APLIKASI HUKUM BERNOULLI

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa tekanan dari fluida yang bergerak seperti udara berkurang ketika fluida tersebut bergerak lebih cepat. Hukum Bernoulli ditemukan oleh Daniel Bernoulli, seorang matematikawan Swiss yang menemukannya pada 1700-an. Bernoulli menggunakan dasar matematika untuk merumuskan hukumnya.

Terdapat beberapa Asumsi Hukum Bernoulli diantaranya:

• Fluida tidak dapat dimampatkan (incompressible) dan nonviscous. 
• Tidak ada kehilangan energi akibat gesekan antara fluida dan dinding pipa. 
• Tidak ada energi panas yang ditransfer melintasi batas-batas pipa untuk cairan baik sebagai keuntungan atau kerugian panas. 
• Tidak ada pompa di bagian pipa
• Aliran fluida laminar (bersifat tetap)

Rumus Hukum Bernoulli:

 

Dari persamaan diatas, hukum bernoulli menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal.

Keterangan:

P = Tekananal (Pascal)
v = kecepatan (m/s)
p = massa jenis fluida (kg/m^3)
h = ketinggian (m)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)

Aplikasi Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli bermanfaat bagi kehidupan manusia, beberapa aplikasi penerapan hukum bernoulli adalah sebagai berikut

Penerapan Hukum Bernoulli Dalam Kehidupan Sehari-hari Dalam kehidupan sehari-hari sadar ataupun tidak sadar, segala aktivitas yang kita lakukan dari pagi hari sampai terbenamnya matahari merupakan penerapan berbagai disiplin ilmu sains khusus dalam bidang fisika. Dari penerapan gerak, fluida dan lain sebagainya.

 Hukum Bernoulli memiliki penerapan yang beragam yang ada hubungannya dengan aliran fluida, baik aliran zat cair maupun gas. Penerapan tersebut sebagian besar dimanfaatkan dalam bidang teknik dan ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan aliran fluida. Misalnya dalam teknologi pesawat terbang Hukum Bernoulli tersebut dimanfaatkan untuk merancang desain sayap pesawat terbang. Dalam bidang yang lain misalnya desain bentuk mobil yang hemat bahan bakar, kapal laut dan sebagian alat ukur yang dapat digunakan dalam suatu peralatan pengendali kecepatan dan sebagainya.

Penerapan asas Bernoulli demi meningkatkan kesejahteraan hidup manusia, diantaranya adalah :

Karburator

Karburator adalah alat dalam mesin kendaraan yang berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara lalu campuran ini dimasukkan ke dalam silinder mesin untuk pembakaran. Prinsip kerja Karbulator adalah seperti penampang pada bagian atas jet menyempit, sehingga udara yang mengalir pada bagian ini bergerak degnan kelajuan yang tinggi, sesuai dengan asas bernoulli, tekanan pada bagian ini rendah. Tekanan didalam tangki bendin sama dengan tekanan atmosfer. Tekanan atmosfer memaksa bahan bakar ( bensin atau solar) tersembur keluar melalui jet, sehingga bahan bakar bercampur dengan udara sebelum memasuki silinder mesin.

Venturimeter

Venturimeter adalah alat untuk mengukur kelajuan cairan dalam pipa. Ada dua jenis venturimeter, yaitu : venturimeter tanpa manometer dan venturimeter menggunakan manometer yang berisi cairan lain. Prinsip keduanya hampir sama. Tabung venturi merupakan tabung atau pipa yang mempunyai penyempitan di salah satu bgiannya. Karena kedudukan tabung mendatar maka h1 = h2, sehingga persamaan Bernoulli cukup ditulis:
P1 – P2 = (1/2 〖PV_2〗^2- 1/2 〖PV_1〗^2 ) …………………………… (1)
Menurut persamaan hidrostatis
P1 = P0 + gh1
P2 = P0 + gh2
P0 = tekanan atmosfer
Selisih tekanan antara p1 dan p2 adalah:
P1 – P2 = Pgh1 – Pgh2 atau P1 –P2 = Pg (h1 – h2) …………………………….......... (2)

Persamaan menunjukkan bahwa selisih tekanan p1 dan p2 sama dengan tekanan hidrostatis zat cair setinggi h. selanjutnya masukkan persamaan (2) ke persamaan (1) maka diperoleh:

Pgh = ½PV22 - ½PV12
gh = ½ V22 - ½ V12

Tabung Pitot

Tabung pitot adalah alat untuk mengukur kelajuan gas dalam pipa dari tabung gas. Gas (misalnya udara) mengalir melalui lubang-lubang. Lubang-lubang ini sejajar dengan arah aliran yang dibuat cukup jauh dibelakang sehingga kelajuan dan tekanan gas diluar lubang-lubang tersebut mempunyai nilai seperti halnya dengan aliran bebas. Lubang dari lengan kanan manometer tegak lurus terhadap aliran sehingga kelajuan gas berkurang sampai kenol di b. Pada titik ini gas berada dalm keadaan diam. Tekanan pada kaki manometer sama dengan tekanan di b.
Perhatikan gambar berikut ini :

Lubang pada titik 1 sejajar dengan aliran udara. Posisi kedua lubang ini dibuat cukup jauh dari ujung tabung pitot, sehingga laju dan tekanan udara di luar lubang sama seperti laju dan tekanan udara yang mengalir bebas. Dalam hal ini, v1 = laju aliran udara yang mengalir bebas (ini yang akan kita ukur), dan tekanan pada kaki kiri manometer (pipa bagian kiri) = tekanan udara yang mengalir bebas (P1). Lubang yang menuju ke kaki kanan manometer, tegak lurus dengan aliran udara. Karenanya, laju aliran udara yang lewat di lubang ini (bagian tengah) berkurang dan udara berhenti ketika tiba di titik 2. Dalam hal ini, v2 = 0. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan udara di titik 2 (P2).

Ketinggian titik 1 dan titik 2 hampir sama (perbedaannya tidak terlalu besar) sehingga bisa diabaikan. Ingat ya, tabung pitot juga dirancang menggunakan prinsip efek venturi. Mirip seperti si venturi meter, bedanya si tabung petot ini dipakai untuk mengukur laju gas alias udara. Karenanya, kita tetap menggunakan persamaan efek venturi.

Penyemprot Parfum

Prinsip kerja penyemprot parfum atau yang sejenisnya, juga menggunakan prinsip Bernoulli. Perhatikan gambar di bawah (gambaran umum saja, bagaimanapun setiap pabrik mempunyai rancangan yang berbeda).

Secara garis besar, prinsip kerja penyemprot parfum bisa digambarkan sebagai berikut. Ketika bola karet diremas, udara yang ada didalam bola karet meluncur keluar melalui pipa 1. Karenanya, udara dalam pipa 1 mempunyai laju yang lebih tinggi. Karena laju udara tinggi, maka tekanan udara pada pipa 1 menjadi rendah. Sebaliknya, udara dalam pipa 2 mempunyai laju yang lebih rendah. Tekanan udara dalam pipa 2 lebih tinggi. Akibatnya, cairan parfum didorong ke atas. Ketika cairan parfum tibadi pipa 1, udara yang dihasilkan dari dalam bola karet mendorongnya keluar, cairan parfum akhirnya keluar membasahi tubuh.

Biasanya lubang berukuran kecil, sehingga parfum dapat keluar dengan cepat (persamaan kontinuitas, seandainya luas penampang kecil, maka fluida bergerak lebih cepat. Sebaliknya, seandainya luas penampang pipa besar, maka fluida bergerak pelan).

Gaya Angkat Pesawat Terbang

Timbunya gaya angkat ada pesawat tebang disebabkan oleh adanya aliran udara yang melalui sayapnya yang dibentuk sedemikian. Gambar 1.32 melukiskan bentuk umum penampang sayap pesawat terbang. Pada waktu pesawat bergerak maju, dibagian bawah sayap hampir tidak jadi pemampatan garis arus, tetapi dibagian atas sayap terjadi pemampatan garis arus. Udara dibagian atas harus bergerak lebih cepat daripada udara dibagian bawah sayap (V2 > V1). Perbedaan kecepatan ini menyebabkan perbadaan tekanan diata dan dibawah sayap. Sesuai azas Bernoulli, bila V2 > V1 maka P2 < P1 (tekanan diatas sayap lebih kecil dari pada tekanan dibawah sayap). Selisih gaya yang bekerja dari bawah dengan gaya yang bekerja dari atas merupakan gaya angkat bagi pesawat.

Pada waktu pesawat tinggal landas gaya angkat harus lebih besar dari pada berat pesawat. Sedangkan pada waktu pesawat melayang di udara sekurang-kurangnya gaya angkat harus sama dengan berat pesawat. Besar dan kecilnya gaya engkat ini tentu bergantung pada besar kecilnya kecepatan pesawat dari hasil gayan dorong mesinnya (motor jet). Bila kecepatan pesawat tidak cukup menghasilkan gaya angkat yang lebih besar dari pada beratnya, maka pesawat tak dapat terbang. Atau pesawat akan jatuh dari keadaan terbangnya bila gaya angkatnya lebih kecil dari pada beratnya.

Salah satu faktor yang menyebabkan pesawat bisa terbang adalah adanya sayap. Bentuk sayap pesawat melengkung dan bagian depannya lebih tebal dari pada bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti ini dinamakan aerofoil. Ide ini ditiru dari sayap burung. Bentuk sayap burung juga seperti itu (sayap burung melengkung dan bagian depannya lebih tebal). Bedanya, sayap burung bisa dikepakkan, sedangkan sayap pesawat tidak. Burung bisa terbang karena ia mengepakkan sayapnya, sehingga ada aliran udara yang melewati kedua sisi sayap. Agar udara bisa mengalir pada kedua sisi sayap pesawat, maka pesawat harus digerakkan maju. Manusia menggunakan mesin untuk menggerakan pesawat (mesin baling-baling atau mesin jet).

Bagian depan sayap dirancang melengkung ke atas. Udara yang mengalir dari bawah berdesak-desakan dengan udara lainnya yang ada diatas. Mirip seperti air yang mengalir dari pipa yang penampangnya besar ke pipa yang penampangnya sempit. Akibatnya, laju udara di atas sayap meningkat. Karena laju udara meningkat, maka tekanan udara menjadi kecil. Sebaliknya, laju aliran udara di bawah sayap lebih rendah, karena udara tidak berdesak-desakan (tekanan udaranya lebih besar). Adanya perbedaan tekanan ini, membuat sayap pesawat didorong ke atas. Karena sayapnya menempel dengan badan pesawat, maka badan pesawat ikut terangkat. Prinsip Bernoulli ini hanya salah satu faktor yang menyebabkan pesawat terangkat. Penyebab lain adalah momentum. Biasanya, sayap pesawat dimiringkan sedikit ke atas. Udara yang mengenai permukaan bawah sayap dibelokkan ke bawah. Karena pesawat punya dua sayap, yakni dibagian kiri dan kanan, maka udara yang dibelokkan ke bawah tadi saling bertumbukan. Perubahan momentum molekul udara yang bertumbukkan menghasilkan gaya angkat tambahan. Kalau kita perhatikan, bentuk dasar sebuah sayap pesawat terbang adalah seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini. Perhatikan bahwa dasar sayap adalah datar. Sedangkan permukaan atas sayap melengkung dengan sudut tertentu. Bentuk ini yang menyebabkan perbedaan tekanan antara bagian atas dan bagian bawah sayap mendorong pesawat ke atas.

Ini adalah aplikasi dari ide Bernoulli (1700-1782). Memang kalau kita mempelajari aerodinamika lebih dalam, teori ini mungkin tidak berlaku lagi pada kecepatan tertentu, tapi ide Bernoulli masih merupakan prinsip dasar dari cara kerja sebuah sayap pesawat. Seorang penerbang tidak memerlukan aplikasi rumit dari persamaan Bernoulli, tapi dapat memahami cara kerja pesawat dengan memahami hukum fisika dari persamaan tersebut. Bernoulli mengatakan bahwa, dalam sebuah streamline perbandingan antara tekanan fluida (udara dalam hal ini juga adalah fluida), dan kecepatannya adalah konstan.

Jadi dalam gambar kedua, terlihat bahwa di dalam pipa di atas titik B dengan kecepatan yang lebih rendah maka tekanannya akan lebih tinggi.Sedangkan di atas titik A, karena pipa yang dilewati fluida lebihsempit maka kecepatan menjadi lebih tinggi dan ternyata tekanannya menjadi lebih rendah.Jika anda membutuhkan rumus teori ini dapat dicaridi Internet dengan mudah dengan kata kunci Bernoulli.

Minuman Dengan Pipet atau Penyedot

Prinsip Bernoulli berlaku juga ketika menghisap atau menyedot air menggunakan pipet, sebenarnya kita membuat udara dalam pipet bergerak lebih cepat. Dalam hal ini, udara dalam pipet yang nempel ke mulut kita mempunyai laju lebih tinggi. Akibatnya, tekanan udara dalam bagian pipet itu menjadi lebih kecil. Nah, udara dalam bagian pipet yang dekat dengan minuman mempunyai laju yang lebih kecil. Karena lajunya kecil, maka tekanannya lebih besar. Perbedaan tekanan udara ini yang membuat air atau minuman yang kita minum mengalir masuk ke dalam mulut kita. Dalam hal ini, cairan itu bergerak dari bagian pipet yang tekanan udaranya tinggi menuju bagian pipet yang tekanan udaranya rendah.