Mekanika Fluida1

Hasbullah KhairHasbullah Khair

Mekanika FluidaMekanika Fluida


Tujuan Instruksional KhususTujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti perkuliahan ini, saudara Setelah mengikuti perkuliahan ini, saudara diharapkan dapat menjelaskan fenomena diharapkan dapat menjelaskan fenomena fluida pada bidang klinik, dan obat-obatan fluida pada bidang klinik, dan obat-obatan dengan benar.dengan benar.


Fluida / Zat Alir Fluida / Zat Alir

Dapat mengalir.Dapat mengalir.Bentuknya bergantung pada tempat dia Bentuknya bergantung pada tempat dia

berada.berada.Merupakan zat cair dan gas.Merupakan zat cair dan gas.Untuk memindahkan fluida harus ditekan.Untuk memindahkan fluida harus ditekan.


TekananTekanan

Persamaannya : Persamaannya : p = F/Ap = F/Adengan F adalah gaya pada fluida, dan A dengan F adalah gaya pada fluida, dan A adalah luas permukaan fluida.adalah luas permukaan fluida.

Mempunyai satuan :Mempunyai satuan :- Atmosfer (Atm).- Atmosfer (Atm).- mmHg.- mmHg.- Barometer (Bar).- Barometer (Bar).- Pascal (Pa) = N/m- Pascal (Pa) = N/m22


Perubahan TekananPerubahan Tekanan

pp22 = p = p11 + + ΔΔ p p

ΔΔ p = p = ρρ g h g h

Tekanan hanya bergantung Tekanan hanya bergantung pada jenis fluida, dan tinggi pada jenis fluida, dan tinggi fluida.fluida.

p1

p2

h


ContohContoh

Seorang penyelam mutiara menyelam di Seorang penyelam mutiara menyelam di laut dengan kedalaman 40 m. Berapa laut dengan kedalaman 40 m. Berapa tekanan yang dialami oleh si penyelam ?tekanan yang dialami oleh si penyelam ?

(rapat massa air laut = 1,25 gram/cm(rapat massa air laut = 1,25 gram/cm33, dan , dan tekanan udara luar = 1 atmosfer)tekanan udara luar = 1 atmosfer)


JawabJawabTekanan yang dialami = Po + Tekanan yang dialami = Po + ρρ g h g h

= 1,013 x 10= 1,013 x 1055 + (1,25 x 10 + (1,25 x 1033) (10)(40) ) (10)(40) PaPa

= 1,013 x 10= 1,013 x 1055 + 5 x 10 + 5 x 1055 Pa Pa

= 6,013 x 10= 6,013 x 1055 Pa Pa

Jadi tekanan yang dialami lebih kurang 6 Jadi tekanan yang dialami lebih kurang 6 atm atau 6 kali tekanan di permukaan.atm atau 6 kali tekanan di permukaan.

Catatan : 1 atm = 1,013 x 10Catatan : 1 atm = 1,013 x 1055 Pa.Pa.


Pemakaian Tekanan Pada FluidaPemakaian Tekanan Pada Fluida

Pada pipet dan jarum suntik.Pada pipet dan jarum suntik.

(mengapa ujung jarum suntik runcing ?)(mengapa ujung jarum suntik runcing ?)Pada pernafasan.Pada pernafasan.

Pada mengambil nafasSelisih tekanan – 3 mm Hg

Pada membuang nafasSelisih tekanan + 3 mmHg


Pemakaian tekanan pada zat cairPemakaian tekanan pada zat cair


Energi Kinetik MolekulEnergi Kinetik Molekul

Setiap molekul walaupun pada suhu yang Setiap molekul walaupun pada suhu yang rendah akan selalu bergerak.rendah akan selalu bergerak.

Contoh : Nitrogen pada suhu 0Contoh : Nitrogen pada suhu 0ººC C mempunyai laju 490 m/s.mempunyai laju 490 m/s.

Pemanfaatan pada :Pemanfaatan pada :

- difusi- difusi

- osmosis.- osmosis.


Difusi Difusi

Pencampuran atau pemindahan molekul Pencampuran atau pemindahan molekul dari konsentrasi (suhu) tinggi ke dari konsentrasi (suhu) tinggi ke konsentrasi (suhu) rendah.konsentrasi (suhu) rendah.

Proses difusi berhenti bila konsentrasi Proses difusi berhenti bila konsentrasi larutan sudah seimbang.larutan sudah seimbang.

Faktor pemercepat difusi :Faktor pemercepat difusi :

- pengadukan- pengadukan

- pemanasan.- pemanasan.


Larutan A Larutan B

Larutan A dan BLarutan A dan B

difusi


OsmosisOsmosis

Perpindahan zat pelarut dari suatu tempat Perpindahan zat pelarut dari suatu tempat ke tempat lainnya yang dipisahkan oleh ke tempat lainnya yang dipisahkan oleh membran.membran.

Contoh penerapan :Contoh penerapan :

- pada pernafasan / paru-paru- pada pernafasan / paru-paru

- pada penggunaan larutan infus.- pada penggunaan larutan infus.

- pada efek gigitan serangga.- pada efek gigitan serangga.

- pada alergi.- pada alergi.



Pemakaian tekanan pada gasPemakaian tekanan pada gas

Hukum yang dipenuhi adalah hukum Hukum yang dipenuhi adalah hukum Boyle :Boyle :

P V = konstanP V = konstandengandengan

P adalah tekanan gasP adalah tekanan gas

V adalah volume gasV adalah volume gas


ContohContoh

Seorang penyelam mempunyai volume Seorang penyelam mempunyai volume udara di paru-parunya 3000 cmudara di paru-parunya 3000 cm33 di udara di udara (tekanan 1 atm). Bila ia menyelam pada (tekanan 1 atm). Bila ia menyelam pada kedalaman 40 m, maka berapa volume kedalaman 40 m, maka berapa volume udara di paru-parunya ?udara di paru-parunya ?


Jawab :Jawab :

Dari soal tekanan di atas diperoleh hasil, Dari soal tekanan di atas diperoleh hasil, bahwa pada kedalaman 40 m, seseorang bahwa pada kedalaman 40 m, seseorang akan mengalami tekanan 6 kali tekanan akan mengalami tekanan 6 kali tekanan udara di permukaan. Jadi :udara di permukaan. Jadi :

PP11VV11 = P = P22VV22

(1 atm)(3000 cm(1 atm)(3000 cm33) = (6 atm) V) = (6 atm) V22

VV22 = 500 cm = 500 cm33 atau 1/6 volume di atau 1/6 volume di

permukaan permukaan


Hukum PascalHukum Pascal Pada fluida tertutup bila diberi tekanan, maka Pada fluida tertutup bila diberi tekanan, maka

tekanan tersebut akan didistribusikan secara tekanan tersebut akan didistribusikan secara merata ke segala arah.merata ke segala arah.

Pemakaian :Pemakaian :- pada ketuban- pada ketuban- untuk mencegah timbulnya decubitus- untuk mencegah timbulnya decubitus- untuk mendeteksi tumor otak, melalui- untuk mendeteksi tumor otak, melalui pengukuran di cerebrospinal.pengukuran di cerebrospinal.


After about 8 weeks of gestation the vitelino bag loses its function.After about 8 weeks of gestation the vitelino bag loses its function.After about 8 weeks of gestation the vitelino bag loses its function.After about 8 weeks of gestation the vitelino bag loses its function.

The umbilical cord then starts to feed it with nutrientsThe umbilical cord then starts to feed it with nutrients

provided from the mothers body.provided from the mothers body.

The umbilical cord then starts to feed it with nutrientsThe umbilical cord then starts to feed it with nutrients

provided from the mothers body.provided from the mothers body.


Hukum ArchimedesHukum Archimedes

Bila suatu benda dimasukan ke dalam Bila suatu benda dimasukan ke dalam fluida, maka berat benda akan berkurang fluida, maka berat benda akan berkurang sebesar berat fluida yang dipindahkan.sebesar berat fluida yang dipindahkan.

WWudaraudara – W – Wfluidafluida = F = Ftekantekan ke ataske atas

= Volume= Volumebendabenda x x ρρfluidafluida x g x g Pemakaian :Pemakaian :

- pada kapal / perahu- pada kapal / perahu- untuk mengukur volume dan massa - untuk mengukur volume dan massa jenis benda yang tidak terstruktur jenis benda yang tidak terstruktur


ContohContoh

Seorang anak beratnya 40 N, menyelam Seorang anak beratnya 40 N, menyelam pada kedalaman 4 m di laut (1,25 pada kedalaman 4 m di laut (1,25 grm/cmgrm/cm33). Si anak berpegang pada tali ). Si anak berpegang pada tali yang dihubungkan dengan timbangan, yang dihubungkan dengan timbangan, ternyata beratnya tinggal 35 N. Berapa ternyata beratnya tinggal 35 N. Berapa volume si anak, demikian pula massa jenis volume si anak, demikian pula massa jenis anak ?anak ?


Jawab :Jawab :

WWudaraudara – W – Wfluidafluida = F = Ftekantekan ke ataske atas

= Volume= Volumebendabenda x x ρρfluidafluida x g x g

40 N – 35 N = 40 N – 35 N = VolVolbendabenda x 1250 kg/m x 1250 kg/m33 x x 10 m/s10 m/s22

5 N = Vol5 N = Volbendabenda x 12500 N x 12500 N

VolumeVolumebendabenda = 4 x 10 = 4 x 10-4-4 m m33

massa jenis benda = massa jenis benda = WWudaraudara / (Vol / (Volbendabenda x x g) g)

= 10 000 = 10 000 kg/mkg/m33

= 10 = 10 gram/cmgram/cm33


Tegangan permukaan fluida (Tegangan permukaan fluida (γγ))

Gaya kohesi pada permukaan lebih kuat Gaya kohesi pada permukaan lebih kuat dibandingkan di sebelah dalam. Gaya ini dibandingkan di sebelah dalam. Gaya ini membentuk lapisan tipis transparan yang membentuk lapisan tipis transparan yang kuat kuat → tegangan permukaan.→ tegangan permukaan.

Contoh :Contoh :- pada tetes zat cair- pada tetes zat cair- pada deterjen dan antiseptik- pada deterjen dan antiseptik- serangga yang berjalan di atas air.- serangga yang berjalan di atas air.- pada pernafasan, dll.- pada pernafasan, dll.


Alveoli pada paru-paruAlveoli pada paru-paru


Alveoli dengan dan tanpa surfaktanAlveoli dengan dan tanpa surfaktan


Tegangan permukaan pada alveoliTegangan permukaan pada alveoli

Hukum Laplace untuk permukaan dengan Hukum Laplace untuk permukaan dengan satu lapisan zat cair - gas:satu lapisan zat cair - gas:

P = 2 P = 2 γγ/r/r

Tegangan permukaan (Tegangan permukaan (γγ) ) alveoli terbentuk alveoli terbentuk dari lapisan tipis fluida yang mengandung dari lapisan tipis fluida yang mengandung surfaktansurfaktan


AlveoliAlveoli

Kenaikan jari-jari pada inhalasi dari 0,05 Kenaikan jari-jari pada inhalasi dari 0,05 mm menjadi 1 mm.mm menjadi 1 mm.

Tegangan permukaan surfaktan alveoli = Tegangan permukaan surfaktan alveoli = 50 dyne/cm.50 dyne/cm.

r = 0,05 mm memerlukan r = 0,05 mm memerlukan ΔΔp = 15 mmHgp = 15 mmHg

r = 0,1 mm memerlukan r = 0,1 mm memerlukan ΔΔp = 7,5 mmHgp = 7,5 mmHgTetapi surfaktan alveoli dapat menurunkan Tetapi surfaktan alveoli dapat menurunkan

hingga 15 kali, sehingga hingga 15 kali, sehingga ΔΔp = 1 mm Hgp = 1 mm Hg


Surfaktan pada alveoliSurfaktan pada alveoli

Merupakan senyawa Merupakan senyawa phospholipid phospholipid yang yang disebut disebut dipalmitoyl lecithindipalmitoyl lecithin atauatau Dipalmitoyl Dipalmitoyl phosphatidyl cholinephosphatidyl choline

Terdiri dari Terdiri dari Pulmonary Surfactant Proteins Pulmonary Surfactant Proteins SP-A, SP-B, SP-CSP-A, SP-B, SP-C,, dandan SP-D SP-D..


SP-B and SP-C proteins SP-B and SP-C proteins bersifat bersifat hydrophobic, hydrophobic, yang yang berkaitan dengan lapisanberkaitan dengan lapisan lipid. lipid. Gunanya untuk Gunanya untuk meningkatkan fleksibilitas lapisan dan bertanggung meningkatkan fleksibilitas lapisan dan bertanggung jawab untuk menurunkan energi permukaan pada saat jawab untuk menurunkan energi permukaan pada saat kompresi.kompresi.

Molekul yang lebih besar:Molekul yang lebih besar: SP-A SP-A dandan SP-D, SP-D, adalahadalah glycoproteins. SP-A glycoproteins. SP-A mengikatmengikat phospholipids phospholipids ( (experimentexperiment pada tikus menunjukan bahwa ia akan selamat tanpa pada tikus menunjukan bahwa ia akan selamat tanpa protein ini)protein ini). SP-A . SP-A merangsang produksi merangsang produksi surfactant surfactant dan dan dapat terikat pada dapat terikat pada receptors type II cells. SP-D receptors type II cells. SP-D sulit sulit terikat pada terikat pada phospholipidsphospholipids, dan tampaknya merangsang, dan tampaknya merangsang phagocytosis bacteria. Immunologists phagocytosis bacteria. Immunologists menyebutnya menyebutnya collectin. SP-A and SP-D collectin. SP-A and SP-D keduanyakeduanya collectins. collectins. Teori Teori terbaru mengatakan terbaru mengatakan collectins collectins membersihkan polusi membersihkan polusi yang terisap pada waktu bernafas tanpa mengganggu yang terisap pada waktu bernafas tanpa mengganggu fungsi paru-parufungsi paru-paru. .


Surfaktan dibentuk pada masa bayi akan Surfaktan dibentuk pada masa bayi akan lahir, sehingga bayi prematur, umumnya lahir, sehingga bayi prematur, umumnya jumlah surfaktan belum cukup untuk dapat jumlah surfaktan belum cukup untuk dapat mengembangkan paru-paru, disebut mengembangkan paru-paru, disebut Hyaline Membrane Disease (HMD = Hyaline Membrane Disease (HMD = Insufficient Surfactant) in the Newborn Insufficient Surfactant) in the Newborn atau atau Respiratory Distress Syndrome Respiratory Distress Syndrome (RDS(RDS).).


Viskositas (Viskositas (ηη))

Kekentalan fluida akibat dimasukannya Kekentalan fluida akibat dimasukannya benda / zat-zat lain kedalamnya.benda / zat-zat lain kedalamnya.

Kekentalan darah relatif konstan, karena Kekentalan darah relatif konstan, karena penambahan leukosit misalnya, akan penambahan leukosit misalnya, akan diatasi dengan kenaikan suhu tubuh.diatasi dengan kenaikan suhu tubuh.


Macam fluidaMacam fluida

Fluida laminer, misal air yang tenang.Fluida laminer, misal air yang tenang.Fluida turbulen, misal jeram.Fluida turbulen, misal jeram.Fluida termampatkan, misal udara.Fluida termampatkan, misal udara.Fluida rotasional, misal badai, pusaran air.Fluida rotasional, misal badai, pusaran air.Fluida tidak tunak, misal air terjun/ mancurFluida tidak tunak, misal air terjun/ mancurFluida kental (viskos), misal oli, darah.Fluida kental (viskos), misal oli, darah.


Persamaan KontinuitasPersamaan Kontinuitas

A1

v2

A2

Jumlah fluida masuk per detik = Jumlah fluida masuk per detik = ΔΔmm11/ / ΔΔtt

Jumlah fluida keluar per detik = Jumlah fluida keluar per detik = ΔΔmm22/ / ΔΔtt

Bila tidak ada kebocoran : Bila tidak ada kebocoran : ΔΔmm11/ / ΔΔt = t = ΔΔmm22/ / ΔΔt t

atau atau

ρρ11 A A11 v v11 = = ρρ22 A A22 v v22

Karena fluida ideal, maka Karena fluida ideal, maka ρρ11= = ρρ22 = = ρρ, atau , atau

AA11 v v11 = A = A22 v v22


ContohContoh

Aorta mempunyai luas penampang 2,5 Aorta mempunyai luas penampang 2,5 cmcm22. Bila debit darah adalah 5 liter/menit, . Bila debit darah adalah 5 liter/menit, maka berapa laju darah di aorta, dan maka berapa laju darah di aorta, dan berapa luas arteri bila laju darah di arteri berapa luas arteri bila laju darah di arteri adalah 10 cm/s ?adalah 10 cm/s ?


JawabJawab

Debit = Q = 5 liter/menit = (5x10Debit = Q = 5 liter/menit = (5x10-3-3)/60 m)/60 m33/s/sLuas penampang aorta = 2,5 cmLuas penampang aorta = 2,5 cm22

= 2,5 x 10= 2,5 x 10-4-4 m m22

Gunakan persamaan kontinuitasGunakan persamaan kontinuitasv = Q/A = (5x10v = Q/A = (5x10-3-3)/(60x 2,5 x 10)/(60x 2,5 x 10-4-4 )m/s )m/s = 0,33 m/s = 33 cm/s= 0,33 m/s = 33 cm/s

Di arteri : v = 10 cm/s = 0,1 m/s, Di arteri : v = 10 cm/s = 0,1 m/s, jadi luasnya = Q/v = (5x10jadi luasnya = Q/v = (5x10-3-3)/(60x 0,1) m)/(60x 0,1) m22

= 8,33 cm= 8,33 cm22..


Persamaan PoiseuillePersamaan Poiseuille

Pada aliran darah (laminer)Pada aliran darah (laminer)

dengan Q adalah debit, r adalah jari-jari dengan Q adalah debit, r adalah jari-jari pembuluh, p adalah tekanan darah, pembuluh, p adalah tekanan darah, ηη adalah adalah viskositas darah, dan L adalah panjang viskositas darah, dan L adalah panjang pembuluh. R adalah hambatan.pembuluh. R adalah hambatan.

R

p

L 8

r x p Q

4


Kasus penyempitan Kasus penyempitan pembuluh darahpembuluh darah

Misal debit darah pada pembuluh arteri Misal debit darah pada pembuluh arteri jantung adalah 100 cmjantung adalah 100 cm33/menit untuk /menit untuk tekanan darah 100 mmHg. Bila jari-jari tekanan darah 100 mmHg. Bila jari-jari pembuluh arteri turun sebesar 20 %, maka pembuluh arteri turun sebesar 20 %, maka berapa tekanan darahnya ?berapa tekanan darahnya ?


JawabJawab

Jari-jari arteri menjadi 0,8 rJari-jari arteri menjadi 0,8 r00, akan , akan

menimbulkan efek = (0,8 rmenimbulkan efek = (0,8 r00))44 = 0,41 r = 0,41 r0044

Jadi debit darah menjadi = (0,41) x 100 Jadi debit darah menjadi = (0,41) x 100 cmcm33/menit = 41 cm/menit = 41 cm33/menit./menit.

Bila diatasi dengan kenaikan tekanan, Bila diatasi dengan kenaikan tekanan, maka tekanan menjadi = 100 mmHg/0,41maka tekanan menjadi = 100 mmHg/0,41

= 244 mmHg.= 244 mmHg.


Kasus orang ketakutanKasus orang ketakutan

Seorang yang mempunyai debit darah 100 Seorang yang mempunyai debit darah 100 cmcm33/menit mempunyai tekanan darah 120 /menit mempunyai tekanan darah 120 mmHg. Bila tiba-tiba ia dikejar anjing mmHg. Bila tiba-tiba ia dikejar anjing herder besar, maka debit naik menjadi 5 herder besar, maka debit naik menjadi 5 kali normal, berapa tekanan darahnya ?kali normal, berapa tekanan darahnya ?

Jawab :Jawab :Bila kenaikan debit hanya diatasi dengan Bila kenaikan debit hanya diatasi dengan tekanan, maka tekanan = 5 x 120 mmHg = tekanan, maka tekanan = 5 x 120 mmHg = 600 mmHg.600 mmHg.


Cara mengatasinyaCara mengatasinya

Perubahan tekanan.Perubahan tekanan.Perubahan jari-jari pembuluh arteriol.Perubahan jari-jari pembuluh arteriol.

Hati-hatiHati-hati pada penggunaan obat dengan pada penggunaan obat dengan efek vasodilatasi dan penderita jantung.efek vasodilatasi dan penderita jantung.


Documents

Mekanika Fluida1