Perbedaan Benda Padat dan Fluida Berdasarkan Tegangan Geser

Definisi Umum Fluida

Dalam mekanika fluida, istilah fluida digunakan untuk menyatakan zat cair dan gas. Perbedaan mendasar antara benda padat (solid) dan fluida tidak ditentukan oleh bentuk atau kekerasan, melainkan oleh respon material terhadap tegangan geser.

Tegangan Geser (Shear Stress)

Tegangan geser (shear stress) adalah gaya yang bekerja sejajar (tangensial) terhadap suatu permukaan, dibagi dengan luas permukaan tersebut. Tegangan ini cenderung menyebabkan bagian-bagian material bergeser relatif satu sama lain.

Respon Benda Padat terhadap Tegangan Geser

Apabila suatu tegangan geser tangensial diberikan pada permukaan benda padat, maka:

Benda padat akan mengalami deformasi terbatas (finite deformation).
Setelah deformasi tertentu tercapai, benda padat dapat berada dalam kesetimbangan statis, meskipun tegangan geser tetap bekerja.
Besar tegangan geser umumnya sebanding dengan besar deformasi yang terjadi.

Dengan kata lain, benda padat mampu menahan tegangan geser tanpa mengalami deformasi yang terus-menerus.

Respon Fluida terhadap Tegangan Geser

Sebaliknya, apabila tegangan geser tangensial diberikan pada permukaan suatu fluida, maka:

Fluida tidak dapat mencapai keadaan kesetimbangan statis.
Fluida akan mengalami deformasi yang terus berlangsung selama tegangan geser dipertahankan.
Yang bersifat sebanding dengan tegangan geser bukanlah besar deformasi, melainkan laju deformasi (rate of deformation).

Sifat inilah yang menyebabkan fluida mengalir (flow) ketika dikenai tegangan geser.

Definisi Fluida Secara Mekanika

Berdasarkan respon terhadap tegangan geser, fluida dapat didefinisikan sebagai material yang tidak mampu menahan tegangan geser tanpa mengalami deformasi yang berlangsung terus-menerus. Definisi ini berlaku baik untuk zat cair maupun gas, dan menjadi dasar utama dalam mekanika fluida dan aerodinamika.

Pembagian Dinamika Fluida dan Ruang Lingkup Aerodinamika

Pembagian Dinamika Fluida

Berdasarkan jenis fluida yang terlibat, dinamika fluida secara konvensional dibagi menjadi tiga bidang utama:

Hydrodynamics: Mempelajari aliran zat cair.
Gas dynamics: Mempelajari aliran gas.
Aerodynamics: Mempelajari aliran udara.

Pembagian ini bersifat praktis dan historis, bukan pembagian berdasarkan perbedaan hukum fisika yang mendasar.

Hubungan Antarbidang

Ketiga bidang tersebut tidak bersifat saling terpisah secara mutlak. Terdapat banyak kesamaan prinsip dan fenomena yang identik di antara hidrodinamika, dinamika gas, dan aerodinamika, seperti:

hukum kekekalan massa, momentum, dan energi,
lapisan batas (boundary layer)
turbulensi
gaya hambat (drag).

Perbedaan utama antarbidang umumnya terletak pada sifat fluida dan kondisi aliran (misalnya densitas, kompresibilitas, dan rentang kecepatan), bukan pada hukum dasarnya.

Penggunaan Istilah Aerodinamika

Dalam penggunaan populer maupun teknik, istilah “aerodinamika” sering digunakan secara lebih luas sehingga mencakup permasalahan yang juga termasuk dalam hidrodinamika dan dinamika gas. Oleh karena itu, dalam konteks buku ini, istilah aerodinamika digunakan secara longgar, dan pembahasannya tidak selalu dibatasi hanya pada aliran udara.

Aerodinamika sebagai Ilmu Terapan

Aerodinamika merupakan ilmu terapan yang memiliki banyak aplikasi praktis dalam bidang rekayasa (engineering). Tidak peduli seberapa elegan suatu teori aerodinamika, seberapa kompleks solusi numerik yang digunakan, atau seberapa canggih suatu eksperimen aerodinamika, seluruh upaya tersebut pada umumnya ditujukan untuk mencapai tujuan-tujuan praktis tertentu dalam perancangan dan analisis sistem teknik.