KERTAS PENERANGAN TERHAD TERHAD SAI NS KEJURUTERAAN 3[ SI VI L ] Cetakan Kedua Mac 2011 Institusi Latihan Jabatan Tenaga Manusia http ://www.jtm.gov.my/kurikulum Hak Cipta Terpelihara. Dokumen ini diklasifikasikan sebagai TERHAD. Tidak dibenarkan mengeluarmana-manabahagian dalamkandunganBahan PembelajaranBertulis(WIM) dalam apa jua bentuk tanpa keizinan daripada Jabatan Tenaga Manusia (JTM). BahanPembelajaranSEMESTERTIGAinidibangunkanbagikursussepenuhmasadi InstitusiLatihanJabatanTenagaManusia(ILJTM)olehAhliJawatankuasa PembangunanWIMdandisemaksertadiluluskanolehJawatankuasaPemandu Kurikulum untuk tujuan gunapakai bagi semua ILJTM yang terlibat. Kod Pengesahan WIM: WIM/SK3021(SB)/12011/S03/P1 Kod Pengesahan Silibus: SFB/SK3021(SB)/12009/P1Tarikh Pengesahan WIM: 11 Mac 2011 KANDUNGAN SENARAI AHLI JAWATANKUASA PEMBANGUNAN WIM ................................................ i SENARAI SINGKATAN ..................................................................................................... ii KERTAS PENERANGAN MODUL...................................................................................1 SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 .............................................................................1 GROUP CLUSTERING MODULE................................................................................2 LE1MEKANIK BENDALIR...3 iSENARAI AHLI JAWATANKUASA PEMBANGUNAN WIM KLUSTER SUBJEK UMUM - SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) Ahli Jawatankuasa : 1.Ainin Nisak Bin Ahmad Asnawi (Pengerusi Kluster Subjek Umum) ADTEC Shah Alam 2.Mohd Hisam Bin Mohd Adam (Penolong Pengerusi Kluster Subjek Umum) ADTEC Kulim 3. 4. Mohd Fadzly Bin Othman Aznizah Binti Ahmad Daud ADTEC Melaka ILP Kuala Terengganu Urusetia : 1.Pn. Norpisah binti JuminBKT, Ibu Pejabat 2.En Ismail bin Mohd TahaBKT, Ibu Pejabat Tarikh dibangunkan: 6 9 Julai2010 Tempat:ADTEC Taiping, Perak iiSENARAI SINGKATAN ISINFORMATION SHEET ASASSIGNMENT SHEET KOD KURSUS SEMESTER NO. MODUL KREDIT NO LE JENIS WIM SK 3 02 1 LE1-IS KERTAS PENERANGAN MODULSK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) MUKASURAT 2 GROUP CLUSTERING MODULE SK3021- LE1MEKANIK BENDALIR 1.1Pengenalan 1.2Statik bendalir 1.3Dinamik bendalir SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 3 INSTITUSI LATIHAN JABATAN TENAGA MANUSIA KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA MALAYSIA KERTAS PENERANGAN NAMA KLUSTER SUBJEK UMUM SAINS KEJURUTERAAN 3 KOD DAN NAMA MODUL SK 3021SAINS KEJURUTERAAN 3 PENGALAMAN PEMBELAJARAN LE 1 MEKANIK BENDALIR NO. TUGASAN BERKAITAN 1.1 1.2 1.3 PENGENALAN STATIK BENDALIR DINAMIK BENDALIR OBJEKTIF PRESTASI AKHIRAN (TPO) MENGENALPASTI PRINSIP, SIFAT-SIFAT, JENIS-JENIS ALIRAN BENDALIR DAN MENGIRA TEKANAN MENGGUNAKAN HUKUM PASCAL, PERSAMAAN KETERUSAN DAN PERSAMAAN BERNOULLISUPAYA SIFAT-SIFAT, JENIS-JENIS ALIRAN BENDALIR DAPAT DITENTUKAN DAN TEKANAN BENDALIR DAPAT DIUKUR. OBJEKTIF MEMBOLEH (EO) DI AKHIR PEMBELAJARAN PELAJAR MESTI BOLEH :- MEMAHAMI DAN MENYELESAIKAN MASALAH PENGIRAAN BERKAITAN: i.SIFAT-SIFAT BENDALIR ii.HUKUM PASCAL iii.PENGUKURAN TEKANAN iv.KADAR ALIRAN v.PERSAMAAN BERNOULLI SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 4 1.MEKANIK BENDALIR 1.1.Pengenalan Kertaspeneranganinibertujuanuntukmengetahuimengenaipengenalan mekanik bendaliriaitu prinsip asas bendalir dan sifat bendalir 1.1.1.Prinsip asas bendalir Mekanikbendaliradalahsatubidangkajiantentangkelakuanbendalir apabilaterjadiperubahankeatasnya.Bendalirbolehmengalirdantiada bentuktertentu.iaberubahbentukmengikutbekasyangmengandunginya. Jika suatu daya ricih yang rendah nilainya bertindak ke atas bendalir, ia akan berubahbentuk.Mekanikbendalirbolehdibahagikankepadaduabidang utama seperti iaitu hidrostatik dan hidrodinamik seperti dalam rajah 1-1. Bendalir Cecair (tidak boleh mampat)contoh: air, minyak Gas (boleh mampat)Contoh: udara,wap Mekanik bendalirAeromekanik HidrodinamikHidrostatik Rajah 1-1 Pengkelasan bendalir SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 5 Di dalam mekanik bendalir, cecair dianggap sebagai bendalir yang tidak bolehmampat.Walaupunsebenarnyaterjadisedikitmampatanakibat keanjalansisipadutetapiinidiabaikan.Gasadalahbendaliryangboleh mampatdanadalahlebihrumitdaricecairkeranaketumpatangasberubah mengikut nilai suhu dan tekanan. Takrifan beberapa istilah mekanik bendalir adalah seperti berikut: Hidrostatik:Ialahkajianmengenaicecairyangpegun.Daya-daya yangbertindakhanyalahtekanandangraviti(beratcecair).Hidrostatik merupakansainstulen.Aplikasididalamkejuruteraantermasuklah masalahberkaitandengandaya-dayakeatasempangan,dayakeatas pintu air dan daya-daya keapungan ke atas kapal. Hidrodinamik:Ialahberkaitandengancecairyangbergerak.Selain daripadadayayangdisebabkanolehdayagravitidantekanan,dayaricih perludiambilkira.Halaju,tenaga,kelikatan,ketumpatandangeseranakan memainkan peranan dalam pergerakan bendalir. Perbezaandiantarapepejal,cecairdangasadalahsepertidalamjadual1 berikut: PepejalCecairGas 1. Sukar dimampatkan. 2. Mempunyai bentuk tertentu 1. Mampatan terlalu kecil. 2. Mengambil bentuk bekas yang mengandunginya. 3. Mempunyai permukaanbebas. 1.Mudah dimampatkan.2.Sentiasa mengembang dan memenuhi ruang bekas.3.Tidak mempunyai permukaan bebas. Jadual 1-1 Perbezaan di antara pepejal,cecair dan gas SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 6 1.1.2.Sifat bendalir Sifat-sifatpentingbendaliradalahsepertiKetumpatan,Ketumpatan bandingan, Berat tentu, Isipadu tentu, Kelikatan dinamik, Kelikatan kinematik. i.Ketumpatan () Ketumpatan()ditakrifkansebagaijisimperunitisipadu.Unitnyaialah (kg / m3) Di mana,M = JisimV = Isipadu contohnya : untuk air, air = 1000 kg / m3 Udara, udara = 1.23 kg / m3 Ketumpatan bendalir bergantung kepada suhu dan tekanan.Ketumpatan berkurangan mengikut kenaikan suhu. Contoh 1 Beratsuatucecairyangmengisibekasyangbersaiz1.5m3ialah 7,500N. Tentukan ketumpatan cecair tersebut. Penyelesaian: Jisim ( M )Ketumpatan, = -----------------------Isipadu (V) 7500 N Jisim (M)= ----------------- 9.81m/s2 = 764.425 kg = 764.425 kg / 1.5 m3 = 509.68 kg/ m3 = m VNota: BeratJisim (M)= -----------------Pecutan graviti SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 7 ii.Ketumpatan bandingan (sg) Ketumpatanbandinganialahnisbahketumpatandarisesuatu bahan terhadap suatu nilai ketumpatan piawai. untuk pepejal dan cecair, ketumpatanyangdipilihialahketumpatanmaksimumair(pada4 c tekanan atmosfera) Di mana, sg untuk air = 1.0

sg untuk minyak = 0.9 Contoh 2 Kirakanketumpatanbandingansatucecairyangmempunyai ketumpatan 950 kg/ m3. Penyelesaian: bahanKetumpatan bandingan, sg = ---------air =950 kg/ m3 1000 kg/ m3 = 0.95 iii.Berat Tentu ( ) Berat tentu ialah berat per unit isipadu. Unitnya ialah N/ m3 W Berat tentu, = -------V

dimana, W = g (kN) V = isipadu (m3) Berat tentu bagi air pada suhu bilik ialah 9.81kN/ m3 sg = bahan

air

W Berat tentu, = ------- V SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 8 Contoh 3 Berat suatu cecair yang mengisi bekas yang bersaiz 1.5 m3 ialah 7500N. Tentukan Berat tentu cecair tersebut. Penyelesaian: 7500N Berat tentu, =-------= 5000 N/m3

1.5 m3

iv.Isipadu tentu (vs) Isipadu tentu ialah songsangan daripada ketumpatan iaitu isipadu yang terkandung seunit jisim dan unitnya ialah m3/kg. Contoh 4 Ketumpatan sejenis cecair adalah 974.81 kg/ m3. Tentukan Isipadu tentu cecair tersebut. Penyelesaian: 1 Isipadu tentu, Vs =-------974.81 kg/ m3

=1.026 x 10-3 m3/kg v.Kelikatan Apabilabendalirtidakberadadidalambekas,iaakanbergerak (mengalir)dengansatulapisan bergerakdi atas satulapisanyanglain. Pergerakan(aliran)lapisan-lapisancecairiniakanmenyebabkan terjadinyadaya-dayaricihanyangbertindakselaridenganpermukaan lapisan.Daya-dayaricihanyangterbentukiniadalahukuranrintangan kepada aliran yang dinamakan kelikatan.

1 Isipadu tentu, Vs =----- SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 9 Rajah 1-2Pergerakan lapisan cecair Lakarandiatasmenunjukkanbendalirdiapitolehdualapisan bendalir.Lapisandibawahtidakbergerakdanlapisandiatasbergerak denganhalajuV.pergerakandianggapdidalamlapisan-lapisanyang selari di antara satu sama lain. Untukpergerakanyanglurusdanselari,tegasanricihyang dihasilkan antara dua lapisan adalah berkadar terus kepada pertukaran bersudut tepat kepada lapisan. a)Kelikatan dinamik,( ) Kelikatandinamikditakrifkansebagaidayaricihperunit luas(atautegasanricih, )yangdiperlukanuntukmengheret satulapisan bendalirdengansatu unit halajumelepasilapisan lain yang terletak satu unit dari lapisan pertama. Takrifan ini boleh ditulis sebagai dengan tegasanricihataudayaricihperunitluas,duperubahanhalajudandy jarakdiantaralapisan.Unituntuk kelikatandinamikialah 2/ . m s N ataus Pa. .Adakalanyaunit poisedigunakan.Hubungandiantarapoisedengan 2/ . m s Nialah 2/ . 1 . 0 1 m s N poise = .

dydu = ataudydu = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 10 b)Kelikatan kinematik,v Kelikatankinematikditakrifkansebagainisbahkelikatan dinamik terhadap ketumpatan, atau = v Simbolyangdigunakanuntukmelambangkankelikatan kinematikialahnu,v .Unitkelikatankinematikialahs m/2. Walaubagaimanapun,adakalanyakelikatankinematik dinyatakandalamunitSt Stokes, .Hubungandiantarastokes dengan unit s m/2:s m St / 1 102 4= . Contoh 5 Ketumpatanminyak, ialah 3/ 855 m kg .Tentukannilai ketumpatanbandingan, dankelikatankinematikminyak, vjika kelikatan dinamiknya,ialah 2 3/ . 10 3 m s N . Penyelesaian: Diberi ketumpatan minyak,3min/ 855 m kgyak = Diberi Ketumpatan air,3/ 1000 m kgair = Maka ketumpatan bandingan minyak,1000855minmin= =airyakyak= 0.855Kelikatan kinetik,= vDiberi kelikatan dinamik minyak, 2 3min/ . 10 3 m s Nyak = Diberi ketumpatan minyak,3min/ 855 m kgyak = Maka kelikatan kinematik minyak,yakvmin yakyakminmin= 85510 33 =

2 6/ 10 509 . 3 s m = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 11 1.2.Statik bendalir 1.2.1.Pengenalan statik bendalir Bendalirdikatakanberadadidalamkeadaanstatikapabilatiada gerakanrelatifdiantarasatuelemendenganelemenlaindidalambendalir tersebut.Inibermaknabahawa tidak berlakunya sebarangperubahanhalaju. Oleh kerana tidak ada berlakunya perubahan halaju, maka tegasan ricih juga tidak wujud walau apapun kelikatan bendalir tersebut. Persamaanyangmenjadiasasutamadidalamstatikbendalir menghubungkantekanan,ketumpatandanjaraktegakdidalambendalir. Tekanan memainkan peranan yang sangat penting dalam statik bendalir. Peraturanamyangwujuddalamstatikbendalirdenganitudapat dinyatakan sebagai:i.Sebarangbendalirstatiktidakbolehwujudtegasanricihbertindakke atasnya, dan dengan ituii.Sebarangdayadiantarabendalirdengansempadanmestilahbertindak pada sudut tepat dengan sempadan. 1.2.2.Tekanan Bendalirakanmengenakandaya normal terhadapsebarangsempadan yang bersentuhan dengannya. Oleh sebab sempadan ini mungkin sangat luas dandayaitupulamungkinberbeza-bezadarisatutempatkesatutempat, maka lebih mudah jika analisis dibuat menggunakan ungkapan tekanan,p . Tekanan boleh ditakrifkan sebagai denganF dayanormalyangbertindakterhadappermukaanAiaituluas kawasantempatdayadikenakan.Unituntuktekananialah 2/ m N ataujuga dinyatakan sebagaiPa Pascal, . Kadangkala tekanan juga disebut sebagaibardidalamunitSIyangmembawamaksud 2 510 1= Nm bar .Jikadayayang dikenakanpadasetiapunitluassempadanadalahsama,tekanandenganitu dinamai tekanan seragam. LuasDayatekanan = atau

dAdFAFpA=AA= A 0lim SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 12 Rajah 1-3 Arah daya yang wujud dalam bendalir i.Hubungan tekanan dengan daya Tekananbergantungpadamagnituddayadanluas permukaan.Jikadayayangdikenakantetapmakaperubahan luas permukaan akan memberi kesan kepada tekanan. Rajah 1-4 Daya bertindak serenjang dengan permukaan Kedua-duagambarrajahdiatasmenunjukansatuobjek diletakandalamduakedudukanyanggberbeza.PadarajahA, dayaFyangsamadenganberatobjekWbertindakkeatasluas permukaanbawahyanglebihbesarberbandingluaspermukaan pada kedudukan rajah B. Tekanan pada kedudukan yang kedua (rajah B) lebih besar nilai daripada tekanan kedudukan pertama (rajah A). Ini bermakna tekanan akan bertambah jika luas permukaan dikecilkan. Adabeberapaciriyangperludiketahuimengenaitekanan dalam bendalir iaitu: a)Dayayangbertindakkeataspermukaanobjekyang beradadalambendaliryangstatiksentiasabertindak serenjang dengan permukaan itu SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 13 Rajah 1-5Daya bertindak serenjang dengan permukaan b)Tekananpadamana-manatitikdalamsatugarislurusdalam satu cecair yang sama.

A BC PA=PB=PC Rajah 1-6Kedudukan tekanan pada satu garis lurus c)Arascecairdalambekasberbezabentukyangterbukaadalah samasyaratcecairberadadalamkeseimbangan.tekanan bergantungkepadatinggiunsurdiatastitikyangdiambildan bukan bentuk serta saiz unsur tersebut. Rajah 1-7Aras cecair dalam bekas berbeza bentuk yang terbuka adalah sama cecair SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 14 Berbalikkepadapengkelasantekanan,terdapatempatjenistekanan (tekanansentiasadiukursebagaiperbezaanataudenganmerujukkepada suatu datum atau rujukan) iaitu: Tekanan mutlakTekananyangsebenarnya.Tekananmutlakdiukur secararelatifkepadasifarmutlak.Iaadalahhasil tambah tekanan atmosfera dan tekanan tolok. Tekanan tolok Tekananyangdiukurmenggunakanjangkatolokdan nilainyalebihbesardaripadatekananatmosfera setempat (diukur relatif kepada tekanan atmosfera) Tekanan atmosfera Tekanan udarakasa setempat Vakum Tekananyangdiukurmenggunakanjangkatolokdan magnitudnyakurangdaripada(negatif)tekanan atmosfera setempat Dari kenyataan ini dapat diringkaskan bahawa Tekanan mutlak = Tekanan atmosfera - VakumTekanan mutlak = Tekanan atmosfera + Tekanan tolok Tekananmutlak adalahtekananyangsebenarnya.Apabilakita berkata tekananadalahsifarmutlak,inibermaknabahawatidakadalagitekanandi bawahdarisifarmutlak.Sifarmutlakadalahtekananyangpalingminimum yang boleh dicapai. Tekananyangadadisekelilingkitadinamaitekananatmosfera. Tekananiniberubah-ubahmenurutketinggiandanjugasuhu.Tekanan atmosferabolehdiukurdalamduasistem.Olehkeranaadaduasistem,ini bermaknaiamempunyaiduanilaiselarasdengankewujudanduasistem tersebut. Dua nilai tersebut ialah mutlak kPa patm, 101 =atau tolok Pa patm, 0 = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 15 Walaupuntekananatmosferayang diukurdalammutlakberubah-ubah, tetapinilaitekananatmosferadalamtoloktidakberubah.Nilaiinikekalsifar. Iniadalahdisebabkantekanantolokmenjadikantekananatmosferamutlak sebagai rujukannya. Nilai sifarnya bermula dengan tekanan atmosfera mutlak. Nilai tekanan atmosfera tolok sangat penting. Semua analisis yang akan andalaluidalampelajaraninimenggunakanbacaantolok.Olehitu,tekanan atmosfera dalam bacaan tolok akan menjadi asas pengukuran. Rajah 1-8Hubungan di antara empat tekanan Rajah 1-9Pengkelasan tekanan dan hubungannyaSK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 16 Contoh6 Tentukannilaitekananpadadasartangkiyangmengandungiair sedalamm 2 . Beri jawapan dalam bacaan tolok dan juga mutlak. Penyelesaian: Pertama: Lakar gambar rajah bebas Ke dua: Tandakan dua titik tempat perbezaan tekanan akan diambil.Salahsatudaripadatitikituialahtempat tekananyanghendakdicari.Manakalatitikyang lagisatumestilahtitikyangdiketahuinilaitekanan danarasnya.Lazimnya,permukaanbebasdiambil sebagaititikyangdimaksudkan.Inidisebabkan padapermukaanbebas,tekanannyaadalah tekanan atmosfera dengan nilai 0 Pa, tolok. Ke tiga: Tanda kedua-dua titik itu dengan angka atau huruf yang berturutan. Ke empat: Buatanalisistekananmenggunakanpersamaan asasstatikbendaliruntukkesini,tekananyang hendak dicari ialah tekanan pada titik 2. Oleh itugh p p + =1 2 SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 17 Dalamkesinikitagunatandapositifkeranakitamasukatauturunke bawahdarititik1.Apabilamasukatauturun,tekananakanbertambah.Oleh kerana 1p tekananatmosfera(permukaanbebasyangterbukakepada atmosfera),makanilainyaialahtolok Pa, 0 ataumutlak kPa, 101 .Nilai berat tentu air,g , ialah9810 dan tentunya jarak di antara titik 1 dengan 2 ialahm 2 . Oleh itu

gh p patm + =2 ( ) tolok Pa p , 19620 2 9810 02= + = atau, dalam bacaan mutlaknya ( ) ( )( ) mutlak Pa p , 120620 2 9810 10 10132= + = Contoh 7 Seorangpenyelamsedangmenyelamdidasarlautpadakedalaman m 20

i.Tentukantekananyangditerimaolehpenyelampadakedalamantersebut ii.Tentukan kedalaman selaman penyelam sekiranya tekanan yang di terima oleh penyelam ialah 2/ 20 m kN . (Diberi ketumpatan air laut ialah 3/ 1000 m kgdan 2/ 81 . 9 s m g = ) Penyelesaian: a)Diberi3/ 1000 m kg = , 2/ 81 . 9 s m g =danm h 10 = Daripada persamaan gh p patm + =2 PertimbangkanPa patm0 = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 18 Maka gh p + = 02 gh p =2 20 81 . 9 10002 = p 22/ 196200 m N p =

22/ 200 . 196 m kN p = b)Diberi3/ 1000 m kg = , 2/ 81 . 9 s m g = dan2 2/ 000 , 20 / 20 m N m kN p = =

Daripada persamaan gh p patm + =2 Maka gh p + = 02 gh p =2 h = 81 . 9 1000 2000m h 04 . 281 . 9 1000000 , 20== 1.2.3.HUKUM PASCAL UNTUK TEKANAN PADA SATU TITIK Hukumpascalmenyatakanbahawamagnitudtekananpadasuatutitik didalambendalirstatikadalahsamadarisemuaarah.ertikatalain,tekanan adalahsamadarisemuaarah.Denganmengambilsatuelemenkecil bendalir yangmengandungititikP,kitaakandapatmempermudahkankenyataanini seperti dalam Rajah 8. 3 2 1p p p = = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 19 Rajah 1-10Tekanan yang bertindak pada satu titik Prinsippascalyangmenerangkanpemindahantekanandalamcecair bolehdigunakandalamsistemhidraulik.Contohsistemhidraulikyang menggunakan prinsip pascal ialah jek hidraulik ringkas dan brek hidraulik. 1.2.4.HIDRAULIK Pascaljugamenyatakanbahawaperubahantekananakandisebarkan melaluibendalirdenganmagnitudyangsamakesemuatempatdidalam sesuatu sistem tertutup. Rajah 1-11Jek Hidraulik JikaandatekanombohA,andamenyebabkandayadikenakanpada bendalir permukaan A (rujuk Rajah 2). Daya ini jika dibahagikan dengan luas permukaan A, magnitud tekanan 1p akan anda perolehi. Tekanan 1p ini akan disebarkankekeseluruhanbendalirdalamsistemyangdilakarkan.Ini bermaknabahawapadapermukaanB,magnitudtekananadalah 2patau anda boleh tulis 2 1p p = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 20 Seterusnya, melalui takrifan tekanan, anda boleh tulis 2211AFAF= Sehingga 121 2AAF F = Iniadalahasaskepadasistemhidraulik.Sistemhidraulikdigunakan dengan meluas sekali di negara kita. Contohnya pada kren, kapalterbang, jek hidraulik, sistem brek kenderaan dan sebagainya. Contoh 8 SatudayaN 800 dikenakanpadapistonselinderkecilsebuahjek hidraulik.Luaspermukaanpistonkecildanpistonbesarialah 210 cmdan 2200 cm masing-masing.Tentukanbeban(dalamkg )yangboleh diangkat oleh piston pada selinder besar. Penyelesaian: Diberi N F 8001 =2110 cm A =22200 cm A = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 21 Daripada persamaan 2 1p p = dan 2211AFAF= Maka 121 2AAF F =

N F 16000102008002= = Beban yang boleh diangkat oleh piston besar ialah ialahN 16000 Maka berat beban, N mg W 16000 = =

kggm 631 , 181 . 916000 16000= = = 1.2.5.Pengukuran Tekanan i.Tiub Piezometer (Tiub Tekanan) Piezometerdigunakanuntukmengukurtekanandidalamtangkiataupaipyangmengandungicecairdidalamnya.Tiubdipasangdi dinding bekas atau paip yang mengandungi cecair supaya cecair tersebut bolehmengalirnaikkedalamtiub.Denganmengiraketinggiancecairdi dalam tiub menggunakan persamaan gh p =, nilai tekanan akan dapat diukur. Perlu diingatkan bahawa kedudukan tiub mestilah tangen kepada arah aliran bendalir, jika tidak bacaan yang di perolehi akan menjadi tidak tepat. Rajah 1-12Tiub Piezometer SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 22 gh p patm A = atau bagi tekanan tolok pada A, gh pA =Walaupunpiezometeradalahalatpengukurtekananyangmudah dan tepat tetapi terdapat beberapa kelemahan. Ia hanya sesuai sekiranya tekanandidalampaipatautangkilebihbesardaritekananatmosfera (jikatidakudaraakanmemasukisistem).Julattekananyangdiukur adalahkeciluntukmenyesuaikandenganketinggiantiubyangsepadan. Piezometerhanyadigunakanuntukmengukurtekanandalamcecair sahaja. Contoh9 Tiub tekanan digunakan untuk mengukur tekanan minyak di dalam paip. Sekiranyaminyakitumeningkatketinggianyakepadam 2 . 1 diatas garisantengahpaip,apakahbacaantekananpadaketikaitu. (ketumpatan minyak,3/ 640 m kg ) Penyelesaian: diberi 3/ 640 m kg = danm h 2 . 1 = diketahuigh p = maka 2 . 1 81 . 9 640 = p

2/ 55 . 7 m kN p = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 23 Contoh 10 Satupiezometerdigunakanuntukmengukurtekananairdalamsatu paip. Bacaan ketinggian air yang dicatat ialahm 5 . 1 . Tentukan tekanan air tersebut ; Penyelesaian: Diketahui tekanan tolok,gh p = 5 . 1 81 . 9 1000 = = gh pair 2 2/ 715 . 14 / 14715 m kN m N p = = ii.Barometer

Rajah 1-13Barometer Merkuri Barometermerkuri(Rajah)alatalatpalingmudahuntukmengukur tekananatmosferadisesuatulokasi.Iaterdiridaripadatiubgelastertutup padasatuhujungyangdirendamdidalamsatubekasyangmengandungi merkuri. Disebabkan oleh atmosfera, tekanan merkuri di dalam tiub meningkat seperti ditunjuk dalam rajah. Jika h adalah tinggi merkuri di atas aras bendalir dalam bekas, maka kita mendapati wh gh p PA atn= =

yang mana, tentu berat w = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 24 dimana ApialahtekananpadaAdansamadengantekananwapmerkuri wapp, bernilai lebih kurang Pa 16 . 0dan lazimnya diabaikan, maka gh Patn = Kadangkalatekananatmosferadinyatakansebagai merkuri mmiaitu samadenganh.Padakeadaanaraslautdimananilaitekananialah Pa 327 , 101danberattentumerkuriialah,tinggibarometriialah merkuri mm 761.Airbolehdigunakansebagaiben3/ 100 , 133 m Ndalir barometer, tetapi ketinggian air akan mencapai lebih kurang 10.36 m. Contoh 11 Tentukantekananatmosferasekiranyakedudukanmerkuridalamtiub barometerberada pada ketinggian mm 760 di atas permukaan merkuri dalam bekas. Di beri spesifik graviti merkuri ialah 6 . 13 dan spesifik graviti air air ialah 3/ 9810 m N. Penyelesaian: air tentu berat merkuri tentu berat A kolum luas pA =

ah w A pm A = atau

h w pm A = ambilm mm h 76 . 0 760 = = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 25 Manakala air tentu berat merkuri tentu berat wm = 2 3/ 10 81 . 9 6 . 13 m N wm = Daripada h w pm A = Maka

2 3/ 76 . 0 10 81 . 9 6 . 13 m N pA = 2/ 3 . 101 m kN = iii.Manometer Hubunganantaraketinggiandantekanandijadikanasas pengukuran tekanan dalam manometer atau alat pengukur bendalir. Kita dapatmengukur perbezaantekanantinggidantekananrendah dengan alat ini. Berikut adalah beberapa jenis manometer: a) Manometer Mudah ( Manometer Tiub-U) b) Manometer Kebezaan a)Manometer Mudah Tiub-U Walaupuntiubpiezometerstrukturnyaadalahmudah, namuniamempunyaibeberapakekurangan.Olehitu Manometr tiub-U nampaknya menjadi alternatif yang lebih baik. Ianyaterdiridaripadatiub-Uyangdiisidenganbendaliryang dinamakansebagaibendalirtolok.Salahsatuhujungtiubnya didedahkankepadatekananyanghendakdiukurmanakala hujung satu lagi adalah terbuka kepada atmosfera. Maka PertimbangkansekiranyabendalirAadalahgasdimana 1 1gh boleh diabaikan, maka 2 2gh pA = 2 2 3 2 1 1gh p p p gh patm A + = = = +1 1 2 2gh gh pA =SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 26 Rajah 1-14Manometer tiub-U Rajah 1-15 Tekanan negatifRajah 1-16 Tekanan positif Duajenistekananbolehterjadididalammanometermudahiaitu tekanan positif dan tekanan negatif. Contoh 12 KirakantekananmutlakdititikA(udara)jikaketumpatanraksaialah 13.6x103kg/m3 danketumpatanudaraialah1.293kg/m3.Diberi h1= 2m dan h2 = 2.65m. Penyelesaian : PA + ugh1 = rgh2 PA = rgh2 - ugh1 = 13.6 x 103 x 9.81 x 2.65 1.293 x 9.81 x 2 = 353.54 kN/ m2 SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 27 b)Manometer Bezaan Manometerbezaanialahmanometeryangmengukur perbezaan tekanan di antara dua paip atau di antara dua titik di dalam satu paip. Perhatikan Rajah 1-17 di bawah: Rajah 1-17Manometer bezaan P1 + 1gx + 2gy = P2 + 2gz P1 P2 = 2gZ - 1gX 2gy SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 28 1.3.Dinamik bendalir 1.3.1.Pengenalan Bendalirditakrifkansebagaibergerakapabilaadanyagerakanrelatif antaramolekulbendalir.Olehitu,sebaiksahajawujudnyagerakanrelatif antaramolekuldenganmolekulatauantaramolekuldengansempadannya, maka bendalir itu ditakrifkan sebagai dinamik bendalir. Gerakan bendalir dapat diramalsamasepertigerakanpepejalyangmenggunakanhukumasasfizik bersama-samadengansifatfizikalbendaliryangtelahdipelajaridalamstatik bendalir. 1.3.2.Jenis-jenis aliran Aliran bendalir yang perlu dianalisis dapat dikumpulkan dalam beberapa jenis.Pengumpulaniniperludilakukanuntukmemudahkankerja penganalisisan. i.Aliran seragam Aliranseragamterjadijikahalajualiranmempunyaimagnituddan arahyangsamadisetiaptitikdalamaliranbendalir.Contohnyaialah alirandidalampaipyangmempunyaigarispusatyangsamadan mengalir penuh. Rajah 1-18Aliran seragam di dalam paip ii.Aliran tak seragam Jikapadasatumasa,magnitud dan arahhalaju tidaksama antara satu titik dengan titik lain dalam aliran bendalir. (Dalam praktisnya, secara takrifandapatdikatakanbahawabendaliryangmengalirhampirdengan sempadan pejaladalah alirantakseragamkeranamolekuldi sempadan mesti menggunakan halaju sempadan yang lazimnya adalah sifar. Walau bagaimanapunjikasaizdanbentukkeratanrentasarusbendaliradalah malar, aliran tersebut dianggapkan sebagai seragam). Nota :- V = V1 SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 29 Rajah 1-19Aliran tak seragam di dalam paip menirus iii.Aliran mantap Aliranmantapterjadijikakeadaan(halaju,tekanandansifat-sifat lain)disatutitikdalamalirantidakberubahdenganmasa.Contohnya aliran dalam terusan pengairan untuk suatu tempoh tertentu. iv.Aliran tak mantap Jikadisebarangtitikdalamaliranbendalir,keadaanberubah denganmasa.(Lazimnyadalamalamnyata,terdapatsedikitperubahan halajudantekanandisatu-satutitikdalamaliranbendalir.Namunjika nilaipuratanyaadalahmalar,aliraninibolehlahdianggapsebagai mantap). 1.3.3.Kadar aliran isipadu Lazimnya kita lebih mahu mengetahui tentang kadar aliran isipadu yang lebihdikenalisebagaikadaraliranataukeluaran.Simbolyangdigunakan untukmelambangkankadaraliranialahQ.Kadaraliranialahjumlahisipadu bendalir yang mengalir se unit masa atau Jikarumusinididarabdenganketumpatanbendalir,kitaakandapat kadaraliranjisim.Sepertiyangtelahditegaskan,kitamestilahkekaldalam penggunaanunit.KalaumenurutsistemSI,unituntukQialahm3/s.Namun dalam praktisnya, unit yang lazim digunakan untuk Qialah Liter se saat ( l/s ). NOTA:1 liter = 1 x 10-3 m3 v Q = ___ t SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 30 1.3.4.Kadar aliran jisim Bagaimanakitahendakmengukurkadarairmengalirdidalampaip? Carapalingmudahadalahdenganmengambilmasayangdiambilolehair tersebutuntukmemenuhisebuahbaldi.Kemudianjikakitatimbangair tersebut dan bahagikan dengan masa yang diambil untuk memenuhkan baldi tersebut,makakitadapatkadarpengumpulanjisimair.Inilahyangdisebut kadaraliranjisim.Lazimnyakadar aliranjisiminikitasimbolkandengan -m dan unitnya ialahs kg / . Sebagaicontoh,katalahsebuah baldikosongmempunyaijisimkg 0 . 2 . Selepassaat 7 jisimairyangdikumpulbersama-samadenganbaldiialah kg 0 . 8 . Oleh itu kadar aliran jisim yang mengalir dalam paip ialah air mengumpul untuk diambil Masabaldi dalam bendalir Jisimjisim aliran Kadar =70 . 2 0 . 8 =s kg / 857 . 0 = Menggunakankaedahpengiraaanyangsama,jikakitaketahui bahawa kadaraliranjisimialahs kg / 7 . 1 kitadapatmenentukanmasayangdiambil untuk memenuhkan baldi dengan jumlah airkg 8 . saatjisim aliran kadarjisimMasa 7 . 47 . 18= = = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 31 1.3.5.Persamaan Keterusan Jisimtidakdapatdibinaataudimusnahkan.Apayangterjadiialah semua jisim yang ada di dunia ini hanya akan berubah bentuk dan bukannya musnahataubertambah.Prinsipinidikenalisebagaiprinsipkeabadianjisim dandigunakandalamanalisisbendalir.Prinsipinidigunakandalamisipadu tetapyangdikenalisebagaiisipadukawalan(ataupermukaankawalan) seperti yang dilakarkan dalam Rajah 1-20. Rajah 1-20Gambarajah isipadu kawalan Untuk sebarang isipadu kawalan, prinsip keabadian jisim menyatakan: Jisimmasukseunitmasa=Jisimkeluarseunitmasa+ Pertambahan jisim di dalam isipadu kawalan se unit masa. Jika aliran adalah mantap, pertambahan jisim di dalam isipadu kawalan tidak akan terjadi. Mengapa? Oleh itu, untuk aliran yang mantap Jisim masuk se unit masa = Jisim keluar se unit masa Hubunganinidapatdigunakanterhadaptiubarussepertiyang dilakarkandidalamRajah1-21.dimanatidakadabendaliryangakan mengalirmerentasisempadanyang dibuatoleh garisarus.Olehitu,bendalir hanyaakanmasukdankeluarmelaluidualaluanmasukdankeluarkeratan tiub arus tersebut. SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 32 Rajah 1-21Aliran yang mengalir di dalam tiub arus Kita boleh tulis 2 1 di masa unit se keluar Jisim di masa unit se masuk Jisim = 2 2 2 1 1 1V A V A =Jika aliran mantap, -= = = m Pemalar V A V A2 2 2 1 1 1 Inilahrumusuntukketerusan.Lazimnyadisebutsebagaipersamaan keterusan.Aliranbendalirmelaluipaipsebenaratausebarangbentuklaluan tertutup akan berubah-ubah disebabkan oleh kehadiran dinding paip tersebut. Dalamkesinikitabolehgunakanhalajupurata.Olehitu,halajuyang digunakan di dalam persamaan keterusan ini adalah halaju purata. Kinikitatelahdidedahkanbahawajenisaliranbendaliryangkitaakan temuiadalahaliranmantapdanterdiridaripadabendalirtakbolehmampat. Maksuddisiniialahketumpatanbendaliryangmengaliradalahmalar(tidak ada perubahan ketumpatan). Oleh itu Inilah persamaan keterusan yang sangat penting dan yang paling lazim digunakan.Persamaaninijelasmenunjukkanbahawakadaraliranmasuk adalah sama dengan kadar aliran keluar. Q V A V A2 2 1 1= =Atauk mQ Q=SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 33 i.Penggunaan persamaan keterusan Contoh 13 Sebatangpaipdikuncupkanlaluannyadibahagianhujungsepertiyang dilakarkan. Jika luas di bahagian 1 ialah 2 310 10 mdan di bahagian 2 ialah 2 310 3 m dan halaju purata di bahagian 1 ialah s m/ 1 . 2 , tentukan halaju purata air di bahagian 2.

Penyelesaian: Dalamkesini,airmengalirdarikirikekanan.Menggunakanprinsip keterusan,kadaraliranjisimmestilahsamadisetiapbahagian-jisim masukkedalampaipsamadenganjisimyangkeluardaripaip.Kita boleh tulis: 2 2 2 1 1 1V A V A = Di mana, subskrip 1 dan 2 menandakan nilai di dua bahagian. Olehsebabkitaanggapkanairsebagaibendalirtakbolehmampat, perubahan ketumpatan dari titik 1 ke titik 2 adalah sangat kecil. Oleh itu, kitadapatanggapkanbahawa 2 1 = .Lanjutandaripadaitu,ini bermakna bahawa kadar aliran adalah malar atau 2 1Q Q =Atau 2 2 1 1V A V A = Maka, halaju di bahagian 2 ialah21 12AA VV =

( )3310 31 . 2 10 10=

s m/ 0 . 7 = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 34 Contoh 14 Air mengalir di dalam peresap seperti yang dilakarkan. Jikamm d 302 =danmm d 401 = sertahalajupuratadibahagian2ialahs m/ 0 . 3 , tentukan halaju air sewaktu masuk ke dalam peresap. Penyelesaian: MenggunakankaedahyangsamasepertidalamContoh1,halaju masukan dapat dinyatakan sebagai 22121VddV||.|

\|= 0 . 3304021|.|

\|= V s m/ 3 . 5 = 1.3.6.Persamaan Bernoulli PersamaanBernoulliadalahsalahsatudaripadarumuspalingpenting dalam mekanik bendalir. Persamaan ini ditulis sebagai H zgvgp= + +22 Di mana ; gp = Turus tekanan gv22= Turus halaju SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 35 z = Turus upaya H= Turus keseluruhan Berasaskanprinsipkeabadiantenaga,tenagakeseluruhandidalam sistem tidak berubah. Oleh itu persamaan Bernoulli dapat ditulis sebagai Persamaan Bernoulli ini dapat digunapakai pada keadaan di sepanjang suatu garis arus seperti di antara titik 1 dan 2 pada garis arus dalam Rajah 1-22. Rajah 1-22Garisan arus pada titik 1 dan 2 Dalampersamaaninidianggapkantidakadakehilangantenaga (contohnyadisebabkanolehgeseran)ataupertambahantenaga(contohnya daripada pam) di sepanjang garis arus. Pemalar H zgvgp= = + +22 Turus keseluruhan di 1 = Turus keseluruhan di 2 Atau 222 2121 12 2zgvgpzgvgp+ + = + + SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 36 Syarat-syarat penggunaan persamaan Bernoulli adalah: i.Aliran adalah mantap ii.Kelikatan adalah malar (maknaya bendalir tak boleh mampat) iii.Kehilangan geseran diabaikan iv.Persamaanmenghubungkankeadaanduatitikdisepanjangsatugaris arus (bukan keadaan pada dua garis arus yang berbeza) v.Paksi z sentiasa menghala ke atas. i.Penggunaan persamaan Bernoulli Contoh 15 : Paip mendatar Airmengalirmelaluisatupaipyangberadam 36 dariaraslautseperti ditunjukkandalamrajahdiatas.Tekanandidalampaipialah 2/ 410 m kN danhalajunyas m/ 8 . 4 .Kirakanjumlahtenagauntuk setiapberatairdiatasaraslaut.(ketumpatanair 3/ 1000 m kg = dan 2/ 81 . 9 s m g = ) Penyelesaian: Jumlah tenaga per unit berat = Turus keseluruhan =Hgvgpz22+ + = ( )81 . 9 28 . 481 . 9 100010 410362 3++ =N J / 96 . 78 = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 37 Contoh 16 : Paip condong Merujukkepadapaipsepertiditunjukkanpadarajahdiatas.Diberi diameterMdanNadalahcm 20 dancm 5 .Tekananairialah 2/ 5 cm kg . Jika halaju di M ialahs m/ 1 , kirakan tekanan di N dalam unit 2/ cm kg . (ketumpatan air 3/ 1000 m kg = dan 2/ 81 . 9 s m g = ). Penyelesaian: Dengan menggunakan persamaan Bernoulli gvgpzgvgpzN NNM MM2 2+ + = + + (1) Kadar aliran masuk pada M = Kadar aliran keluar pada N N MQ Q = N N M MA V A V = (2) Daripada (2) NM MNAA VV = ( ) ( )( )2205 . 02 . 01 =s m/ 16 =Diberi 2/ 5 cm kg pM =

0001 . 081 . 9 5= 2/ 5 . 490 m kN = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) SK3021-LE1-IS (SIVIL)PINDAAN : 1MUKASURAT 38 Daripada (1) ( ) g z zgpgv vpN MM N MN(((

+ +=22 2

( )( ) 9810 3 5981049050081 . 9 22 16 1((

+ +=

2/ 382620 m N = SK3021 SAINS KEJURUTERAAN 3 (SIVIL) K02-04-01-LE2-IS (SIVI L)PINDAAN : 1MUKASURAT 39 LATIHAN 1Nyatakan apakah yang dimaksudkan dengan bendalir? 2Nyatakan apakah yang dimaksudkan dengan kelikatan? 3Takrifkan berat tentu dan nyatakan unitnya. 4Takrifkan kelikatan dinamik dan nyatakan unitnya. 5Takrifkan kelikatan kinematik. 6Ketumpatan minyak,ialah 3/ 855 m kg . Tentukan nilai ketumpatan bandingan,dan kelikatan kinematik minyak, vjika kelikatan dinamiknya,ialah 2 3/ . 10 5 . 2 m s N . 7Nyatakan Hukum Pascal 8Senaraikan 4 pengkelasan tekanan dan terangkan secara ringkas. 9Senaraikan tiga contoh alat pengukur tekanan 10Tiubtekanandigunakanuntukmengukurtekananminyakdidalampaip.Sekiranya minyakitumeningkatketinggianyakepadam 5 . 1 diatasgarisantengahpaip,apakah bacaan tekanan pada ketika itu. (ketumpatan minyak,3/ 640 m kg ) 11Senaraikan empat jenis aliran dan terangkan secara ringkas. 12Nyatakan syarat-syarat penggunaan persamaan Bernoulli.13Sebatangpaipdikuncupkanlaluannyadibahagianhujungsepertiyangdilakarkan.Jika luasdibahagian1ialah 2 310 15 m dandibahagian2ialah 2 310 8 m danhalaju purata di bahagian 1 ialah s m/ 1 . 2 , tentukan halaju purata air di bahagian 2. RUJUKAN :1Fatimah Mohd. Nor, Faridah Jaafar Sidek, Goh Guit Keau, Mekanik Bendalir Untuk Kejuruteraan Awam, UTM, 1991, ISBN 983-9585-20-7 2Amat Sairin B. Demun, Mekanik Bendalir, UTM, 1995