Mekanika Fluida FM01 (Lecture 1: 1/4). Definisi Fluida, Newton's Law

Summary

The script is a lecture on fluid mechanics, a challenging subject for many students. It begins with defining 'fluid' as a substance that continuously deforms when stress is applied, unable to withstand shear stress. The lecture explains concepts such as force, pressure, and stress, and introduces viscosity, which relates to the velocity of fluid layers. An example is given using a thin layer of water, illustrating how viscosity can be calculated using the shear stress applied and the resulting velocity gradient. The lecture aims to deepen understanding of fluid dynamics and its practical applications.

Takeaways

• 🔬 Fluid mechanics is a challenging yet essential subject for students in fields like automotive engineering, physics, and any discipline related to fluid dynamics.
• 💧 The definition of a fluid is a substance that continuously deforms when subjected to shear stress, meaning it cannot withstand a pushing force.
• Shear stress (τ) is defined as the force applied parallel to a surface divided by the area of that surface, with units typically expressed as Newtons per square meter (N/m²).
• 📚 The concept of shear stress is fundamental to understanding fluid behavior, as it helps explain how fluids respond to applied forces.
• 📐 The relationship between shear stress and velocity is described by the equation τ = μ (∂u/∂y), where μ is the dynamic viscosity, u is the velocity, and y is the spatial coordinate in the direction perpendicular to the flow.
• 💧 The behavior of fluids near a solid surface is influenced by intermolecular forces, including cohesion (between fluid molecules) and adhesion (between fluid and solid molecules).
• 🌊 Fluids exhibit a property called no-slip condition, where the fluid velocity at the boundary with a solid is zero due to the adherence of fluid molecules to the solid surface.
• 📉 The velocity distribution of fluid molecules near a solid surface is not uniform; it varies linearly from zero at the surface to a maximum value at a certain distance, described by the velocity gradient.
• 🔄 Viscosity is a measure of a fluid's resistance to deformation and is crucial in predicting fluid flow behavior under different stress conditions.
• 🌐 Practical applications of understanding viscosity include solving engineering problems related to fluid flow, which can have significant implications in design and operation of various systems.
• 📚 The lecture introduces fundamental concepts in fluid mechanics that are essential for further studies and applications in the field.

Q & A

What is the definition of a fluid according to the script?

A fluid is defined as a substance that continuously deforms when subjected to a shear stress.

What is the difference between a fluid and sand according to the script?

While sand can flow and take the shape of a container, it is not considered a fluid because it does not continuously deform under shear stress.

What is shear stress?

Shear stress is defined as the force applied parallel to the surface divided by the area over which the force is applied.

What is the unit of shear stress?

The unit of shear stress is Newtons per square meter (N/m^2).

What is the relationship between shear stress and viscosity?

Viscosity is related to shear stress through the equation where shear stress is equal to viscosity times the rate of deformation.

What is the rate of deformation?

The rate of deformation is the velocity of a fluid at a certain point in space and time.

What is the concept of no-slip condition mentioned in the script?

The no-slip condition refers to the scenario where the fluid molecules at the boundary with a solid surface have a velocity equal to zero because they are in contact with the solid.

What is meant by the linear distribution of velocity in the script?

The linear distribution of velocity implies that the change in velocity across a thin layer of fluid is directly proportional to the distance from the solid surface, represented as a straight line in a velocity profile.

What is the significance of the term 'Dewi' in the context of the script?

In the script, 'Dewi' refers to the gradient of the velocity profile, which is the slope of the linear distribution of fluid velocity with respect to the coordinate normal to the surface.

What does the term 'Miu' represent in the script?

Miu, or dynamic viscosity, is the proportionality constant between shear stress and the rate of deformation, encapsulating the cause and effect relationship in fluid flow.

How does the script suggest applying the understanding of viscosity to practical engineering problems?

The script suggests that understanding viscosity is crucial for solving various engineering problems involving fluid flow.

Outlines

00:00

💧 Introduction to Fluid Mechanics

This paragraph introduces the concept of fluid mechanics, which the speaker finds intimidating due to its complexity. It mentions that understanding fluid mechanics is essential for students of automotive engineering, physics, and other related fields. The speaker emphasizes the importance of grasping basic concepts like fluid identity, definition, and viscosity. The paragraph also discusses the definition of a fluid as a substance that continuously deforms when subjected to shear stress, distinguishing it from non-fluids like sand. The concept of stress is introduced, explaining that it is force per unit area, and the speaker uses the example of pushing a book to illustrate the application of shear stress.

05:02

🌊 Shear Stress and Viscosity

The second paragraph delves into the concept of shear stress and viscosity. It uses the example of a thin layer of water on a hard surface with a waterproof phone placed on it to demonstrate how shear stress is applied. The speaker explains that when force is applied, the water layer will move, and this movement is described by velocity. The paragraph explores the intermolecular forces between water molecules and how they interact with solid surfaces, leading to adhesion and cohesion. It discusses how these forces affect the movement of water molecules and introduces the no-slip condition, which states that the speed of the fluid at the boundary with a solid is zero. The concept of velocity distribution across a fluid layer is introduced, with the velocity gradient being the key factor in determining fluid behavior.

10:03

🔍 Newton's Law of Viscosity

The final paragraph focuses on Newton's law of viscosity, which relates the shear stress to the rate of deformation of a fluid. It introduces the concept of dynamic viscosity as the proportionality constant between shear stress and the velocity gradient. The paragraph explains that this relationship is encapsulated in the equation, where the viscosity of a fluid is directly related to how it deforms under applied shear stress. The speaker provides a brief overview of practical engineering problems that can be solved using an understanding of viscosity and fluid mechanics, promising to cover more examples in future classes.

Keywords

💡Fluid Mechanics

Fluid Mechanics is the study of how fluids, such as liquids and gases, behave when they are in motion or at rest. In the video, the lecturer introduces Fluid Mechanics as a challenging yet essential subject for students studying automotive engineering, physics, and any field related to fluid dynamics. The script mentions that understanding Fluid Mechanics is crucial for dealing with anything that flows.

💡Viscosity

Viscosity refers to the internal resistance of a fluid to flow, which is a measure of a fluid's internal friction. It is a key concept in the video, where the lecturer discusses how viscosity is related to the flow of fluids. The script uses the term 'n slow viscosity' to describe the relationship between fluid velocity and shear stress, which is central to understanding fluid behavior.

💡Shear Stress

Shear Stress is the force that causes deformation in a fluid. The video script explains that shear stress is a force applied over an area, defined as force per unit area. The lecturer uses the example of pushing a book across a table to illustrate shear stress, emphasizing its importance in understanding fluid behavior under different forces.

💡Force

Force is any interaction that, when unopposed, will change the motion of an object. In the context of the video, force is discussed in relation to shear stress, where the lecturer explains that force is applied parallel to the surface to create shear stress. The script mentions 'F' for force and 'A' for area to describe the calculation of shear stress.

💡Area

Area is a measure of the extent of a two-dimensional shape or surface. The video script mentions area in the context of calculating shear stress, where the force applied is divided by the area over which it is applied. The lecturer clarifies that the unit of area is square meters, which is essential for understanding the units of shear stress.

💡Vector

A vector is a quantity that has both magnitude and direction. In the video, the lecturer discusses vectors in relation to shear stress, explaining that shear stress has both magnitude and direction, making it a vector quantity. The script uses the term to illustrate how force can have a specific direction, which is crucial for understanding its effect on fluids.

💡Normal Force

Normal Force is the force that acts perpendicular to the surface of contact. The video script mentions normal force in the context of applying force to an object, explaining that if force is applied perpendicular to a surface, it results in a normal force. This concept is important for understanding how forces can affect the motion of fluids in different directions.

💡Molecules

Molecules are the smallest particles into which a substance can be divided without losing its chemical properties. The video script discusses molecules in the context of fluid behavior, explaining how the interaction between molecules in a fluid and those of a solid surface affects fluid flow. The lecturer uses the example of a thin layer of water to illustrate how molecules move and interact.

💡Adhesion

Adhesion is the attraction between molecules of different substances that causes them to stick to each other. In the video, adhesion is discussed as a force that occurs when a fluid comes into contact with a solid surface. The lecturer explains that adhesion is an important factor in understanding how fluids interact with their surroundings.

💡Cohesion

Cohesion is the intermolecular force that holds molecules of the same substance together. The video script mentions cohesion in the context of fluid behavior, explaining how the attraction between molecules within a fluid contributes to its flow properties. Cohesion is essential for understanding how fluids maintain their integrity and resist separation.

💡Velocity

Velocity is a vector quantity that represents the rate of change of an object's position with respect to time, and includes both speed and direction. In the video, velocity is discussed in relation to fluid flow, where the lecturer explains how the velocity of fluid molecules changes across different layers of the fluid. The script uses the term to describe how the rate of deformation of a fluid is related to the applied force.

💡No-slip Condition

The no-slip condition is an assumption in fluid dynamics that states that the fluid velocity at the boundary of a solid surface is equal to the velocity of that surface. The video script mentions the no-slip condition to explain how fluid molecules at the surface of a solid have a velocity of zero, which is a fundamental concept in understanding fluid behavior near boundaries.

Highlights

Introduction to fluid mechanics, a challenging subject for many students.

Importance of understanding fluid mechanics in fields related to automotive engineering, physics, and technology.

Definition of fluid as a substance that continuously deforms when subjected to shear stress.

Explanation of the difference between fluid and non-fluid substances like sand.

Shear stress defined as force per unit area, with a vector representation.

Description of how applying force parallel to a surface results in shear stress.

Differentiation between shear force and normal force.

Explanation of viscosity and its relation to fluid flow.

Illustration of how a thin layer of fluid behaves under shear stress.

Concept of fluid molecules adhering to the surface of a solid and the resulting motion.

Introduction to the idea of molecular cohesion and adhesion in fluid dynamics.

Simplification of fluid dynamics concepts for beginners with linear velocity distribution.

Derivation of the relationship between shear stress and velocity gradient in fluid layers.

Explanation of the no-slip condition at the fluid-solid interface.

Introduction to the concept of dynamic viscosity and its significance.

Practical applications of understanding viscosity in engineering problems.

Encouragement for students to apply their knowledge of fluid mechanics to solve real-world problems.

Transcripts

Hai howto teman sekarang kita belajar

mekanika fluida mata kuliah yang paling

menakutkan setidaknya bagi saya pada

waktu membeli jurusan S1 dulu

apapun itu menurut saya yang masih

berhubungan dengan fluida anak teknik

anak jurusan otomotif jurusan fisika

harus mengerti tentang itu jauh lebih

dalam mekanika fluida ini teman-teman

akan temukan Lagi Dan Lagi Dan Lagi di

masa depan Selama masih bersentuhan

dengan apapun yang mengalir gitu jadi

hari ini kita mau belajar lebih dalam

tentang itu kuliah pertama masih

berkutat di sekitar identitas definisi

dan n slow viscosity apa tuh semuanya

kebingungan Nah jadi sebelum kita mau

lebih jauh yang paling penting dari

mempelajari sesuatu adalah tahun

definisi apa yang kita pelajari jadi apa

sih itu disebut fluida

sebenarnya orang banyak kalau ditanya

apa yang disebut fluida itu pasti

bilangnya apapun yang mengalir atau

apapun yang kalau ditaruh didalam sebuah

bejana

ngikuti bentuk gejala tersebut benar sih

dua-duanya boleh tapi yang membuat

seseorang itu jawabannya elegan adalah

kalau jawabannya tentang definisi itu

hanya bisa dipenuhi oleh satu wujud gitu

jadi unik Misalnya saja soalnya

pasir-pasir juga kan bisa disebut

mengalir dan juga kalau ditaruh didalam

bejana akan memiliki eksternal site

seperti bejana itu tersebut sendiri tapi

yang pasti pasir itu bukan fluida Nah

jadi jawaban yang elegan tentang fluida

adalah

sebuah substansi

yang terdeformasi

secara terus-menerus

ketika

terkena atau teraplikasi oleh

The

Spot kalian bisa

Jadi intinya Friday Itu adalah sebuah

substansi yang tidak bisa menahan beban

tekanan geser itu artinya Jadi ia

disebutkan geser pasir Stres ini adalah

salah satu yang perlu kita perhatikan

nanti bahasa yunaninya biasanya disebut

tol tekanan geser tetap gitu kau itu

definisinya adalah

gaya geser dibagi area jadi F ini

Force

server tepatnya sedangkan Aini area gitu

ya jadi begitu nah unitnya tentu

n per m2 karena itu unitnya area dibagi

Unite gaya dibagi uniknya area apa sih

yang disebut servers The

Corrs Itu adalah sebuah vektor

biasanya depan Nah di atasnya jadi punya

gaya

punya magnitud punya arah gitu yang

disebut share itu kalau arahnya itu

paralel terhadap bidang dimana for itu

diaplikasikan

ya kan Jadi kalau misalnya saya lagi

mushaf-mushaf papan ini Nah itu artinya

saya sudah mengaplikasikan gaya geser

karena saya mengaplikasikan gaya

tersebut paralel dengan permukaan

autolisis Jadi kalau saya lagi baikan

sama istri saya bisa marah-marah terus

tutorial saya dengan

mengaplikasikan tekanan geser atau gaya

geser ya kalau saya dorong dari luar ke

dalam itu namanya normal Force gitu Ya

sebenernya

satuan Newton

area adalah ya kalau saya sudah

mengaplikasikan gaya gesek arahnya

adalah area dimana tangan saya Hai

menyentuh papan itu jadi besarnya tangan

saya gitu kan Nah jadi ini adalah gaya

geser dan tekanan geser sebenernya

sebuah definisi yang ribet

berbelit-belit Ini bisa diperpendek

menjadi sebuah formula Kenapa tidak

jadikan formula karena kalau jadi

formula kita bisa jadikan alat untuk

mengukur sesuatu Kalau kalimat begini

enggak bisa gitu nah er Apa yang disebut

n slow viscosity

yang bilang bahwa tahu

itu berbanding dengan di you over

giveaway

nah you adalah kecepatan way adalah

koordinat we dalam ruang dan tahu itu

tekanan geser Jadi kalau bingung saya

belikan berikan sebuah ilustrasi gitu ya

sebenarnya definisi ini bisa diganti

dengan unit second loyang kira-kira

panjang itu cuma Sabtu inci tapi untuk

membuat kita mengerti lebih banyak saya

Berikan ilustrasi gimana

persamaan tersebut bisa diaplikasikan

misalnya kita punya sebuah permukaan

yang

terbuat dari benda keras untuk Solo kode

misalnya diatas permukaan tersebut ada

lapisan air yang tipis jadi lapisan air

yang tipis seperti itu ya ini sih

dilebih-lebihkan halusnya tipis gede

misalnya tipis gitu eh

tipis-tipis kita kasih lambang Delta

gitu misalnya di atas benda cair ini

atau air ini saya taruh handphone saya

Yang anti air bentuknya kotak jelek

karena design sama anak Unpad nyoba ini

punya gaya

geser

biarkan semua aplikasikan gaya geser

jadi arahnya itu harus paralel terhadap

permukaan cairan tersebut Nah itu slow

kalau teman-teman ambil fisika tentu

bilang bahwa kalau ini diaplikasikan

kepadanya gaya pasti juga akan bergerak

dengan kecepatan Taro kecepatan itu fade

misalnya

konstan kecepatannya

oke

sekarang tentu secara imajinasi kita

bisa memprediksi bahwa kalau ini

diaplikasikan tekanan Pasti karena dia

mengapung di atas lapisan air air di

bawahnya pun akan bergerak itulah yang

dituangkan tifikasi oleh persamaan

tersebut itu tak jadi satu hal yang

perlu kita tahu sebelum kita prediksi

Bagaimana Sebenarnya dia bergerak adalah

bahwa molekul air itu saling berikatan

dengan molekul air sebelahnya demikian

juga ketika air itu bersentuhan dengan

Solid atau benda padat maka molekul dari

benda padat tersebut juga berikatan atau

memiliki ikatan Betapapun lemahnya itu

dengan molekul air dengannya dia

bersentuhan itu namanya gaya adhesi dan

kohesi itu untuk kuliah lain ke bidang

kitabullah bidang kimia gitu ya jadi

kalau kita bayarkan air itu memiliki

molekul

dibawahnya untuk ini di simplifikasi

molekul air itu sebenarnya padat sekali

kalau mau tahu berapa banyak dalam satu

mil itu kira-kira sebanyak bilangan

avogadro gitu jadi

molekul

air yang bersentuhan dengan molekul

padat itu akan bergerak seturut dengan

kecepatan molekul pada tersebut karena

dia berpegangan tangan dengan padat

tersebut kan

benda padat jadi ada bergerak dengan

kecepatan V identik dengan kecepatan

benda pada tersebut ke kanan sedangkan

dia juga bergerak

dengan menarik molekul dibawahnya persis

gitu kan di sini dan di sini itu ada

gaya tarik-menarik Nah karena

molekul-molekul di dalam air itu atau

cairan apapun itu berpegangan tangan

tapi tendangannya tidak terlalu kuat

Gitu berpegangan Setengah Hati kayak

lagunya Ada Band kami juga bergerak ke

kanan tapi tidak cepat secepat molekul

yang berada diatasnya paling segitu

kira-kira heran demikian juga di

bawahnya paling segitu demikian juga di

bawahnya paling segitu dan karena yang

paling bawah itu molekulnya berikatan

dengan molekul Solid yang tidak bergerak

atau kecepatannya nol maka molekul ini

juga memiliki kecepatan 0 namun disitu

disebut now sleep

condition

gitu ya Nah inilah yang bisa

dikonfigurasi oleh persamaan tersebut

teman-teman perhatikan bahwa dari sini

ke sini itu adalah persebaran

cepatnya

itu yang disebut Who Ate persebaran

kecepatan molekul-molekul cairan

berdasarkan

ndak Woi jadi you ini adalah persebaran

kecepatan molekul-molekul fluida di

dalam lapisan film Friday ini

seturut dengan koordinat W jadi you pada

W = 0 atau di titik dimana koordinat wa

ini berasal ku itu nol sedangkan titik

di sini wae sekian dalam hal ini way

adalah delta uh itu adalah V itu sendiri

nah karena Delta ini kecil-kecil

sekali ya file-nya mungkin submitter

atau bahkan lebih kecil lagi maka kita

bisa asumsikan bahwa

persebaran kecepatan itu linear itu kan

artinya garisnya lurus padahal mah

sebenarnya di dunia nyata enggak begitu

ya kan pasti bisa bengkok dan lain

sebagainya Nah itu non-linear dan sangat

kompleks tapi karena ini kuliah pertama

kita simplifikasi dulu ya Jadi ini

linear Nah inilah teman-teman yang

disebut di you over Dewi jadi India

lebih white tuh adalah kemiringan dari

garis ini di wafer Dewi

adalah perubahan di difference of you

perubahan hiu terhadap perubahan wae

jadi kemiringan dari

diagram tersebut yang n itu bilang

adalah bahwa apa yang kita masukkan

kedalam sistem penyebab yaitu direktur

selain gaya dan gaya yang menyebabkan

stress itu menghasilkan

Diwek ini adalah penyebab ini adalah

yang disebabkan ini adalah apa yang kita

masukkan ke dalam sistem ini adalah

produknya

relasi antara sebab dan

penyebab-penyebab dengan akibat itu

dienkapsulasi oleh persamaan tersebut

jadi Miu itu adalah proporsional etik

konstan antara syair stres dengan

variasi UU terhadap W gitu Jadi ini bisa

juga Dibilang

Hai

detik-detik

Rey fwd forms berapa cepat sungai itu

terdeformasi ketika diaplikasikan

kepadanya gaya geser gitu juga bisa

disebut Ya

absolutist positif atau viskositas

Absolute begitu nah ini adalah preambul

ya Kuliah mekanika fluida yang tentu

banyak sekali

soal-soal engineering soal-soal praktis

yang bisa diselesaikan dengan pemahaman

yang benar akan its low viscosity di

kulit kuliah Berikutnya saya coba

berikan contoh-contoh singkat dimana

teman-teman bisa mengaplikasikan ini

untuk menyelesaikannya sehingga menambah

pengertian tentang its low viscosity

sampai bertemu di kelas berikutnya a