Dr. Getbogi Hikmawan, S.Si., M.Si.

Video ini membahas tentang persamaan kontinuitas pada fluida dinamik dalam fisika dasar, khususnya pada fluida ideal. Persamaan kontinuitas menjelaskan bahwa debit fluida akan tetap konstan di setiap bagian pipa, meskipun luas penampangnya berbeda. Hal ini mengakibatkan fluida mengalir dengan kecepatan yang berbeda tergantung pada luas penampang pipa. Persamaan ini bekerja bersama persamaan Bernoulli untuk menggambarkan energi yang dimiliki oleh fluida.

Setelah kita memahami beberapa karakteristik fluida ketika kita melihatnya dalam keadaan diam

atau dalam aspek fluida statik, sudah saatnya kita akan masuk ke kajian terkait

bagaimana ketika fluida itu mengalir atau bergerak atau dalam aspek fluida dinamik.

Sebelum kita masuk ke fluida dinamik, mula-mula saya ingin menceritakan dulu

atau menjelaskan dulu tentang aspek yang ingin kita lihat, dipelajari pada fluida di fisika dasar.

Karena tentu saja kalau kita bicara soal fluida, kita harus bisa melihat fluida dari sisi yang mana.

Karena pada saat fisika dasar, kita hanya akan membahas terkait fluida ideal

dimana fluida ideal itu akan memiliki beberapa sifat khusus

yang istilahnya kalau mungkin kita coba melihat di kehidupan nyata mungkin tidak terlalu secara tetap terjadi.

Yang jelas, fluida ideal itu akan memiliki setidaknya 4 sifat.

Yang pertama, alirannya itu stabil, stable flow, artinya dia alirannya tidak berubah terhadap waktu.

Yang kedua, incompressible flow, artinya ketika fluida dalam keadaan diam, densitasnya itu tidak berubah.

Artinya dia tidak bisa dimampatkan sehingga istilahnya tanpa termampatkan ketika dia sedang mengalir,

densitasnya tidak berubah juga terhadap waktu.

Lalu non-viscous flow, artinya pada saat dia mengalir di sebuah tempat,

kalau kita bicara soal fluida, kita bicara soal dia mengalir pada suatu rangkaian tertentu,

pipa, selam, atau apapun, artinya dia berada pada sebuah ruangan tertentu.

Ketika dia sedang mengalir, maka ada kontak antara fluida dengan ruangannya atau dinding tempat dia mengalir.

Sebagai fluida yang ideal, maka dia tidak memiliki viskositas atau tidak mengalami gesekan dengan dinding tempat dia mengalir.

Atau yang setia halusnya adalah irrotational flow.

Jadi kalau kita bisa bayangkan fluida itu mengalir lalu kemudian kita letakkan sebuah benda,

maka benda tersebut akan ikut mengalir bersama aliran fluida tanpa mengalami aliran yang melingkar.

Jadi istilahnya benda yang kita lepaskan pada sebuah aliran fluida ideal itu tidak akan mengalami lintasan atau tidak akan mengalami gerak rotasi.

Jadi dia akan bergerak stabil mengikuti aliran fluida.

Nah, sekarang bila beberapa hal tersebut tidak tercapai atau keadanya tidak semacam itu,

maka fluidanya jadi bukan fluida yang ideal atau real fluida,

maka kita harus membahas sisi lebih detail soal fluida ketika kita nanti membahas,

Anda mungkin belajar lebih dalam soal mekanika fluida nantinya.

Bahwa nanti akan ada persamaan-persamaan lain, Stokes, Poiseuille, dan yang lain-lain terkait dengan belajar fluida.

Hanya untuk sekarang kita di dalam Fisika Dasar ini hanya akan membahas fluida dinamik dalam aspek fluida ideal saja.

Dan untuk fluida dinamik yang pertama kita akan mempelajari soal kontinuitas.

Misalkan ada satu selang atau di sini pipa atau apapun di mana pipa itu tersusun dari gabungan dua pipa dengan luas penampang yang berbeda.

Dan kita anggap fluidanya itu penuh, dia memenuhi pipa yang ini ketika dia mengalir.

Jadi fluidanya itu tidak hanya di tengahnya saja secara ideal, tapi dia memenuhi satu fluida ini yang kita biasa membayangkan.

Sekarang kita perkenalkan satu besaran yang menunjukkan rasio antara perubahan volume pada suatu tempat persatuan waktu dari fluidanya.

Jadi kalau kita sebut debit air itu sebenarnya adalah perbandingan antara besar volume dibagi dengan selang waktu ketika dia mengalir.

Jadi kalau Anda perhatikan, misalkan di awal seberkas dari fluida itu mengalir ke kanan dan bergeser sejauh delta X1 pada pipa dengan luas penampang A1.

Karena pipanya tersambung dan ideal, tidak ada gesekan, tidak ada viskositas, tidak ada incompressible dan sebagainya.

Maka jika seberkas atau sebongkah air fluida bergeser sejauh delta X1, maka pada pipa dengan luas penampang yang berbeda itu akan bergeser pula.

Hanya bergesernya itu lebih besar atau lebih kecil bergantung pada luas penampang pipa yang lain.

Nah di sini konteksnya kalau kita punya luas penampang lebih kecil, maka pada dasarnya dia akan bergeser dengan jarak yang lebih jauh.

Kenapa? Karena jika dia fluida ideal, maka semestinya debit pada pipa 1 yang dihubungkan pada pipa 2 itu akan sama dengan debit yang terjadi di pipa 2.

Karena tidak mungkin ada beda volume yang hilang ketika fluida itu mengalir dari pipa 1 ke pipa yang kedua.

Jadi seharusnya rate dari perubahan volume di pipa 1 harusnya sama dengan rate pada volume di pipa 2.

Karena pipa 1 dan pipa 2 punya luas penampang yang berbeda, maka kalau kita bongkar akan sama dengan luas penampang 1 dikali kecepatan 1 akan sama dengan luas penampang 2 dikali kecepatan 2.

Atau dengan kata lain debit itu akan selalu konstan.

Konsekuensinya adalah jika kita punya pipa yang luas penampangnya lebih besar, maka air atau fluida akan mengalir dengan kelajuan lebih rendah dibandingkan pipa yang luas penampangnya lebih kecil.

Namun konsekuensi ini didapat ketika kita berbicara soal fluida ideal akan memiliki kontinuitas terkait dengan debit.

Jadi kenapa kita sebut dengan persamaan kontinuitas?

Karena debit sebagai besaran yang menunjukkan flow atau aliran itu akan sama di setiap papan manapun.

Nah persamaan kontinuitas ini akan bekerja bersama-sama dengan satu persamaan lagi yang berkaitan dengan energi yang dimiliki oleh fluida yaitu persamaan Bernoulli.

Setelah ini kita akan coba melihat bagaimana persamaan Bernoulli bekerja.