bab 1 - prinsip asas bendalir
TRANSCRIPT
BAB 1PRINSIP ASAS
BENDALIR
BAB 1: Sistem Unit dan Ciri-Ciri Bendalir
Chapter 1
Sistem Unit Bendalir
Sistem SI & BS
Perbezaan SI & BS
Kuantiti asas
Kuantiti terbitan
Definisi
Bendalir BolehMampat/
Tak Boleh mampat
BendalirNewtonian/
Bukan Newtonian
Ciri-ciri bendalir
SISTEM UNIT- Kuantiti boleh diterangkan dalam berbagai-bagai unit.
- Dalam mekanik bendalir, terdapat dua sistem unit yang biasa di guna pakai iaitu:-
i) International Standard Unit (SI unit)
ii) British Standard Unit (BS unit).
- Dalam pengajaran ini, unit SI akan di guna pakai. Walau bagaimana pun, pelajarperlu mengetahui dan memahami penukaran unit untuk kuantiti asas dari SI unit kepada BS unit dan sebaliknya.
Perbezaan SI unit & BS unit
Pound, lbNewton, NDaya (force)Fahrenheit, oFKelvin, KSuhu (temperature)Pound mass, lbmKilogram, KgJisim (mass)Feet, ftMeter, mPanjang (length)
BS unitSI unitKuantiti
- Terdapat enam kuantiti asas dalam sistem SI iaitu:-
CdcandelaKeamatan cahaya(luminious intensity)
IAmpere, AArus (current)HKelvin, KSuhu (temperature)TSecond, sMasa (time)MKilogram, KgJisim (mass)LMeter, mPanjang (length)
DimensiSI unitKuantiti
KUANTITI ASAS
- Kuantiti terbitan terbentuk daripada kombinasi kuantiti-kuantiti asas.- Berikut adalah beberapa kuantiti terbitan yang biasa digunakan dalam
mekanik bendalir.
ML2T-3Nm/sKuasa (power)ML-1T-1N/m2Kelikatan (viscosity)ML-2T-2N/m3Berat tentu (specific weight)
ML-1T-2N.mTenaga (energy)
ML-3kg/m3Ketumpatan (density)ML-1T-2N.m – kgm2/s2Tekanan (pressure)MLT-2Newton – kgm/s2Daya (force)LT-2m/s2Pecutan (acceleration)LT-1m/sHalaju (velocity)
DimensiSI unitKuantiti
KUANTITI TERBITAN
APA ITU BENDALIR ??Bendalir
“A fluid is a substance which deforms continuously, or flows, when subjected to shearing forces”
A
ba
C
B
D
a’ b’
A’ B’ F
F
EE’
y
x
δy
δx
δz
Shearing force, F, acting on a fluid element
• Shear force : parallel to face of material• Normal force : perpendicular to the face of material• considering that weight is a force, hanging something from a wall
creates a shear stress on the wall, since the weight of the object is acting parallel to the wall, as opposed to hanging something from the ceiling which creates a normal stress on the ceiling, since the weight is acting perpendicular to the ceiling.
• Bendalir bermaksud benda yang boleh mengalir.
• Aliran bendalir terjadi akibat dari tindakan daya (ricih).
• Bentuknya berubah berterusan selagi daya dikenakan kepadanya.
“ Bendalir - Unsur yang berterusan berubah bentuk, atau mengalir apabila dikenakan daya ricih walau sekecil mana sekalipun daya ricih tersebut.”
• Daripada 3 bentuk jirim iaitu pepejal, cecair dan gas, hanya cecair dan gas sahaja yang boleh mengalir dan termasuk dalam kategori bendalir.
• A liquid takes the shape of the container it is in and forms a free surface in the presence of gravity
• A gas expands until it encounters the walls of the container and fills the entire available space. Gases cannot form a free surface
• Gas and vapor are often used as synonymous words
solid liquid gas
BENDALIR TAK BOLEH MAMPAT DAN BENDALIR BOLEH MAMPAT
ALIRAN BOLEH MAMPAT : • Ketumpatan,ρ sesuatu bendalir adalah tidak tetap.• GAS (udara, oksigen, nitrogen) adalah bendalir boleh mampat kerana
ketumpatannya sgt mudah berubah bergantung pd suhu persekitaran.• Mudah dimampatkan dengan mudah
ALIRAN TAK BOLEH MAMPAT:• Ketumpatan,ρ sesuatu bendalir adalah dianggap tetap dan tidak
berubah.• CECAIR (air, minyak) hanya sedikit atau sukar dimampatkan.• Dianggap sebagai bendalir tak boleh mampat
BENDALIR
CECAIR (LIQUIDS)
• Tak boleh mampat (sukar dimampatkan).• Terdiri daripada zarah-zarah yang mempunyai daya jeleket (cohesive force) yang kuat.• Molekulnya secara relatif adalahtersusun rapat.• Jisimnya memenuhi sesuatu isipadu danmengisi bekas tempat ia ditempatkan.• Membentuk permukaan bebas jikaisipadu bekas lebih besar daripadaisipadunya.
GAS (GASES)
• Boleh mampat (mudah dimampatkan).• Terdiri daripada zarah-zarah yang mempunyai daya jeleket (cohesive force) yang lemah.• Molekulnya secara relatif adalah tidaktersusun rapat.• Jisimnya memenuhi keseluruhan bekastempat ia ditempatkan.• Tidak mempunyai isipadu tertentu dania berubah untuk mengembangmemenuhi ruang serta tidak membentuksebarang permukaan bebas.
BENDALIR NEWTONIAN DAN BUKAN NEWTONIAN
• Bendalir yang berbeza akan memberi tindakbalas yang berbeza apabila daya ricih dikenakan ke atasnya.
• bendalir Newtonian : Bendalir yang mematuhi hukum kelikatan Newton yang mana nilai kelikatan,µ adalah malar. – Jika nilai kelikatan µ malar, maka tegasan ricih secara linearnya
bergantung terhadap agihan halaju seperti persamaan hukum kelikatan Newton, τ = µ du/dy.
– Keadaan ini benar untuk kebanyakan bendalir lazim seperti air, udara, minyak, gasoline, alcohol, kerosin, benzin dan glycerine.
• Bendalir bukan Newtonian: bendalir dengan nilai µ yang tidak malar.
Video 1 - NON-NEWTONIAN BEHAVIOR
• Fluids for which shearing stress is not linearly related to the rate of shearing strain are designated as non-Newtonian fluids.
• A mixture of water and corn starch, when placed on a flat surface, flows as a thick, viscous fluid. However, when the mixture is rapidly disturbed, it appears to fracture and behave more like a solid. The mixture is a non-Newtonian shear thickening fluid which becomes more viscous as the shearing rate is suddenly increased through the rapid action of the spoon.
- Kuantiti jisim yang terdapat dalam seunit isipadu bendalir tersebut.
- Simbol yang biasa digunakan adalah ρ (rho) dan unit SI bagi ketumpatan adalah kg/m3.
Contoh: Pada tekanan 1.013 bar dan suhu 4 °C
ρair = 1000 kg/m3
ρudara = 1.23 kg/m3
ρhg = 13600 kg/m3
SIFAT-SIFAT BENDALIR
isipadu, jisim, ,Ketumpatan m
i. Ketumpatan, (density)
ii. Ketumpatan bandingan, (relative density)
- Nisbah ketumpatan suatu bahan atau bendalir terhadap suatu ketumpatan bahan rujukan. (Biasanya air)
- Juga dikenali sebagai Specific Gravity dan menggunakan simbol SG.
- Jika nilai ketumpatan bandingan yang diberi adalah lebih besar daripada 1.0 (Contoh : σmercury = 13.6), maka kita akan ketahui bahawa bahan tersebut adalah lebih tumpat daripada air dan sebaliknya.
air
bahanbahan
iii. Berat tentu, (specific weight)
- Berat tentu suatu bendalir ditakrifkan sebagai berat bendalir per unit isipadu.
- Selain daripada gamma, γ symbol lain yang biasa digunakan adalah ω. Unitnya ialah N/m3.
Contoh : Berat tentu air dan udara pada 4 °C, PPatmatmγair = 9810 N/m3
γudara = 12.07 N/m3
gmg
atau
iv. Kelikatan dinamik dan kinematik, (kinematic & dynamic viscosity)
- Kelikatan Nilai rintangan bendalir terhadap perubahan bentuk dalam arah daya ricih atau daya putaran.
- Kelikatan dinamik:
- Kelikatan kinematik Nisbah antara kelikatan dinamik dengan ketumpatan bendalir.
dydu /µ
akhalaju/jardaya/luas
smkg
msN
.atau . 2
sm2
Video 2 - VISCOUS FLUIDS
The behavior of a flowing fluid depends on various fluid properties. Viscosity, one of the important
properties, is responsible forthe shear force produced in a moving fluid.
Although the two fluids shown look alike (both are clear liquids and have a specific gravity of 1), they
behave very differentlywhen set into motion. The very viscous silicone oil is
approximately 10,000 times more viscous than the water.
v. Tegangan permukaan, (surface tension)
- Tegangan permukaan terjadi disebabkan oleh daya tarikan antara molekul-molekul bendalir yang tak stabil pada permukaan bendalir.
Video 3 - FLOATING RAZOR BLADE
Surface tension forces exist at liquid/gas or liquid/solid interfaces. Although these forces are relatively small, they are quite important in many
situations.
A heavier-than-water, double-edged steel razor blade can float on water. Without surface tension, the
blade would sink because its weight is greater than its buoyant force.
However, surface tension forces are not large enough to support a slightly heavier singleedged blade.
vi. Kesan kapilari, (capillary effect)
- Kesan kapilari disebabkan oleh daya yang tidak stabil di antara molekul-molekul bendalir. Ia juga bergantung kepada tegangan permukaan dan magnitud daya rekatan (adhesive force) dan daya jeleket (cohesive force).
Adhesive force : acts to hold the unlike substance
Cohesive force : acts to hold the same particles of the same kind
Adhesive force > cohesive force Adhesive force < cohesive force
Sifat-sifat fizikal beberapa jenis cecair pada suhu 20°C
-3.50 X 10-23.25 X 10-42.90 X 10-1891Minyak SAE30
1.60 X 10-14.66 X 10-11.15 X 10-71.57 X 10-313600Merkuri
1.40 X 10-26.33 X 10-21.19 X 10-31.501260Glyserin
3.11 X 1032.80 X 10-22.39 X 10-61.92X 10-3804Kerosene
5.51 X 1042.16 X 10-24.29 X 10-72.92 X 10-4680Gasoline
2.34 X 1037.28 X 10-21.04 X 10-61.07 X 10-31025Air laut
2.34 X 1037.28 X 10-21.00 X 10-61.00 X 10-31000Air
Tekanan wap(Pmutlak)
Tegangan permukaan
(N/m)
Kelikatankinematik
(m2/s)
Kelikatan dinamik(kg/m.s)
Ketumpatan(kg/m3)Bendalir
Sifat-sifat fizikal beberapa jenis gas pada suhu 20°C
1.301.889 X 1028.03 X 10-61.47 X 10-51.83Karbon dioksida
1.414.128 X 1031.05X 10-48.84 X 10-68.38 X 10-2Hidrogen
1.662.077 X 1031.15 X 10-41.94 X 10-51.66 X 10-1Helium
1.315.183 X 1021.65 X 10-51.10 X 10-56.67 X 10-1Gas CH4
1.402.598 X 1021.53 X 10-52.04 X 10-51.33Oksigen
1.402.968 X 1021.52 X 10-51.76 X 10-51.16Nitrogen
1.402.869 X 1021.46 X 10-51.79 X 10-51.23Udara
Nisbah habatentu
Pemalar gas(J/kg.K)
Kelikatankinematik
(m2/s)
Kelikatandinamik(kg/m.s)
Ketumpatan(kg/m3)Bendalir
EXERCISES– Diberi ketumpatan minyak 855 kg/m3. Tentukan nilai ketumpatan
bandingan dan kelikatan kinematik minyak ini jika kelikatan dinamiknya adalah 5 x 10-3 N.s/m2.
– Ketumpatan bandingan alkohol etil adalah 0.79. Tentukan ketumpatan dan berat tentu alkohol ini.
– Isipadu seketul batu ialah 1.5 x 10-4 m3. Jika ketumpatan bandingan batu tersebut ialah 2.6, hitung berat batu tersebut.
– Minyak dengan isipadu 5.6 m3 mempunyai berat 46 800 N. Tentukan ketumpatan dan ketumpatan bandingannya.
– Isipadu dan jisim minyak mentah masing-masing ialah 7.3 m3 dan 6500kg. Tentukan ketumpatan bandingan, ketumpatan dan berat tentunya.
PROJECT• Project task
MOTIVATE YOURSELF !!• Inspiring Video