bab 1 - prinsip asas bendalir

28
BAB 1 PRINSIP ASAS BENDALIR

Upload: once-agains

Post on 02-Jul-2015

1.325 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

BAB 1PRINSIP ASAS

BENDALIR

Page 2: Bab 1 - Prinsip 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

Page 3: Bab 1 - Prinsip Asas 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

Page 4: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

- 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

Page 5: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

- 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

Page 6: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 7: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

• 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.

Page 8: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

• 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.

Page 9: Bab 1 - Prinsip Asas 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

Page 10: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

solid liquid gas

Page 11: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 12: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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.

Page 13: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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.

Page 14: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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.

Page 15: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

- 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)

Page 16: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 17: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 18: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 19: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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.

Page 20: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

v. Tegangan permukaan, (surface tension)

- Tegangan permukaan terjadi disebabkan oleh daya tarikan antara molekul-molekul bendalir yang tak stabil pada permukaan bendalir.

Page 21: Bab 1 - Prinsip Asas 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.

Page 22: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 23: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

Adhesive force > cohesive force Adhesive force < cohesive force

Page 24: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

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

Page 25: Bab 1 - Prinsip Asas 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

Page 26: Bab 1 - Prinsip Asas 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.

Page 27: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

PROJECT• Project task

Page 28: Bab 1 - Prinsip Asas Bendalir

MOTIVATE YOURSELF !!• Inspiring Video