukaan.