Gaya hambat: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k r2.7.2+) (bot Menambah: sn:Rudzindi rwemweya |
Rescuing 4 sources and tagging 0 as dead.) #IABot (v2.0.9.5 |
||
| (15 revisi perantara oleh 10 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[Berkas:Stokes sphere.svg|
Dalam [[dinamika fluida]], '''gaya hambat''' (yang kadang-kadang disebut '''hambatan fluida''' atau seretan) adalah gaya yang menghambat pergerakan sebuah benda [[padat]] melalui sebuah [[fluida]] ( [[cairan]] atau [[gas]]). Bentuk gaya hambat yang paling umum tersusun dari sejumlah [[gaya gesek]], yang bertindak sejajar dengan permukaan benda, plus gaya [[tekanan]], yang bertindak dalam arah tegak lurus dengan permukaan benda. Bagi sebuah benda padat yang bergerak melalui sebuah fluida, gaya hambat merupakan komponen dari [[aerodinamika]] [[gaya resultan]] atau [[gaya]] [[dinamika fluida]] yang bekerja dalam arahnya pergerakan. Komponen tegak lurus terhadap arah pergerakan ini dianggap sebagai [[gaya angkat]]. Dengan begitu gaya hambat berlawanan dengan arah pergerakan benda, dan dalam sebuah kendaraan yang digerakkan mesin diatasi dengan [[gaya dorong]].
Baris 9:
-->
Tipe-tipe gaya hambat pada umumnya terbagi menjadi kategori berikut ini:
* [[gaya hambat parasit]], terdiri dari
** seretan bentuk,
Baris 15:
** seretan interferensi,
* [[gaya hambat imbas]], dan
* [[gaya hambat gelombang]] ([[aerodinamika]]) atau hambatan gelombang (hidrodinamika kapal).
Untuk kecepatan yang tinggi — atau lebih tepatnya, pada [[bilangan Reynolds]] yang tinggi — gaya hambat keseluruhannya sebuah benda dikarakterisasikan oleh sebuah [[bilangan tak berdimensi]] yang disebut [[koefisien hambatan]]. Mengumpamakan sebuah koefisien hambatan yang lebih-atau-kurang konstan, seretan akan bervariasi sebagai kuadratnya [[kecepatan]]. Dengan begitu, tenaga resultan yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambat ini akan bervariasi sebagai pangkat tiganya kecepatan. Persamaan standar untuk gaya hambat adalah satu setengah koefisiennya seretan dikali dengan [[massa jenis]] fluida, [[luas]] dari item tertentu, dan kuadratnya kecepatan.
''Hambatan angin'' merupakan istilah orang awam yang digunakan untuk mendeskripsikan gaya hambat. Penggunaannya
▲''Hambatan angin'' merupakan istilah orang awam yang digunakan untuk mendeskripsikan gaya hambat. Penggunaannya seringkali tak jelas, dan biasanya digunakan dalam sebuah makna perbandingan (''sebagai misal,'' [[kok]] [[bulu tangkis]] memiliki ''hambatan angin'' yang lebih tinggi dari bola [[squash]]).
== Gaya hambat pada kecepatan tinggi ==
[[Persamaan gaya hambat]] menghitung gaya yang dialami sebuah objek yang bergerak melalui sebuah [[fluida]] pada kecepatan yang relatif besar (misalnya [[bilangan Reynold]] yang tinggi, ''R<sub>e</sub>'' > ~1000), yang juga dijuluki ''seretan kuadrat''. Persamaan tersebut merupakan penghormatan kepada [[John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh]], yang awalnya menggunakan ''L''<sup>2</sup> dalam tempatnya ''A'' (''L'' adalah panjang). Gaya sebuah objek yang bergerak melalui sebuah fluida adalah:
Baris 26 ⟶ 27:
::<math> \mathbf{F}_d= -{1 \over 2} \rho v^2 A C_d \mathbf{\hat v}</math> <sup>
di mana
:<math> \mathbf{F}_d </math> adalah [[gaya (fisika)|gaya]] dari seretan,
:<math> \mathbf{} \rho </math> adalah [[massa jenis]]nya fluida (''Catatan untuk [[atmosfer]] Bumi, massa jenis bisa diketahui dengan menggunakan [[rumus barometer]]. Massa jenisnya sebesar 1.293 kg/m<sup>3</sup> pada 0 °C dan 1 [[atmosfer (satuan)|atmosfer]].''),
:<math> \mathbf{} v </math> adalah [[laju]] objek dibandingkan dengan fluida,
:<math> \mathbf{} A </math> adalah [[luas]] rujukan,
:<math> \mathbf{} C_d </math> adalah [[koefisien hambatan]] ([[parameter]] [[bilangan tak berdimensi|tak berdimensi]], misalnya 0,25 sampai 0,45 untuk sebuah mobil), dan
:<math>\mathbf{\hat v}</math> adalah [[vektor satuan]] yang menunjukkan arah kecepatan (tanda negatif menunjukkan arah gaya hambat berlawanan arah kecepatan).
Luas rujukan ''A'' sering didefinisikan sebagai luas [[proyeksi ortografi]] (proyeksi siku-siku) dari objek — pada sebuah bidang yang tegak lurus terhadap arah gerakan — ''misalnya'' untuk objek-objek berbentuk sederhana seperti lingkaran, ini merupakan luas [[penampang lintang (geometri)|penampang lintang]]. Terkadang sebuah objek memiliki beberapa luas rujukan
Dalam kasus sebuah sayap, perbandingan gaya hambat terhadap [[gaya angkat]] sangat mudah saat luas rujukannya sama, sebab nisbah gaya hambat terhadap gaya angkat hanyalah nisbah gaya hambat terhadap [[koefisien gaya angkat]].<ref>[http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/sized.html ''Size effects on drag''] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20161109102323/http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/sized.html |date=2016-11-09 }}, from NASA Glenn Research Center.</ref> Dengan begitu, rujukan untuk sayap
Untuk objek yang bepermukaan halus, dan [[Pemisahan aliran|titik pisah]] yang tidak tetap — seperti sebuah lingkaran atau silinder bundar — koefisien hambatan akan bervariasi dengan bilangan Reynolds ''R<sub>e</sub>'', bahkan sampai pada nilai yang sangat tinggi ''R<sub>e</sub>'' dari [[tingkat besaran]] 10<sup>7</sup>).
<ref>{{cite journal | last=Roshko | first=Anatol | title=Experiments on the flow past a circular cylinder at very high Reynolds number | journal=Journal of Fluid Mechanics | volume=10 | issue=3 | year=1961 | pages=345–356}}</ref>
<ref name=Batch341>Batchelor (1967), p. 341.</ref>
Bagi sebuah objek bertitik pisah yang tetap dan terdefinisi dengan baik, seperti sebuah cakram lingkar berbidang normal terhadap arah aliran, koefisien hambatan adalah konstan untuk ''R<sub>e</sub>'' > 3,500.<ref name=Batch341/>
Pada umumnya, koefisien hambatan ''C<sub>d</sub>'' merupakan sebuah fungsi orientasinya aliran berkenaan dengan objek (terlepas dari objek yang simetris seperti sebuah bola).
Baris 48 ⟶ 49:
::<math> P_d = \mathbf{F}_d \cdot \mathbf{v} = {1 \over 2} \rho v^3 A C_d</math>
Perlu diketahui bahwa daya yang dibutuhkan untuk mendorong sebuah objek melalui sebuah fluida meningkat sebagai pangkat tiganya kecepatan. Sebuah
Perlu ditekankan disini bahwa persamaan gaya hambat merupakan sebuah perkiraan, dan belum tentu memberikan perkiraan yang tepat dalam setiap kasus. Jadi berhati-hatilah saat sedang membuat asumsi dengan menggunakan persamaan-persamaan di atas.
=== Kecepatan objek yang sedang jatuh ===
Kecepatan sebagai sebuah fungsi waktu untuk sebuah objek yang sedang jatuh melalui sebuah perantara yang tidak bermassa jenis kasarannya merupakan fungsi yang melibatkan [[fungsi hiperbolik]]:
Baris 66 ⟶ 68:
Untuk berbagai objek yang massa jenisnya mirip air (tetesan air hujan, hujan es, objek yang hidup — hewan, burung, serangga, dll.) yang sedang jatuh di udara dekat permukaan Bumi pada permukaan laut, maka kira-kira kecepatan terminalnya sama dengan
::<math>v_{t} = 90 \sqrt{ d }
Sebagai contoh, untuk tubuh manusia (<math> \mathbf{} d </math> ~ 0.6 m) <math> \mathbf{} v_t </math> ~ 70 m/detik, untuk hewan kecil seperti kucing (<math> \mathbf{} d </math> ~ 0.2 m) <math> \mathbf{} v_t </math> ~ 40 m/detik, untuk burung kecil (<math> \mathbf{} d </math> ~ 0.05 m) <math> \mathbf{} v_t </math> ~ 20 m/detik, untuk serangga (<math> \mathbf{} d </math> ~ 0.01 m) <math> \mathbf{} v_t </math> ~ 9 m/detik, untuk setetes kabut (<math> \mathbf{} d </math> ~ 0.0001 m) <math> \mathbf{} v_t </math> ~ 0.9 m/detik, untuk serbuk sari atau bakteri (<math> \mathbf{} d </math> ~ 0.00001 m) <math> \mathbf{} v_t </math> ~ 0.3 m/detik dan seterusnya. Kecepatan terminal (kecepatan akhir) yang sesungguhnya dari objek yang sangat kecil (serbuk sari, dll.) bahkan lebih kecil dikarenakan viskositasnya udara.
Kecepatan terminal lebih tinggi untuk berbagai makhluk yang berukuran lebih besar, dan dengan begitu lebih mematikan. Seekor tikus yang jatuh dengan kecepatan terminalnya punya kemungkinan lebih besar tetap hidup saat jatuh ke tanah daripada seorang manusia yang jatuh pada kecepatan terminalnya. Hewan kecil seperti [[jangkrik]] yang bertubrukan pada kecepatan terminalnya kemungkinan takkan menderita luka. Hal ini menjelaskan penyebab tetap hidupnya binatang-binatang yang kecil yang jatuh dari tempat yang sangat tinggi.
== Bilangan Reynolds yang sangat rendah — gaya hambat Stokes ==
Persamaan untuk '''tahanan kekentalan''' atau '''gaya hambat linear''' cocok untuk partikel atau objek berukuran kecil yang sedang bergerak melalui sebuah fluida pada kecepatan yang relatif pelan
::<math>\mathbf{F}_d = - b \mathbf{v} \,</math>
di mana:
:<math>\mathbf{} b </math> adalah sebuah konstanta yang tergantung pada sifat-sifat fluida serta dimensi objek, dan
:<math> \mathbf{v} </math> adalah kecepatan objek.
Baris 87 ⟶ 89:
yang secara asimtotik mendekati kecepatan terminal <math> \mathbf{} v_t = \frac{(\rho-\rho_0)Vg}{b}</math>. Untuk sebuah <math>\mathbf{} b </math> tertentu, objek yang lebih berat jatuh lebih cepat.
Untuk kasus spesial
::<math>b = 6 \pi \eta r\,</math>
di mana:
:<math>\mathbf{} r </math> adalah [[radius Stokes]]nya partikel, dan <math>\mathbf{} \eta </math> adalah viskositas fluida.
Sebagai contoh, bayangkan sebuah bola kecil berjari-jari <math>\mathbf{} r </math> = 0,5 mikrometer (diameter = 1.0
== Gaya hambat dalam aerodinamika ==
=== Gaya hambat parasit ===
Baris 102 ⟶ 104:
=== Gaya hambat imbas ===
[[Berkas:Induced drag r.svg|thumg|
Dalam [[aerodinamika]], '''gaya hambat imbas''' atau '''gaya seret vortek''' merupakan sebuah [[gaya]] hambat yang terjadi saat sebuah [[badan angkat]] atau [[sayap]] menghasilkan [[gaya angkat]] dalam jangka waktu terbatas. Sedangkan parameter lainnya tetap sama, [[sudut serangan]] dan gaya hambat imbas yang meningkat.
=== Gaya hambat gelombang dalam transonik dan aliran supersonik ===
Bentuk umum dari persamaan kecepatan tinggi berlaku lumayan baik bahkan pada kecepatan yang mendekati atau melebihi kecepatan suara, namun, faktor Cd berubah dengan kecepatan, dalam sebuah cara yang tergantung pada sifat objek.
Baris 117 ⟶ 119:
{{reflist}}
=== Umum ===
* {{cite book
* {{cite book
* {{ cite book
| last = Huntley | first = H. E.
Baris 127 ⟶ 129:
}}
== Pranala luar ==
* {{en}}[http://arxiv.org/abs/physics/0609156 Educational materials on air resistance] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160106032902/http://arxiv.org/abs/physics/0609156 |date=2016-01-06 }}
* {{en}}[http://craig.backfire.ca/pages/autos/drag Aerodynamic Drag] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070812225237/http://craig.backfire.ca/pages/autos/drag |date=2007-08-12 }} and its effect on the acceleration and top speed of a vehicle.
[[Kategori:Dinamika fluida]]
| |||