Aliran Laminar (Tunak), Aliran Turbulen, Kriteria Aliran Ideal ǀ Dinamika Fluida

Dinamika fluida mengajarkan kepada kita tentang fluida yang berdinamika, mengalir, atau bergerak. Fluida yang mengalir ini memiliki dua jenis aliran, yaitu laminar (tunak) dan turbulen. Fluida ini juga perlu dikondisikan layaknya gas yang ideal agar dapat dianalisis dengan mudah. Tentu, gas yang benar-benar ideal ini tidak ada.

Baca sebelumnya : Apakah Es dalam Gelas Penuh Air akan Tumpah saat Es Telah Mencair? Apakah Fenomena Ini Sama dengan Melelehnya Es Kutub?

JENIS ALIRAN FLUIDA

ALIRAN LAMINAR (TUNAK)

Pernahkah kalian melihat lintasan pelari di pinggir lapangan. Partikel fluida yang mengalir juga memiliki lintasan. Ia tidak bergerak secara zigzag atau melompat kesana-kemari. Kita dapat melihatnya pada aliran sungai, aliran asap, atau aliran air pada selang.

Aliran partikel fluida yang mengikuti lintasan halus ini-lah yang disebut dengan aliran laminar. Contoh aliran laminar pada zat cair dan gas dapat dilihat pada gambar 1.1.

Aliran Fluida (Air) dari Wadah Lenggang ke Sempit; Aliran Fluida (Udara/ Angin) yang Melewati Penampang Melintang Sayap Pesawat; Aliran Fluida (Gas dan Air) Tampak Bawah pada Bodi Kapal; Aliran Fluida (Udara/ Angin) pada Mobil

Gambar 1.1.a. Aliran Fluida (Air) dari Wadah Lenggang ke Sempit; Gambar 1.1.b. Aliran Fluida (Udara/ Angin) yang Melewati Penampang Melintang Sayap Pesawat; Gambar 1.1.c. Aliran Fluida (Gas dan Air) Tampak Bawah pada Bodi Kapal; Gambar 1.1.d. Aliran Fluida (Udara/ Angin) pada Mobil
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Misal, kita menghanyutkan sebuah kapal kertas di sungai. Dia akan bererak hanyut pada lintasan tertentu. Partikel fluida atau air sungai-nya juga bergerak sesuai lintasan. Hal ini tidak hanya terjadi pada fluida cair, melainkan terjadi pula pada fluida gas.

Perhatikan gambar 1.1., sebuah aliran air bergerak dari selang besar menuju selang yang lebih kecil. Aliran air yang sebelumnya mendapat ruang yang cukup lenggap harus melewati selang yang sempit. Hal ini memicu kecepatan aliran air di selang sempit meningkat.

Bayangkan, orang-orang yang berbaris dan bergerak dari ruang yang lenggang lalu harus melewati ruang yang sempit. Mereka harus tetap bergerak tidak boleh berhenti. Tentu, orang-orang yang sudah mencapai ruang sempit akan bergerak lebih cepat agar yang di belakang bisa terus bergerak.

Pada aliran laminar, partikel fluida pasti memilih suatu lintasan untuk mengalir. Garis lintasan yang dilewati partikel ini disebut dengan garis alir.

ALIRAN TURBULEN

Aliran laminar yang terganggu akan menyebabkan aliran menjadi tak menentu dan berubah menjadi pusaran-pusaran. Aliran inilah yang disebut dengan aliran turbulen. Aliran jenis ini-lah yang membuat pesawat mengalami guncangan sewaktu berada di udara.

Perhatikan gambar 1.2., mula-mula asap rokok keluar dengan aliran laminar. Gas tampak mengalir mulus dengan lintasan menentu. Setelahnya, asap mulai menggumpal-gumpal akibat kelajuannya di atas kritis atau terganggu oleh angin.

Gambar 1.2. Aliran Laminar, Aliran Transisi, dan Aliran Turbulen (Turbulensi) pada Fluida (Asap)
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Udara di langit juga mengalir secara laminar. Udara mengalir dari segala penjuru dan seringkali bertemu dalam arah yang berbeda sehingga turbulen muncul. Terkadang, ia juga menabrak bangunan-bangunan tinggi, awan, dan sebagainya. Hal ini juga menyebabkan aliran turbulen (berpusar).

ASUMSI ALIRAN IDEAL

Aliran fluida yang kita analisis tentu harus memiliki kriteria ideal. Hal ini dikondisikan karena aliran yang tidak ideal tentu membutuhkan analisis yang lebih rumit lagi. Jadi, kita mengkondisikan suatu aliran tertentu yang mudah untuk digambarkan.

Berikut kriteria aliran ideal :

Aliran fluida linier dan tidak dapat diputar. Misal, kita meletakkan roda dengan ban berbentuk dayung dalam aliran fluida tersebut. Aliran fluida tersebut tidak akan membentuk pusaran atau tidak memiliki momentum sudut pada tiap partikel-nya.
Aliran fluida tidak dapat dimampatkan atau dikompresi. Saat kita merubah ukuran selang dari besar ke kecil, aliran air akan berubah kelajuannya. Ia tidak sedang dimampatkan layaknya spons yang dapat ditekan (dimampatkan) menjadi kecil.
Alirannya harus laminar (tunak). Kita tidak menganalisis aliran fluida yang memiliki kelajuan tidak stabil, seperti aliran turbulen. Pada aliran laminar, semua partikel fluida bergerak dengan kelajuan konstan.
Fluida yang mengalir tidak boleh kental. Fluida yang kental ibarat jalanan dengan permukaan yang kasar. Partikel yang bergerak di dalamnya akan memiliki gesekan yang besar sehingga timbul energi internal (panas). Sedangkan, gesekan akan diabaikan untuk fluida tidak kental.

Baca selanjutnya : Persamaan Kontinuitas & Debit (Fluks Volume) ǀ Penurunan Persamaan (Rumus), Contohnya dalam Kehidupan

KESIMPULAN

Dinamika fluida adalah fluida yang mengalir atau bergerak, seperti asap, aliran air, angin, dan lain sebagainya. Kelajuan aliran dapat stabil dan tidak stabil, contohnya laminar (tunak) dan turbulen. Hal ini berdasarkan analisis dari aliran yang ideal dengan beberapa kriteria yang diasumsikan atau dikondisikan.