10 Contoh Penerapan Hukum Bernoulli yang Wajib Kamu Tahu

Apakah kamu tahu apa itu Hukum Bernoulli dan apa saja penerapan Hukum Bernoulli dalam kehidupan sehari-hari?

Jika belum coba deh bayangin, kenapa pesawat yang massanya ratusan ton bisa terbang bebas di udara? Atau kenapa ketika berdiri di dekat mobil yang melaju kencang, tubuh kita seperti ada yang mendorong ke arah mobil?

Ternyata peristiwa-peristiwa tersebut dapat dijelaskan dengan Hukum Bernaulli.  Hukum Bernoulli adalah suatu konsep yang menjelaskan fenomena pada fluida dinamis/fluida bergerak, baik itu zat cair maupun udara. 

Hukum Bernoulli dinamai berdasarkan penemunya yaitu Daniel Bernoulli (1700-1782) yang merupakan seorang fisikawan asal Swiss. Salah satu pemikirannya yang penting dalam dunia fisika yaitu Persamaan Bernoulli pada tabung arus yang digunakan untuk pengukuran kecepatan aliran karena tekanan.

Secara matematik, Hukum Bernoulli merupakan hukum energi mekanik yang berlaku pada fluida dinamis yang ideal. Persamaan lengkapnya bisa kita turunkan seperti di bawah ini.

Ilustrasi untuk Hukum Bernoulli
(Fisika Dasar I oleh Mikrajudin Abdullah)

Untuk memahami persamaan bernoulli kita harus mengetahui dulu persamaan Energi Kinetik untuk fluida : 

dan persamaan Energi Potensial pada fluida yang dirumuskan sebagai berikut.

Persamaan Energi Mekanik di lokasi 1 adalah EM1 dan persamaan Energi Mekanik di lokasi 2 adalah EM2, yaitu

Fluida di lokasi 1 memberi gaya ke lokasi 2 yang besarnya F1 = P1A1. Gaya ini melakukan usaha sebesar

Pada saat yang sama, fluida di lokasi 2 memberikan gaya ke lokasi 1 yaitu F2 = P2A2. Gaya ini melakukan usaha negatif karena berlawanan arah dengan gerakan, sehingga didapatkan

Sehingga, usaha total yang dilakukan oleh gaya-gaya ini adalah

Berdasarkan prinsip usaha-energi, usaha sama dengan perubahan energi mekanik, maka persamaannya menjadi

Persamaan Bernoulli

Dengan menggunakan Hukum Bernoulli, pergerakan fluida dapat dijabarkan. Konsep Hukum Bernoulli ini dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut ini beberapa contoh penerapan Hukum Bernoulli.

1. Tanki Air yang Berlubang

Tanki air dengan keran di bawahnya
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Konsep persamaan Bernoulli dapat digunakan pada kasus tanki air yang memiliki lubang atau memiliki keran sebagai jalan keluarnya air yang berada di bagian bawah tanki. Dengan menggunakan persamaan Bernoulli, untuk P1 = P2 maka dapat dengan mudah diketahui kecepatan keluarnya air dari lubang/keran. Sehingga persamaannya menjadi

Persamaan v1 dikenal sebagai  asas Toricelli.

2. Gaya Angkat Pesawat

Aliran udara di sekitar penampang pesawat
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Pesawat dapat terbang naik dan turun dengan cara membedakan kecepatan aliran udara di atas dan di bawah pesawatnya. Sayap pesawat di desain agar penampang pesawat harus melengkung di sisi atas dan datar di sisi bawah.

Udara di atas pesawat menempuh jarak yang lebih jauh daripada udara di bawah pesawat, sehingga kecepatan udara di bagian atas pesawat lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan udara pada bagian bawah pesawat.

Akibatnya tekanan di bagian atas sayap menjadi lebih rendah, sehingga udara bagian bawah pesawat akan memiliki tekanan yang lebih tinggi dan menciptakan gaya angkat.

3. Perahu Layar

Perahu Layar
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Perahu layar dapat berpindah dengan memanfaatkan konsep persamaan Bernoulli. Perahu layar bergerak melawan arah angin dengan memiringkan layarnya.

Kedua layar diatur sehingga angin yang masuk ruang antar dua layar memiliki kecepatan lebih besar. Layar akan melengkung karena angin. Angin yang berhembus di sisi depan (lengkungan) layar memberikan kecepatan udara lebih tinggi daripada di sisi belakangnya.

Tekanan di sisi depan layar menjadi lebih rendah daripada tekanan di sisi belakangnya, sehingga perahu bisa bergerak tegak lurus arah angin karena adanya gaya dorong. 

Pada saat bersamaan, ada gaya lain dari sirip perahu yang tertarik oleh air laut dengan arah hampir tegak lurus dengan sumbu perahu. Resultan kedua gaya ini menyebabkan perahu bergerak hampir berlawanan dengan arah angin.

4. Bola Baseball yang Dilempar Berputar Melengkung

Bola Baseball dari Pandangan Arah Atas
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Saat bola baseball dilemparkan ke udara, bola akan bergerak berputar. Karena kulitnya yang kasar, bola berusaha menyeret udara di sekitarnya. Akibatnya udara di sisi B akan bergerak lebih cepat dibanding udara di sisi A. Sehingga tekanannya menjadi lebih besar di sisi A daripada di sisi B. Arah bolanya akan melengkung ke arah kiri (dari pelempar).

5. Atomizer Atau Penyemprot nyamuk

Atomizer 
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Saat gelembung udara pada atomizer ditekan, udara akan dipaksa bergerak melalui pipa horizontal yang sempit dengan kecepatan tinggi. Sehingga terjadi perbedaan tekanan. 

Karena tekanan di bagian pipa yang sempit di bawah tekanan atmosfer, cairan yang berada di dalam tabung di posisi bawah akan dipaksa masuk ke aliran udara dan muncul dari pipa semprot sebagai butiran halus.

6. Bola Pingpong yang Melayang

Bola pingpong melayang di atas udara
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Bola pingpong dapat dibuat melayang di atas semburan udara yang memiliki kecepatan tinggi dari mesin yang mengeluarkan udara (misalnya mesin pengering rambut). 

Apabila bola mulai meninggalkan semburan udara, bola akan mendapatkan tekanan yang lebih tinggi dari udara yang tenang, yang selanjutnya mendorong bola kembali ke letak semburan udara sehingga bola pingpong akan tetap melayang.

7. TIA (Transient Ischemic Attack) atau SSS (Serangan Stroke Selintas)

Pembuluh Darah Menuju Otak Tersumbat Sesaat
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Darah biasanya mengalir ke otak di bagian belakang kepala melalui dua arteri vertebral yang membentuk arteri basilar tepat di bawah otak. 

Jika terjadi sesuatu yang mengakibatkan peningkatan kecepatan darah yang melewati arteri vertebral, hal ini dapat menyebabkan tekanan rendah di arteri vertebral, yang kemudian dapat menyebabkan aliran darah kembali lagi (ke bawah), yang mengakibatkan serangan stroke sekilas atau TIA.

8. Aliran Udara pada Lubang Bawah Tanah

Aliran Udara pada Lubang Bawah Tanah
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Persamaan Bernoulli juga berlaku untuk tempat tinggal hewan pada lubang di bawah tanah. Hewan-hewan tersebut harus memiliki 2 lubang yang tersambung satu sama lain agar memiliki sirkulasi udara yang baik sehingga mereka tidak akan mati karena kehabisan udara. 

Satu lubang berada lebih tinggi dari lubang lainnya. Udara di atas lubang memiliki kecepatan lebih tinggi sehingga menghasilkan perbedaan tekanan, sehingga udara di dalam lubang akan dipaksa keluar dan bersirkulasi.

9. Aplikasi Bernoulli pada Venturimeter

Venturimeter
(Physics Principles with Applications 7th Edition oleh Giancoli)

Venturimeter merupakan alat untuk mengukur kecepatan aliran fluida pada pipa tertutup. Pipa dengan luas penampang berbeda dipasang pada pipa utama, kemudian tekanan pada kedua pipa tersebut diukur. 

Kecepatan aliran fluida dapat diketahui dengan mengukur tekanan, luas penampang, dan massa jenis fluidanya. Contoh penggunaan Venturimeter adalah pada saat mengukur laju aliran minyak dari tempat pengilangan ke kapal tanker.

10. Aplikasi Bernoulli pada Tabung Pitot Pesawat

Tabung pitot merupakan perangkat sederhana yang sangat penting dalam dunia penerbangan. Tabung pitot digunakan untuk mengukur kecepatan udara pesawat.

Prinsip kerja tabung pitot yaitu dengan mengukur perbedaan ketinggian permukaan raksa di dalam manometer. Berdasarkan persamaan bernoulli akan diperoleh

Tabung pitot sangat penting pada industri penerbangan karena digunakan untuk mengukur kecepatan udara. Data kecepatan udara ini berguna saat pesawat akan lepas landas dan pendaratan serta kelajuan saat menaikan atau menurunkan posisi saat di udara.

Kesimpulan

Hukum Bernoulli sangat penting dalam kehidupan sehari-hari karena bisa menjelaskan berbagai fenomena yang berkaitan dengan fluida dinamis. Secara sederhana hukum bernoulli mejelaskan hubungan antara tekanan dan kecepatan fluida. Yaitu apabila kecepatan fluida meningkat maka tekanannya akan menurun.

Dari prinsip itu juga menjadikan persamaan bernoulli memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari maupun teknologi.

Share this post