Mekanika Fluida FM01 (Lecture 1: 1/4). Definisi Fluida, Newton's Law
Summary
TLDRThe 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
💧 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.
🌊 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.
🔍 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.
Mindmap
Keywords
💡Fluid Mechanics
💡Viscosity
💡Shear Stress
💡Force
💡Area
💡Vector
💡Normal Force
💡Molecules
💡Adhesion
💡Cohesion
💡Velocity
💡No-slip Condition
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
5.0 / 5 (0 votes)