Mekanika Fluida part 1 - introduksi

Mekanika fluida merupakan cabang ilmu teknik mesin yang mempelajari keseimbangan dan gerakan gas maupun zat cair serta gaya tarik dengan benda-benda disekitarnya atau yang dilalui saat mengalir. Istilah lain adalah HYDROMECHANIC ; sedangkan HIDROLIKA merupakan penerapan dari ilmu tersebut yang menyangkut kasus-kasus teknik dengan batas-tertentu, dan semua cara penyelesaiannya.
Jadi, hidrolika membahas hukum keseimbangan dan gerakan fluida serta aplikasinya untuk hal-hal yang praktis.

Sasaran pokok dari hidrolika adalah aliran fluida yang dikelilingi oleh selubung; seperti misalnya aliran didalam saluran-terbuka & tertutup. Sebagai contoh : aliran pada sungai, terusan, cerobong dan juga pipa saluran; nozzle dan komponen-komponen mesin hidrolik. Jadi sasaran utama hidrolika adalah aliran-dalam dari fluida dengan istilah INTERNAL PROBLEMS yang berbeda dengan EXTERNAL PROBLEMS yang membahas aliran media disekeliling benda yang dicelupkan didalamnya ; seperti misalnya benda padat yang bergerak dalam air atau diudara. Khusus tentang aliran luar, teorinya banyak dibahas dalam HYDRODYNAMICS dan AERODYNAMICS yang menyangkut perencanaan kapal terbang dan kapal laut.


Perlu diingat, istilah FLUIDA didalam MEKANIKA FLUIDA mempunyai pengertian yang lebih luas dibanding yang kita lihat dalam kehidupan sehari-hari. Fluida adalah semua bahan yang cenderung berubah bentuknya
walaupun mengalami gaya-luar yang sangat kecil.

Ada perbedaan antara zat-cair dan gas. Zat cair cenderung untuk mengumpul dan membentuk tetesan ( apabila jumlahnya sedikit ) ; untuk volume yang banyak ia akan membentuk muka-bebas ( FREE SURFACE ). Sifat penting lainnya dari zat-cair, perubahan tekanan dan temperatur hampir atau sama sekali tak berpengaruh terhadap volume; sehingga dalam praktek zat cair dianggap bersifat INCOMPRESSIBLE. Sedangkan gas akan mengkerut bila mengalami tekanan dan memuai tak-terhingga besarnya bila tekanan hilang. Jadi, sifatnya betul-betul kompresibel.

Selain perbedaan tersebut, pada kondisi tertentu hukum gerakan untuk zat cair dan gas secara praktis adalah sama. Salah satu keadaan yang dimaksudkan adalah, gas mengalir dengan kecepatan yang rendah dibanding
kecepatan suara didalamnya.
Bidang hidrolika khusus mempelajari gerakan zat cair. INTERNAL FLOW dari gas hanya disinggung jika kecepatan alirnya jauh lebih rendah dibanding kecepatan suara, sehingga sifat kompresibelnya dapat kita
abaikan. Kasus demikian banyak kita jumpai dalam bidang teknik; misalnya : aliran udara dalam sistem ventilasi dan saluran-saluran gas ( AIR DUCTS ). Mempelajari kasus aliran zat cair dan juga gas-gas jauh lebih sukar dan rumit dibanding benda-padat, karena mekanika benda-padat hanya untuk partikel-partikel yang saling terikat kuat ( RIGID BODIES ) ; sedangkan mekanika fluida, yang dijadikan objek adalah media yang memiliki sangat banyak partikel-partikel dengan berbagai ragam gerakan relatifnya.
GALILEO telah membuat hukum : BAHWA JAUH LEBIH MUDAH MEMPELAJARI GERAKAN BENDA-BENDA DI-LANGIT YANG LETAKNYA JAUH DARI BUMI DIBANDING MEMPELAJARI ALIRAN YANG PANJANGNYA HANYA 1 FOOT.
Akibat kesulitan inilah maka teori mekanika fluida menimbulkan 2 pendapat yang berbeda.
Pendapat pertama adalah analisa matematika yang betul-betul teoritis dan bertolak dari rumus-rumus mekanika yang menyebabkan timbulnya ilmu hidromekanika-teoritis yang pernah disingkirkan untuk selang waktu yang cukup lama. Metode yang diutarakan merupakan cara-cara yang efektif dan pula menarik untuk bidang penelitian.

Namun cara teoritis ini banyak menemukan hambatan & kesukaran sehingga tak mampu menjawab pertanyaan dari kasus-kasus praktis. Namun tuntutan yang selalu membuntuti bidang teknik praktis akhirnya
menelorkan ilmu-baru tentang aliran fluida, yakni HIDROLIKA (HYDRAULICS) karena para ahli harus mengalihkan perhatiannya kepada experimen yang extensif dan pengumpulan data fakta agar bisa diterapkan
kepada kasus -kasus teknik. Memang semula hidrolika hanya merupakan ilmu yang sifatnya empiris murni;
namun sekarang, kita dapat pula memberikan pembuktian secara hidromekanik teoritis untuk memecahkan berbagai kasus; sebaliknya didalam hidromekanika teoritis kita banyak menerapkan experimen guna
menyesuaikan dan memudahkan membuat kesimpulan. Oleh sebab itu, garis batas yang membedakan ke–2 metode tersebut dapat dihapuskan secara berangsur-angsur.

Cara-cara penyelidikan mekanika fluida, terutama aliran fluida menurut hidrolika adalah sebagai berikut :
Kasus yang kita selidiki kita buat sesederhana mungkin dan diusahakan IDEAL, kemudian kita menerapkan hukum-hukum dari mekanika teori.
Hasil yang didapat kita bandingkan dengan data-data hasil pengujian; perbedaannya kita hitung; kemudian rumus-rumus teoritis serta jawabannya kita atur sedemikian rupa sehingga dapat diterapkan untuk hal-hal yang praktis.
Banyak kasus yang bisa timbul, yang secara praktis menentang analisa teoritis, ini kita selidiki dengan cara-cara pengukuran dan pengujian; hasil yang didapat kita pakai sebagai rumus-empiris. Oleh sebab itulah, hidrolika kita kelompokkan sebagai ilmu yang sifatnya SEMI-EMPIRIS.
Hidrolika juga merupakan ilmu-terapan selain ilmu teknik (ENGINEERING SCIENCE) karena ia muncul akibat tuntutan & kebutuhan hidup manusia dan sangat luas penggunaannya dalam bidang teknik; seperti
misalnya metode perhitungan & perencanaan bangunan-air :
– Dam – Parit & terusan (CANALS); – Pintu air (WEIRS)
– Jaring-jaring pipa saluran.

Dalam bidang permesinan :
– Pompa; – Turbin; – Fluid couplings;
– Berbagai peralatan lain dalam berbagai cabang ilmu teknik.
– Perencanaan MACHINE TOOLS.
– Bidang penuangan dan tempa logam.
– Pembuatan barang-barang plastik, dsb.

Contoh lain yang menggunakan prinsip hidrolika :
– Perencanaan canggih pesawat udara dengan fluid drives.
– Sistem bahan bakar dan pelumassan.
– SHOCK ABSORBER hidrolik.