Apakah itu Prinsip Bernoulli?4 min read
Bagaimana pesawat terbang? Bagaimana bola ditendang boleh bergerak dalam garis lengkung? Kenapa tidak boleh duduk rapat dengan landasan di platform kereta api? Jawapan kepada kesemua persoalan tersebut adalah sama, iaitu disebabkan prinsip bernoulli.
Apakah itu prinsip Bernoulli?
Prinsip Bernoulli, merupakan salah satu teori penting di dalam dinamik bendalir (fluid dynamics) yang mengaitkan kelajuan bendalir dengan tekanannya. Dinamik bendalir adalah kajian tentang pergerakan bendalir. Bendalir yang kita akan bincangkan di sini tidak semestinya cecair, ia juga boleh jadi gas. Prinsip ini telah diperkenalkan oleh seorang ahli fizik dan matematik yang bernama Daniel Bernoulli. Beliau berasal dari negara Belanda dan telah menerbitkan bukunya yang bertajuk Hydrodynamics pada tahun 1738.
Kaitan prinsip Bernoulli antara tekanan, kelajuan dan ketinggian boleh dijelaskan dengan prinsip pengabadian tenaga. Dimana, jika kelajuan bendalir meningkat, sama ada tekanannya ataupun tenaga keupayaannya (ketinggian) akan menurun untuk mengimbangi jumlah keseluruhan tenaga. Prinsip Bernoulli ringkas yang sering didengar adalah apabila halaju bendalir itu meningkat, tekanan pada bendalir itu berkurangan. Manakala apabila halaju bendalir itu berkurang, tekanan pada bendalir itu pula meningkat. Secara matematiknya, keseluruhan prinsip bernouli yang merangkumi tekanan, kelajuan dan tenaga keupayaan dikaitkan melalui persamaan di bawah.
Persamaan Bernoulli
Persamaan Bernoulli menyatakan bahawa;
p+\frac{1}{2}ρV^{2} + ρgh = constantDimana:
- p = tekanan
- ρ = ketumpatan
- V = halaju
- h = ketinggian
- g = tarikan graviti
Persamaan ini boleh dipakai jika syarat-syaratnya adalah tersebut;
- Titik 1 dan titik 2 pada satu aliran sama.
- Bendalir mempunyai ketumpatan yang sama.
- Aliran stabil.
- Tiada geseran.
Satu contoh praktikal yang sering digunakan untuk menunjukkan prinsip Bernoulli adalah tiub venturi. Tiub venturi mempunyai salur masuk yang kemudiannya mengecil dari segi diameter di bahagian tengah dan kembali membesar pada salur keluar. Sebagai contoh diagram keratan 2-D paip di bawah menunjukkan separuh daripada bahagian tiub venturi.
Di dalam tiub venturi, jisim air/udara yang memasuki tiub mesti bersamaan dengan jisim udara yang keluar daripada tiub. Pada bahagian tiub yang mengecil tersebut, kelajuan bendalir harus meningkat untuk memastikan jumlah jisim bendalir yang sama keluar daripada luas tiub yang lebih kecil tersebut.
Jika dilihat pada gambarajah tersebut, apabila bendalir itu mula melepasi keratan paip tersebut, aliran yang bersaiz kecil itu menyebabkan halaju menjadi lebih laju dan tekanan semakin rendah. Manakala bendalir yang memasuki aliran yang bersaiz besar itu dalam halaju yang rendah dan tekanan yang tinggi. Maka, persamaan Bernoulli mengalami perubahan seperti di bawah;
p1 - p2 = \frac{1}{2}ρ(V2^{2} - V1^{2}) Dan juga;
A1V1=A2V2
Maka,
- A2<A1, V2>V1
- V2>V1, p2<p1
“Saiz permukaan yang semakin mengecil = Halaju bertambah“
“Halaju bertambah = Tekanan berkurang“
Aplikasi prinsip Bernoulli
Penerbangan
Prinsip ini diguna pakai pada keratan sayap kapal terbang untuk menentukan daya angkat pada aerofoil. Sebagai contoh, jika udara yang melalui atas permukaan atas aerofoil itu lebih laju berbanding aliran udara pada permukaan bawah, prinsip Bernoulli menyatakan bahawa tekanan pada permukaan atas sayap atau aerofoil lebih rendah berbanding tekanan pada permukaan bawah. Perbezaan pada tekanan ini menyebabkan sayap itu terangkat oleh daya yang dihasilkan.
Bola sepak
Untuk peminat sukan bola sepak, sudah semestinya kita selalu melihat pergerakan bola itu melengkung apabila pemain menyepak bola itu. Fenomena ini juga mengguna pakai prinsip fizik ini. Pergerakan bola yang melengkung ini disebabkan oleh bola itu berputar secara melintang di udara dimana udara juga mengalir pada bola itu. Namun, udara akan mengalir lebih laju pada bahagian bola yang berputar mengikut arus yang sama. Oleh hal yang demikian, tekanan pada bahagian bola itu berkurangan dan tekanan pada bahagian yang bertentangan pula semakin meningkat.
Tendangan lengkung Faiz Subri yang memenangi anugerah Puskas 2016 boleh dijelaskan menggunakan prinsip Bernoulli.
Kenderaan Jalanan
Terdapat pelbagai saiz kenderaan di jalanan seperti motosikal, kereta, bas dan juga lori. Apabila sebuah lori bergerak secara laju dan memotong motosikal di sebelah, halaju udara di antara lori dan motosikal menjadi lebih laju justeru menyebabkan kawasan itu mengalami tekanan yang rendah. Manakala pada bahagian bertentangan motosikal itu mempunyai tekanan yang tinggi kerana halaju udara yang rendah. Ini menyebabkan daya tolakan berlaku pada motosikal ke arah lori tersebut. Perkara ini amat bahaya kerana boleh menyebabkan kemalangan.
Bacaan Lanjut
Tentang Penulis
