Pengertian Hukum Bernoulli Serta Penerapannya Pada Mekanika Fluida

Aliran fluida dalam pipa dapat diamati dengan menggunakan prinsip Hukum Bernoulli. Hukum persamaan ini mengamati hubungan luas permukaan terhadap tekanan yang dihasilkan pada sistem perpipaan. 

Hukum Bernoulli menjadi pegangan untuk menyelesaikan masalah mekanika fluida, perpipaan, hingga perkondisian udara. Sebab, selama sistem tertutup masih memanfaatkan fluida, selama itu juga persamaan bernoulli akan tetap ada.

Maka, tidak heran kalau dalam mata kuliah mekanika fluida, materi tentang hukum bernoulli selalu ada. Tetapi pernahkah kamu mengenali bagaimana persamaan ini bisa lahir dan digunakan oleh orang teknik.

Sejarah lahirnya persamaan Bernoulli

Persamaan ini ditemukan oleh seorang yang bernama Daniel Bernoulli. Ia merupakan matematikawan yang lahir di Groningen, Belanda pada 8 Februari 1700.

Semasa mudanya, ia menyelesaikan kuliah filsafat di Universitas Basel. Diluar itu, ia juga mempelajari ilmu kedokteran dan berhasil menemukan pengaplikasian matematika untuk kedokteran. Keputusannya belajar kedokteran dikarenakan ayahnya, Johann Bernoulli.

Sang ayah tidak ingin Daniel Bernoulli belajar matematika. Namun keinginan Daniel tentang matematika begitu kuat, Johann memutuskan untuk ngajarin secara pribadi. 

Tahun 1738, Daniel Bernoulli mempublikasikan penelitiannya terkait fluida mekanis dalam tulisan berjudul Hydrodynamica. Dalam tulisan itu, ia menjelaskan tentang dasar teori kinetik dan hubungannya dengan Hukum Boyle.

Ia menerapkan gagasan konservasi energi ke dalam fluida bergerak berdasarkan pemahaman yang ia pelajari dari sang ayah. Lewat penelitian itu, Daniel Bernoulli melahirkan Hukum Bernoulli yang menjelaskan tentang gaya angkat pesawat. 

Prinsip dari Hukum Bernoulli

Prinsip dari persamaan Bernoulli menyatakan tingkat kecepatan dinamis berbanding terbalik dengan tingkat tekanan fluida yang terjadi selama perpindahan. Makin cepat fluida berpindah, makin kecil tekanan yang dihasilkan. Begitu sebaliknya, makin lambat fluida berpindah maka tekanannya semakin besar.

Persamaan Bernoulli hanya berlaku pada fluida yang sudah dimampatkan dan belum dimampatkan. Penerapan persamaan ini memakai operasi dasar matematika. 

Penggunaannya sendiri dapat ditemukan pada pembuatan sayap pesawat terbang sampai dengan merancang sistem perpipaan di industri.

Prinsip dari persamaan Hukum Bernoulli pada Mekanika Fluida

Hukum Bernoulli menyatakan kenaikan kecepatan aliran dari fluida menyebabkan adanya penurunan tekanan fluida secara bersamaan. Bentuk lain dari hukum ini adalah fluida yang digunakan dalam komposisi ideal yang memiliki karakteristik mengalir. 

Hukum ini memiliki beberapa asumsi yang dipakai sebagai berikut

• Fluida dalam hal ini bersifat incompressible.
• Fluida tidak memiliki inviscid atau viskositas.
• Aliran fluida tidak mengalami perubahan terhadap waktu.
• Aliran fluida laminar, sifatnya tetap dan tidak ada pusaran.
• Tidak terjadi kehilangan energi karena gesekan fluida dan dinding.
• Tidak terjadi kehilangan energi karena turbulen yang muncul.
• Tidak ada energi panas yang dikirim pada fluida.

Teorema Bernoulli memakai sistem dasar dari Hukum Kekekalan Energi. Teorema ini menyatakan hubungan laju aliran sepanjang garis arus dengan tekanan penggerak yang menyebabkan aliran fluida dan gaya konservatif yang bekerja pada suatu fluida. 

Biasanya, asumsi gaya yang digunakan adalah gaya gravitasi yang menghasilkan energi potensial yang bekerja. Persamaan teorema Bernoulli untuk mekanika fluida dapat dituliskan sebagai berikut

Tekanan + Energi Kinetik + Energi Potensial = konstan

Atau dalam bentuk matematis adalah sebagai berikut

E_M = 1/2Mv² + mgh

Apabila disubstitusikan dengan massa jenis, dapat berubah menjadi persamaan berikut

P₁+1/2pv₁²+pgh₁ = P₂+1/2pv₂²+pgh₂

Dengan

p1 = Tekanan pada ujung pipa 1 (Pascal)

p2 = Tekanan pada ujung pipa 2 (Pascal)

1 = Massa jenis fluida 1 () 2 = Massa jenis fluida 2 ()

v1 = Kecepatan aliran fluida pada pipa 1 (m/s)

v2 = Kecepatan aliran fluida pada pipa 2 (m/s)

g = Percepatan gravitasi ()

h1 = Ketinggian penampang pipa 1 (meter)

h2 = Ketinggian penampang pipa 2 (meter)

Aplikasi dari hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli tidak hanya berakhir dalam persamaan matematika saja, namun dapat diaplikasikan dalam berbagai hal. Ini tentunya memiliki manfaat dalam kehidupan sehari-hari. 

Venturimeter

Venturimeter adalah alat yang berguna untuk mengukur aliran cairan pada pipa. Bentuk venturimeter seperti pipa dengan perbedaan ukuran diameter agar dapat mengukur tekanan fluida. Peristiwa ini disebut sebagai efek venturi.

Pompa

Selain venturimeter, hukum Bernoulli pun berlaku pada pompa sebagai pemindah fluida. Selama fluida berpindah, laju debit maksimum pada tangki pada bagian dasar dapat diketahui menggunakan rumus persamaan BernoullI. Hasil dari persamaan tersebut ternyata sebanding dengan persamaan Torricelli, yang menyatakan bahwa viskositas mampu mengurangi laju debit. 

Sayap pesawat terbang

Gaya angkat pada pesawat terjadi aplikasi dari hukum bernoulli. Pada sayap pesawat, angin yang mengalir di atas sayap pesawat gerakannya lebih cepat daripada udara yang mengalir di bawah sayap. Berdasarkan persamaan tersebut menyebabkan perubahan tekanan rendah dan tekanan tinggi di permukaan udara yang membuat pesawat dapat terbang.

Alat deteksi tekanan

Pada sistem aliran fluida, kecepatan pada dua titik garis arus dan tekanan dari satu titik saja. Tetapi tidak dengan nilai tekanan. Oleh karena itu, persamaan Bernoulli berguna untuk mendeteksi tekanan.

Masker venturi

Masker venturi merupakan bentuk pengaplikasian hukum bernoulli di ranah medis. Alat ini berfungsi memberikan konsentrasi oksigen kepada pasien yang membutuhkan terapi oksigen.

Masker ini memiliki tabung yang terhubung ke nosel yang sudah tersuplai oksigen murni. Terdapat pula jendela kecil untuk mengalirkan udara ruangan ke dalam masker. 

Ketika oksigen mengalir ke dalam tabung, terjadi penurunan tekanan akibat oksigen yang lewat lubang sempit pada tabung. Udara dibiarkan mengalir ke masker melalui penurunan tekanan, yang nantinya bercampur dengan oksigen murni dari nosel.

Selami Persamaan Bernoulli lebih dalam bersama Mekanika Fluida Imam Rohani

Persamaan Bernoulli adalah dasar ilmu yang tidak bisa dipisahkan dari Mekanika Fluida. Pada sistem fluida manapun, hukum tersebut akan selalu ada.

Hanya saja penerapan dari persamaan Bernoulli itu sangat terkustomisasi, artinya menyesuaikan dengan kasus yang terjadi di industri. Agar dapat menyelesaikan masalah mekanika fluida di industri, Anda membutuhkan buku panduan dari Iman Rohani yang berjudul Mekanika Fluida Untuk Bidang Ilmu Rekayasa.

Dapatkan buku Mekanika Fluida Untuk Bidang Ilmu Rekayasa hanya di Tokopedia.