4.lecture_fisika 1_tgl_mekanika zat padat & fluida-wk11
TRANSCRIPT
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
1/12
FISIKA DASAR 1MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA
I Gde Budi Indrawan, Ph.D.
Email: [email protected]
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAPendahuluan
Sifat solid - liquid - gas
Gas: compressible (change in volume when compressed).
Solid & liquid: incompressible (no change in volume when
compressed).
2Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
2/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAKerapatan
Kerapatan Rasio massa terhadap volume = m/V
Kerapatan air berubah dengan temperatur.
air pada 4 C 103kg/m3
3Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAKerapatan
Berat Jenis vs. Kerapatan Berat
Berat Jenis
= rasio kerapatan zat terhadap kerapatan air = specific
gravity
Kerapatan Berat
= rasio berat benda terhadap volume = g = w/V = mg/V
4Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
3/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangan
dan Regangan
Benda padat dikenakan gayaakan mengalami deformasi
(elastic & plastic)
Tegangan = F/A
Regangan = L/L0
Sifat mekanika benda padat
Youngs modulus E = /
Poisson ratio = W/ L
5Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
PLASTIC /DUCTILE BEHAVIOR
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangandan Regangan
Contoh deformasi pada batuan
6Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
Christopher Rawluk (http://ww w.geologyforinvestors.com/)
www.eeescience.utoledo.edu
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
4/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangan
dan Regangan
Tegangan pada benda padat
7Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanandalam Fluida
Like the solid, fluid can sustain a force normal to its
surface.
However, unlike the solid, fluid cannot sustain the forces
parallel to its surface.
8Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
5/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanan
dalam Fluida
Tekanan dalam Fluida Analog dengan tegangan normal pada
benda padat
Definisi: P = F/A ; Satuan: N/m2atau
Pascal (Pa)
Sifat mekanika fluida
Bulk modulus B = - P/(V/Vo)
Tanda (-) untuk membuat B (+) karena
pengurangan volume benda ketikadiberi tekanan.
9Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanandalam Fluida
Kompresibilitas k = 1/B = - (V/Vo)/P
Nilai B & k tergantung pada pada tekanan &
temperatur.
kzat cair dan zat padat < kgas
Bzat cair dan zat padat > kgas
Dalam kondisi hidrostatis, tekanan air bertambah
dengan bertambahnya kedalaman.
Tekanan air di dasar kolom P:
P = P0+ gh
dimana P0= tekanan air di permukaan.
10Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
6/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanan
dalam Fluida
Ph> P0 P adalah sama pada setiap titik pada
kedalaman yang sama.
PrinsipPascal: tekanan yang diberikan pada
suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa
berkurang ke tiap titik dalam fluida dan dinding
bejana.
Aplikasi: dongkrak hidrolik F1/A1= F2/A2
11Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATekanandalam Fluida
12Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
7/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAGaya Apung
dan Prinsip Archimedes
Benda yang ditimbang dalam air akanmemiliki berat yang lebih kecil dari benda
yang ditimbang di udara.
Air memberikan gaya ke atas yang
sebagian mengimbangi gaya berat.
Gaya apung B:
Gaya yang dikerahkan fluida pada benda
yang tenggelam di dalamnya.
B = F2F1dimana F1& F2= gaya fluida
menekan benda ke bawah dan ke atas.
B karena Pdi bawah > Pdi atas13Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAGaya Apungdan Prinsip Archimedes
Prinsip Archimedes:
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya
atau sebagian dalam fluida diangkat oleh
sebuah gaya yang sama dengan berat fluida
yang dipindahkan.
14Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
8/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAGaya Apung
dan Prinsip Archimedes
Berat benda ws= sgVs Berat fluida yang dipindahkan wf= fgVf = B
dimana f= kerapatan fluida; V = volume fluida
yang dipindahkan.
Benda tenggelam dalam fluida
Jika B < ws
fgVf sgVs
Karena volume fluida yang dipindahkan Vf=
volume benda Vs:
f >s
16Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
B
ws
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
9/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAGaya Apung
dan Prinsip Archimedes
17Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATeganganPermukaan dan Kapilaritas
Keberadaan air dalam tanah di dekat permukaan disebabkan
oleh kapilaritas.
Kapilaritas terjadi akibat tegangan permukaan yang berasal
dari perbedaan gaya tarik menarik antar molekul pada bidang
batas material (ex: air, udara, dan pipa gelas).
Gaya kohesi: gaya tarik-menarik antar molekul cairan.
Gaya adhesi: gaya tarik-manarik antara molekul cairandengan molekul bahan lain (ex: dinding pipa gelas).
18Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
10/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangan
Permukaan dan Kapilaritas
Jika gaya adhesi > gaya kohesi, cairan akanmembasahi permukaan bahan lain (ex:
gelas) dan permukaan cairan konkaf ke
atas.
Jika gaya adhesi < gaya kohesi, cairan tidak
membasahi permukaan bahan lain (ex:
gelas) dan permukaan cairan konveks.
19Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATeganganPermukaan dan Kapilaritas
Bila permukaan cairan konkaf ke atas,
tegangan permukaan F pada dinding pipa
memiliki komponen ke atas yang
menyebabkan cairan naik dalam pipa hingga
gaya ke atas diibangi berat cairan.
Gaya ke atas = F cos c
Seluruh panjang permukaan kontak, gaya ke
atas = 2r F cos c
Volume cairan dalam pipa = r2h
Berat cairan dalam pipa = (r2h)g
20Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
11/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATegangan
Permukaan dan Kapilaritas
Pada kondisi kesetimbangan Fvertical = 02r F cos c = (r
2h)g atau
h = 2F cos c / rg
dimana F = 0,073 N/m untuk air pada 20 C;
c = 0 atau cos c = 1 untuk air.
21Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDATeganganPermukaan dan Kapilaritas
22Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
(Holtz and Kovacs, 1981)
-
7/21/2019 4.Lecture_Fisika 1_TGL_Mekanika Zat Padat & Fluida-WK11
12/12
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAFluida
Bergerak dan Persamaan Bernoulli
Aliran fluida mengalir secara laminardalam pipa dengan luas penampang
berubah mengikuti persamaan kontinuitas:
A1v1t = A2v2t
A1v1= A2v2
dimana Av = Iv= laju aliran volume
23Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada
IV. MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDAFluidaBergerak dan Persamaan Bernoulli
Jumlah tekanan, energi potensial, dan energi kinetik padasuatu titik dalam aliran tertutup sama dengan pada titik lain.
P1+ gy1+ v12= P2+ gy2+ v2
2
Persamaan Bernoulli: P + gy + v2= konstan
24Jurusan Teknik Geologi | Universitas Gadjah Mada