Hukum Bernoulli merupakan salah satu hukum yang berlaku pada fluida dinamik. Dalam Hukum Bernoulli terdapat persamaan bernoulii yang mendasari seluruh aplikasi-aplikasinya.
Persamaan Bernoulli berhubungan dengan tekanan, kecepatan dan ketinggian dari dua titik aliran fluida dengan massa jenis tertentu. Lalu apa itu Hukum Bernoulli? Apa bunyi Hukum Bernoulli?
Untuk lebih jelasnya, dibawah ini akan dijelaskan secara lengkap tentang Hukum Bernoulli meliputi konsep, bunyi, persamaan, rumus dan contoh soal dengan penjelasan terlengkap.
Baca Juga : Fluida Statis Dinamis dan Penjelasannya
Bunyi Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli ditemukan oleh ilmuwan asal Jerman, yaitu Daniel Bernoulli pada tahun 1738.
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa kenaikan kecepatan aliran fluida akan menyebabkan penurunan tekanan fluida secara bersamaan atau penurunan energi potensial fluida tersebut.
Pernyataan hukum Bernoulli yaitu jumlah dari tekanan, enerti tiap volume dan energi potensial tiap volume di setiap titik sepanjang aliran fluida adalah sama. Yang artinya ketika aliran fluida meningkat maka tekanan fluida tersebut akan turun. Energi potensial pada fluida juga akan turun, sedangnya ketika kecepatan aliran fluida turun maka tekanan fluida akan naik.
Baca Juga : Fisika Kuantum dan Pejelasannya
Konsep Dasar Hukum Bernoulli
Saat belajar tentang fluida dinamik, kita juga akan mempelajari tentang hukum bernoulli. Dimana ketika terdapat pipa horizontal dengan luas penampang yang berbeda dan pada setiap luas penampang yang berbeda tersebut terdapat pipa peyangga vertikal yang saing berhubungan dan berisi zat cair (Air).
Dengan demikian maka tinggi permukaan air yang ada dalam pipa vertikal tidak akan sama. Hal tersebut terjadi karena ketinggian zat cair pada pipa vertikal dipengaruhi oleh luas penampang pipa horizontal.
Luas penampang pada pipa horizontal yang lebih besar akan menghasilkan tekanan yang juga lebih besar, sehingga menyebabkan tinggi air pada pipa vertikal lebih rendah dibandingkan tinggi air pada pipa vertikal dengan luas penampang pada pipa horizontal yang lebih kecil.
Berdasarkan asas kontinuitas, ketika air mengalir pada pipa yang luas penampangnya kecil, maka akan memiliki kecepatan yang lebih besar.
Daniel Bernoulli menyimpulkan bahwa pada fluida yang mengalir dengan kecepatan lebih tinggi akan diperoleh tekanan yang lebih kecil. Jika dilihat ketika fluida bergerak pada ketinggian dan luas penampang yang berbeda, maka akan tampak seperti gambar dibawah ini:
Jika ditinjau secara mekanika, pada ketinggain h2 energi potensil yang dimiliki fluida jauh lebih besar dibandingkan energi potensial yang dimiliki fluida pada ketinggan h1.
Hal tersebut tentunya berkaitan dengan bunyi hukum bernoulli diatas, bahwa tekanan pada fluida akan semakin kecil jike terjadi penambahan ketinggian pada pipa. Sehingga dapat disimpulkan bahwa tekanan fluida pada ketinggian h2 lebih rendah dengan tekanan fluida pada ketinggian h1.
Baca Juga : Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit
Persamaan Hukum Bernoulli
Persamaan Hukum Bernoulli berkaitan dengan tekanan, kecepatan dan ketinggian dari dua titik aliran fluida dengan massa jenis tertentu. Persamaan tersebut berdasarkan kekekalan energi mekanik dan tekanan, dimana:
Tekanan + Ekinetik + Epotensial = konstan
atau
P1 + 1/2ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv22 + ρgh2
Ket:
P = Tekanan (pascal)
ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)
v = Kecepatan aliran fluida (m/s)
g = gaya gravitasi (m/s2)
h = ketinggian (m)
Baca Juga : Laju Reaksi dan Penjelasannya
Penerapan Hukum Bernoulli Dalam Kehidupan Sehari-hari
Dalam kehidupan sehari-hari, hukum bernoulli dimanfaatkan pada beberapa aplikasi, yaitu:
- Pipa venturimeter (alat yang digunakan untuk mengukur kelajuan aliran zat cair),
- Manometer (alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara di ruang tertutup),
- Tabung pipot (alat untuk mengukur kelajuan gas dalam pipa),
- Perhitungan gaya angkat (lift) pada sayap pesawat,
- Perhitungan untuk mencari tekanan yang hilang pada aliran (pressure losses),
- Parfum dan obat nyamuk semprot,
- Toricelli.
Contoh Soal Hukum Bernoulli
Soal 1:
Sebuah pipa horizontal mempunyai luas 0,1 m2 pada penampang pertama dan 0,05 m2 pada penampang kedua. Laju aliran dan tekanan fluida pada penampang pertama berturut-turut 5 m/s dan 2 x 105 N/m2. Jika massa jenis fluida yang mengalir 0,8 g/cm3, tentukan besarnya tekanan fluida di penampang kedua!
Pembahasan:
Diketahui:
A1 = 0,1 m2
A2 = 0,05 m2
v1 = 5 m/s
P1 = 2 x 105 N/m2
ρ1 = ρ2 = 0,8 g/cm3
h1 = h2 = 0 (posisi horizontal)
Ditanya: P2 =…?
Penyelesaian:
Terlebih dahulu tentukan kecepatan aliran fluida pada penampang kedua dengan persamaan kontinuitas berikut ini:
A1v1 = A2v2
0,1 x 5 = 0,05v2
Setelah itu, gunakan persamaan Hukum Bernoulli untuk menghitung tekanannya:
P1 + ⅟2 p1v12 + ρ1gh1 = p2 + ⅟2 p2v22 + ρ2gh2
= 200.000 + (⅟2 x 800 x 52) + (800 x 10 x 0) = p2 + (⅟2 x 800 x 52) + (800 x 10 x 0)
= 200.000 + 10.000 = p2 + 40.000
p2 = 170.000 N/m2 = 1,7 x 105 N/m2
Jadi, tekanan pada penampang kedua adalah ,7 x 105 N/m2.
Soal 2.
Sebuah penampungan air yang cukup besar memiliki permukaan air 70cm dari dasar penampung air. Namun penampung air tersebut memiliki lubang atau kebocoran. Hitunglah besar kecepatan aliran air pada lubang tersebut!
Pembahasan
Diketahui :
h1 = 70 cm = 0,7 m
P1 = P2 ; v1 = 0
ρair = 1000 Kg/m3
g = 10 m/s2
Ditanya: v2 = ?
penyelesaian:
P1 + ⅟2ρv12 + ρgh1 = P2 + ⅟2ρv22 + ρgh2
P1 + 0 + ρ.g(0.7m) = P2 + ⅟2ρv22 + 0
ρ.g(0.7m) = ⅟2ρv22
10.(0.7m) = ⅟2v22
v2 = √2(10ms2)(0.7m)
v2 = 3,74 m/s
Baca Juga : Benzena dan turunannya
Demikian artikel mengenai Hukum Bernoulli dan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.