Prinsip Bernoulli
Fluida yang bergerak menukar tekanan dengan kecepatan: di mana pun ia mengalir lebih cepat, ia mendorong lebih lemah ke samping, sehingga tekanannya turun. Inilah sebabnya udara yang mengalir di atas sayap melengkung atau air yang memampat melalui pipa sempit menarik pada tekanan yang lebih rendah dibanding fluida yang lebih lambat di sekitarnya.
Rumus
P + ½ · ρ · v² = konstan
- P — tekanan (Pa): gaya dorong yang diberikan fluida per satuan luas
- ρ — massa jenis (kg/m³): seberapa banyak massa yang terkemas dalam setiap meter kubik fluida
- v — kecepatan (m/s): seberapa cepat fluida mengalir pada titik itu
Contoh yang diselesaikan
Air pada 1000 kilogram per meter kubik mengalir pada 2 meter per detik melalui pipa lebar, lalu bertambah cepat menjadi 4 meter per detik di bagian sempit. Berapa besar tekanan turun?
- ρ = 1000 kg/m³
- v₁ = 2 m/s
- v₂ = 4 m/s
- ΔP = ½ · ρ · (v₂² − v₁²)
- ΔP = ½ · 1000 kg/m³ · (16 − 4) m²/s²
ΔP = 6000 Pa
Uji diri Anda
Air mengalir dari pipa lebar ke bagian sempit, sehingga kecepatannya bertambah. Apa yang terjadi pada tekanannya di bagian sempit itu?
- Bertambah
- Jawaban benar: Berkurang
- Tetap sama
Benar! Aliran yang lebih cepat berarti tekanan lebih rendah — itulah prinsip Bernoulli bekerja.
Air yang sama, masih 1000 kilogram per meter kubik, kali ini 1 meter per detik di pipa lebar, tetapi kini bertambah cepat menjadi 3 meter per detik di bagian sempit. Berapa penurunan tekanannya?
- Jawaban benar: 4000 Pa
- 8000 Pa
- 1000 Pa
Tepat sekali — ΔP = ½ · 1000 · (9 − 1) = ½ · 1000 · 8 = 4000 Pa.
Di mana Anda melihatnya
Sayap pesawat terbang adalah kasus klasiknya: udara yang mengalir di sepanjang permukaan atas yang melengkung bergerak lebih cepat daripada udara di bawahnya, sehingga menurut prinsip ini tekanannya turun, dan sayap didorong lebih keras dari bawah daripada ditekan dari atas. Pasangan aliran-cepat-bertekanan-rendah yang sama menarik tirai kamar mandi ke arah dalam di atas air yang mengalir dan mendekatkan dua lembar kertas ketika Anda meniup di antaranya.
Kesalahan umum
Kesalahan refleks membalikkan prinsip ini: karena fluida di bagian sempit bergerak lebih cepat, rasanya pasti ia mendorong lebih keras di sana — padahal aliran yang lebih cepat berarti tekanan lebih rendah, karena kecepatan itu dibeli dengan tekanan. Perhatikan juga aljabarnya: penurunan itu bergantung pada selisih kecepatan yang dikuadratkan, v₂² − v₁² — kuadratkan dahulu tiap kecepatan, baru kurangkan. Untuk kecepatan 2 dan 4 m/s, selisih kuadratnya adalah 16 − 4 = 12, bukan (4 − 2)² = 4.
Bagaimana ini terhubung
Ini adalah kekekalan energi yang diterapkan pada fluida yang mengalir: suku ½ · ρ · v² adalah energi kinetik per satuan volume, dan tekanan adalah kemampuan dorong tersimpan dari fluida itu, yang saling dipertukarkan bolak-balik di sepanjang garis arus sementara jumlah keduanya tetap konstan. Topik ini melengkapi unit fluida — tekanan saat diam, tekanan yang diteruskan, tekanan sebagai gaya apung, dan akhirnya tekanan yang ditukar dengan kecepatan.