Upload
cece-cheche
View
3
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
mekanika fluida
Citation preview
MODUL PERKULIAHAN
Mekanika Fuida dan Hidrolika
DEFINISI DAN SIFAT-SIFAT FLUIDA DEFINISI DAN KONSEP PELABUHAN
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
TEKNIK PERECANAAN DAN DESAIN
Teknik Sipil
01
MK Acep Hidayat,ST,MT
Abstract
Kompetensi
Materi Mekanika Fluida dan Hidrolika berisikan mengenai Statika Fluida, Kinematika Fluida, Dinamika Fluida dan Kehilangan Energi.
Mahasiswa dapat memahami konsep dasar fluida dan Hidrolika, memahami konsep kinematika fluida static dan dinamik, memahami konsep hidrostatika fluida dan mampu menerapkan dalam perencanaan saluran terbuka dan saluran tertutup.
‘13 2
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
DEFINISI DAN SIFAT-SIFAT FLUIDA DEFINISI DAN KONSEP
PELABUHAN
Mekanika fluida dan hidrolika adalah bagian dari mekanika terpakai (Applied
Mechanics) yang merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan dasar bagi teknik
sipil. Mekanika fluida dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang
mempelajari sifat-sifat dan hukum-hukum yang berlaku serta perilaku fluida (cairan dan
gas), adapun Hidrolika didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat-
sifat dan hukum-hukum yang berlaku, serta perilaku cairan terutama air baik dalam
keadaan diam maupun bergerak atau mengalir. Pelabuhan yang tidak diusahakan:
pelabuhan dalam pembinaan pemerintah yang sesuai dengan kondisi kemampuan dan
pengembangan potensinya masih didominasi sifat overheid zorg Pelabuhan otonom:
pelabuhan yang diberi wewenang untuk mengatur kegiatan dan pengembangannya
sendiri
a. Segi jenis pelayanan terhadap kapal dan muatan
Pelabuhan utama (mayor port): pelabuhan yang melayani kapal-kapal besar dan
merupakan pelabuhan pengumpul/pembagi muatan
Pelabuhan cabang (feeder port): pelabuhan yang melayani kapal-kapal kecil sebagai
pendukung pelabuhan utama
b. Segi kegiatan khusus
Pelabuhan umum
Pelabuhan industri
Pelabuhan minyak/tambang
Pelabuhan militer
1. MASTERPLAN PELABUHAN
Ditinjau dari subsistem angkutan (Transport Subsystem), pelabuhan merupakan salah satu
simpul dari rantai bagi kelancaran angkutan muatan darat dan laut.
Untuk menjalankan peran dan fungsinya, secara umum pelabuhan didukung oleh sarana
dan prasarana di darat maupun perairan, antara lain:
a. Kapal-kapal muat dan kapal kerja
b. Dermaga dan gudang terbuka/tertutup
c. Kolam pelabuhan
d. Alur Pelayaran
e. Sistem telekomunikasi
‘13 3
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
f. Sistem jaringan jalan dengan daerah pendukung
g. Sistem jaringan pelayaran (route system)
h. Fasilitas penerangan
i. Hidrolika mempelajari gaya-gaya yang bekerja pada benda yang
berada dalam cairan dalam keadaan diam, keseimbangan gaya-gaya yang mengapung
dan melayang dalam cairan, serta keseimbangan relatif.
j. Sedangkan hidrodinamika mempelajari cairan dalam keadaan bergerak atau mengalir
dalam dimensi waktu (t) dan tiga dimensi tempat (x,y,z). Namun di dalam modul
Mekanika Fluida ini pembahasan terbatas pada aliran tetap (tidak berubah menurut
waktu) satu dimensi (hanya berubah di arah aliran) saja.
2. BESARAN DAN SATUAN
2.1. Standar Untuk Besaran Panjang, Massa, dan Waktu
Hukum-hukum fisika dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar. Besaran-
besaran dasar tersebut mempunyai definisi yang jelas. Besaran-besaran dasar tersebut
disebut besaran Pokok. Di dalam mekanika, ada tiga besaran Pokok, yaitu Panjang (L),
Massa (M), dan Waktu (T). Oleh karena itu semua besaran-besaran di dalam mekanika
dapat dinyatakan dengan besaran-besaran dasar tersebut. Misalnya besaran kecepatan
yang mempunyai satuan meter/sekon, dapat dinyatakan oleh besaran dasar panjang (meter)
dan besaran waktu (sekon). Besaran-besaran di dalam fisika pada umumnya merupakan
kombinasi dari beberapa besaran yang lebih mendasar. Misalnya, besaran kecepatan
merupakan kombinasi dari besaran panjang dan besaran waktu.
Yang dimaksud dengan besaran standar atau besaran pokok adalah besaran yang
didefinisikan dan kemudian dijadikan sebagai acuan pengukuran.
2.2. Standar Untuk Besaran Panjang, Massa, dan Waktu
Hukum-hukum fisika dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar. Besaran-
besaran dasar tersebut mempunyai definisi yang jelas. Besaran-besaran dasar tersebut
disebut besaran Pokok. Di dalam mekanika, ada tiga besaran Pokok, yaitu Panjang (L),
Massa (M), dan Waktu (T). Oleh karena itu semua besaran-besaran di dalam mekanika
dapat dinyatakan dengan besaran-besaran dasar tersebut. Misalnya besaran kecepatan
yang mempunyai satuan meter/sekon, dapat dinyatakan oleh besaran dasar panjang (meter)
dan besaran waktu (sekon). Besaran-besaran di dalam fisika pada umumnya merupakan
‘13 4
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
kombinasi dari beberapa besaran yang lebih mendasar. Misalnya, besaran kecepatan
merupakan kombinasi dari besaran panjang dan besaran waktu.
Yang dimaksud dengan besaran standar atau besaran pokok adalah besaran yang
didefinisikan dan kemudian dijadikan sebagai acuan pengukuran.
2.3. Standar satuan panjang
Sebelum tahun 1960, standar satuan panjang didefinisikan sebagai panjang antara
dua goresan pada suatu batang terbuat dari Platina-Iridium yang disimpan pada suatu
ruangan yang terkontrol kondisinya (lihat gambar 1b). standar ini sudah ditinggalkan karena
beberapa alasan, antara lain karena ketelitian dari standar ini sudah tidak lagi memenuhi
tuntutan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang menurut ketelitian makin tinggi.
Setelah standar panjang di atas ditinggalkan pada tahun 1960, didefinisikan kembali
standar panjang baru yaitu: Satu meter didefinisikan sebagai 1 650 763,73 kali panjang
gelombang cahaya oranye merah yang dipancarkan oleh lampu Krypton-86.
Pada tahun 1983, standar panjang ini didefinisikan kembali, yaitu: Satu meter
didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya di dalam vakum selama waktu
1/299 792 458 detik. Standar ini yang berlaku hingga kini. Dari definisi yang terakhir ini,
maka dapat kita tetapkan bahwa kecepatan cahaya di dalam vakum adalah 299 792 458
meter per sekon.
2.4. Standar satuan massa
Standar untuk satuan massa sistem Internasional adalah kilogram (kg). Massa
sebesar 1 kilogram didefinisikan sebagai masa sebuah benda berbentuk silinder yang
terbuat dari platina-iridium. Gambar 1 (a) memperlihatkan kilogram standar yang tersimpan
dan tertutup oleh tabung gelas. Masa standar ini berbentuk silinder dengan diameter 3,9 cm
dan tinggi 3,9 cm. Kilogram standar ini disimpan di Lembaga Berat dan Ukuran
Internasional, di Sevres, Prancis dan ditetapkan pada tahun 1887.
Duplikasi dari kilogram standar ini disimpan di “National Institute of Standars and
Technology (NIST) di Gaithersburg, Md”. Bila kita mempunyai benda bermassa 5 kg, berarti
benda tersebut mempunyai massa 5 kali massa standar di atas.
Untuk dapat memperoleh gambaran massa dari berbagai benda yang ada di alam
semesta ini, lihat tabel 1.
‘13 5
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
Tabel 1. Massa dari beberapa benda dan makhluk hidup di alam semesta ini
Benda Massa (kg)
Alam semesta
Galaksi Milky
Way
Matahari
Bumi
Bulan
Manusia
Bakteri
Atom hidrogen
Elektron
1 x 1052
7 x 1041
2 x 1030
6 x 1024
7 x 1022
7 x 101
1 x 10-15
1,67 x 10-27
9,11 x 10-31
2.5. Standar satuan waktu
Sebelum tahun 1960, waktu standar dinyatakan dalam hari matahari rata-rata pada
tahun1900. Sehingga satu detik didefinisikan sebagai (1/60) (1/60) (1/24) hari matahari.
Pada tahun 1960 satu detik didefinisikan kembali, hal ini dilakukan untuk dapat memperoleh
ketelitian yang tinggi, yaitu dengan menggunakan Jam atom. Standar ini didasarkan pada
prinsip transisi atom (proses berpindahnya atom dari suatu tingkat energi ke tingkat energi
yang lebih rendah). Dalam alat ini, frekuensi transisi atom dapat diukur dengan ketelitian
sangat tinggi yaitu 10-12. Frekuensi ini tidak bergantung pada lingkungan di mana jam atom
ini berada. Oleh karena itu satu detik didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh atom
Cesium untuk bergetar sebanyak 9 192 631 770 kali. Dengan menggunakan jam atom ini,
waktu hanya berubah 1 detik setiap 300 000 tahun.
‘13 6
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
3. Besaran dan Dimensi 3.1 Besaran Pokok dan Besaraan Turunan
Di dalam makanika, kita kenal sistem MKS (meter, kilogram, dan sekon). Selain
sistem MKS ada juga sistem besaran yang lain. Tetapi pada tahun 1960, suatu komite
internasional telah menetapkan sejumlah besaran yang merupakan suatu besaran dasar
atau besaran pokok. Sistem tersebut dikenal sebagai “System International”. Untuk
selanjutnya, di dalam buku ini akan selalu digunakan Sistem International. Adapun besaran-
besaran dasar yang ditetapkan di dalam Sistem International tersebut besaran dasar
(Pokok) yang dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 2: Besaran pokok, satuan, dan dimensinya menurut Sistem Internasional (SI)
No Besaran Pokok Satuan Singkatan Dimensi
1 panjang meter m L 2 massa kilogram kg M 3 waktu sekon s T 4 kuat arus listrik ampere A I
5 suhu kelvin K 6 Intensitas cahaya mol mol N 7 Jumlah zat kandela (lilin) Cd J
Selain besaran pokok di atas masih ada besaran lain, yaitu besaran pelengkap
No Besaran Pokok Satuan Singkatan Dimensi 8 Sudut datar Radian rad -
9 Sudut ruang Steradian Sr -
Setelah besaran-besaran pokok ditetapkan, maka besaran-besaran dalam fisika dapat mempunyai yang merupakan kombinasi dari besaran-besaran pokok tersebut maupun dengan besaran pelengkap. Besaran yang satuannya dapat diturunkan dari besaran pokok disebut besaran turunan. Jadi secara garis besar, besaran di dalam fisika dapat dibagi menjadi Besaran Pokok, Besaran Turunan, dan Besaran Tambahan. Contoh dari besaran turunan adalah: kecepatan, percepatan, gaya, usaha, daya, volume, massa jenis dan lain-lain.
‘13 7
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
3.2 Dimensi
Kata dimensi di dalam fisika mempunyai arti yang berbeda dengan kata dimensi
dalam kehidupan sehari-hari. Dimensi merupakan sifat fisis dari suatu besaran dan tidak
bergantung pada besar pengukuran. Misalnya: besaran massa, apakah massa tersebut 5
kg, 10 kg, atau 20 kg, besaran massa tersebut tetap mempunyai dimensi M (lihat tabel 1).
Pada umumnya besaran-besaran di dalam fisika mempunyai dimensi. Dimensi besaran
turunan dapat diperoleh dengan menggunakan kombinasi dari besaran pokok. Dengan kata
lain, dimensi dari suatu besaran turunan merupakan cara dari besaran tersebut tersusun
dari besaran pokok, misalnya: Volume suatu balok, dapat dicari dengan mengalikan panjang
(p), lebar (l), dan tinggi (t) dari balok tersebut. Panjang, lebar maupun tinggi mempunyai
dimensi panjang, yaitu L. Oleh karena itu, dimensi dari volume menjadi L3.
Dimensi suatu besaran dinyatakan dengan lambang huruf dan diberi tanda kurung
persegi. Misalnya, dimensi dari besaran gaya F dapat ditulis sebagai [ F ]. Dengan
mengetahui dimensi dan satuan dari besaran-besaran pokok, maka dengan menggunakan
analisis dimensional, kita dapat menentukan dimensi dan satuan dari besaran turunan.
Kegunaan dimensi dan analisis dimensional
Di bawah ini, akan diberikan contoh-contoh kegunaan dimensi dan analisis dimensional.
1. Menentukan dimensi dan satuan dari suatu besaran
Tentukan dimensi dan satuan dari besaran-besaran ini menurut Sistem Internasional.
a) Volume (V)
b) Kecepatan (v) c) Percepatan (a) d) Gaya (F) e) Momentum (p)
Jawab
Besaran-besaran di atas merupakan besaran turunan, oleh karenanya dimensi dan
satuannya dapat diturunkan dari besaran pokok menurut Sistem Internasional (tabel
….)
a. Volume = panjang x lebar x tinggi Dimensi dari volume dituliskan sebagai [ V ]
[ V ] = [ panjang ] x [ lebar ] x [ tinggi ]
‘13 8
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
[ V ] = L . L . L = L3
Oleh karena itu gaya dapat diperoleh dengan mengubah lambang-lambang dimensi
besaran pokok di atas dengan satuan dari besaran-besaran pokok.
Jadi, satuan dari volume (V) = m . m . m = m3 Jarak b. Kecepatan = --------
Waktu
[ Jarak ] Kecepatan = ----------- [ Waktu ]
L
[ v ] = ----- = L t-1
T
Dengan cara yang sama pada jawaban (a) di atas, maka dari kecepatan v = ms-1
kecepatan
c. Percepatan = --------------
Waktu
LT-1
[ a ] = ------ = L T-2
T
Satuan dari percepatan = m s-2
d. Gaya = massa x percepatan
[ F ] = [ massa ] x [ percepatan ]
[ F ] = M . L T-2
Jadi satuan dari F adalah kg m s-2 atau kg m s-2
e. Momentum (p) merupakan perkalian antara massa (m) dan kecepatan
(v) [ p ] = [ m ] [ v ] = M . L T-1
Jadi satuan dari p adalah kg m s-1 atau kg . m/s
‘13 9
Mekanika Fluida dan Hidrolika Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Acep Hidayat, ST. MT. http://www.mercubuana.ac.id
2. Menentukan apakah dua besaran mempunyai kesetaraan atau kesamaan
Buktikan bahwa besaran energi (E = ½ mv2) mempunyai dimensi sama dengan usaha W = F s, dengan m, v, F, dan s berturut-turut massa, kecepatan (laju), gaya, dan perpindahan.
Jawab
Energi (E) mempunyai dimensi massa dikali dengan kuadrat dimensi kecepatan.
Pada contoh 1, sudah kita ketahui bahwa dimensi massa adalah M dan dimensi laju
L T-1. Oleh karena itu dimensi dari Energi [E] adalah
[ E ] = M L2 T-2
.
DAFTAR PUSTAKA
Daftar Pustaka:
1. Irving H. Shames “Mechanics of Fluids”, McGraw Hill, 1982 2. White, F.M., “Open Channel Flow”, Prentice Hall, 1993 3. Ned H.C. Hwang,”Fundamentals of Hydraulic Engineering System”, Prentice Hall,
1987 4. Ven Te Chow “Open Channel Hydraulics”, McGraw Hill, 1982 5. Robert W. Fox, Alan T. Mc Donald, Philip J. Pritchard “Introduction to Fluid
Mechanics”, John Wiley & Sons Inc. 2004 6. Linsley, R., K., and Franzini, J., B, “Water Resources Engineering” McGraw-Hill
Book Company 7. Departemen Kimpraswil, Dirjen Sumber Daya Air, “Pedoman Perencanaan
Sumberdaya Air Wilayah Sungai”