2 Contoh Soal Hukum Bernoulli, Pengertian dan Rumusnya
Ragam Info
·waktu baca 4 menit
Tulisan dari Ragam Info tidak mewakili pandangan dari redaksi kumparan
PerbesarDalam ilmu Fisika, contoh soal hukum Bernoulli perlu dicermati dengan baik. Pasalnya, hukum Bernoulli ini berisi tentang persamaan pokok hidrodinamika untuk fluida mengalir dengan arus streamline.
Pada hukum ini berlaku hubungan antara tekanan, kecepatan alir, dan tinggi tempat dalam garis. Syarat hukum ini haruslah tidak ada gesekan sehingga terjadi pada zat cair ideal. Hukum ini berlaku pula untuk gas hanya saja massa jenis gas bisa berubah-ubah.
Pengertian Hukum Bernoulli
Mengutip dari buku Sistem Kontrol Elektropneumatik SMK/MAK Kelas XI, Eka Triaryanto, S.Pd. dkk (2021:14-15), hukum Bernoulli merupakan sebuah hukum yang menjelaskan tentang besar kecilnya tekanan dari fluida yang bergerak dan proses berkurangnya tekanan ketika fluida tersebut bergerak lebih cepat.
Fluida yang disebut dalam hukum Bernoulli ialah fluida ideal yang sudah memenuhi karakteristik mengalir dari aliran lunak, garis-garis dan tak kental.
Berlakunya hukum Bernoulli pada saat kelajuan alir fluida itu besar, maka tekanannya menjadi kecil. Ada beberapa peristiwa berlakunya hukum Bernoulli dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, gerak boomerang, gaya angkat pada pesawat terbang, tembakan pisang, dan lain sebagainya.
Rumus Hukum Bernoulli
Hukum ini merupakan salah satu hukum kekekalan energi mekanik (HKEM) yang diterapkan pada fluida sehingga HKEM tersebut dinyatakan per satuan volume. Hukum dalam ilmu Fisika ini menyatakan bahwa "Apabila kecepatan fluida tinggi, maka tekanan akan rendah, dan bilamana kecepatan fluida rendah, tekanannya akan tinggi."
Aliran fluida akan bertambah cepat dari titik terendah ke titik tinggi, oleh karenanya tekanan di titik tertinggi harus kurang dari tekanan di titik terendah agar fluida tidak mengalir lambat atau termampatkan.
Dari pernyataan di atas, hukum Bernoulli dapat dirumuskan menggunakan persamaan berikut ini.
P + 1/2 ρ. v² + ρ . g . h atau P1 + 1/2 ρ . v²1 + ρ . g . h1 = P2 + 1/2 ρ . v²2 + ρ . g . h2
Keterangan:
ρ = tekanan (N/m²)
v = kecepatan aliran fluida (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
h = ketinggian pipa dari tanah (m)
Contoh Soal Hukum Bernoulli
Setelah mengetahui pengertian dan rumus hukum Bernoulli, pembaca dapat mengetahui contoh soal hukum Bernouli. Adanya contoh soal dan cara mengerjakannya ini dapat meningkatkan pemahaman konsep tentang salah satu hukum di ilmu Fisika. Berikut ini contoh soal dan penyelesaiannya yang bisa diketahui.
1. Air (ρ = 1,6 × 10³ kg/m3) mengalir melewati pipa mendatar yang makin mengecil. Pada ujung pipa yang besar air melalui kelajuan 6,0 m/s. Perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa adalah 5,6 kPa. Kelajuan air di ujung pipa yang kecil adalah ...
Pembahasan:
Diketahui:
∆P = 5,6 kPa = 5.600 Pa
v1 = 6 m/s
ρ = 1.600 kg/m³
Jawab:
Persamaan Bernoulli:
P1 + ρ . g . h1 + 1/2 ρ . v²1 = P2 + ρ . g . h2 + 1/2 ρ . v²2
Jika h1 = h2, maka:
P1 – P2 = 1/2 ρ . v²2 – 1/2 ρ . v²1
∆P = 1/2 ρ (v²2 – v²1)
5.600 = 1/2 1.600 (v²2 – 36)
56 = 8 (v² 2 – 36)
7 = v²2 – 36
v²2 = 43
v2 = 6,557... m/s
Jadi, kelajuan air di ujung pipa yang kecil adalah 6,557.. m/s.
2. Sebuah pipa berbentuk "S" dialiri air. Luas penampang besar 10 cm² dan penampang kecil 5 cm². Apabila kecepatan aliran air pada pipa besar 2 m/s² dengan tekanan 40 kilopascal maka tekanan pada pipa kecil adalah....
(ρ air = 10³ kg/m²)
Pembahasan:
Diketahui:
Aliran air yang melalui penampang kecil dengan menggunakan rumus debit aliran.
A1.v1 = A2.v2
10 × 2 = 5 × v²
v2 = 4 m/s
Selanjutnya gunakan hukum Bernoulli.
P1 + ρ . g . h1 + 1/2 ρ . v²1 = P2 + ρ . g . h2 + 1/2 ρ . v²2
4 × 10⁴ + 10³ × 10 × 0 + 1/2 × 10³ × 2² = P2 + 10³ × 10 × 0,6 + 1/2 × 10³ ×4²
40.000 + 2.000 = P2 + 6.000 + 8.000
42.000 = P2 + 14.000
P2 = 28.000
Jadi, tekanan pada pipa yang berpenampung kecil adalah 28 kPa.
Baca juga: Energi Mekanik: Pengertian, Rumus dan Contoh Soalnya
Pada dasarnya hukum Bernoulli berguna untuk menghitung tekanan fluida. Adapun contoh soal hukum Bernoulli dapat meningkatkan pemahaman konsep tentang hukum tersebut. (NTA)