Keapungan

KEAPUNGAN

Prinsip Archimedes

- Menyatakan bahawa daya keapungan yang bertindak pada sesuatu objek adalah sama dengan berat bendalir yang disasarkan oleh objek itu.

Tujahan sesuatu objek = berat bendalir yang disasarkan oleh objek itu

Teori

Isipadu bahagian ; v1 yang direndam  ke dalam bendalir berketumpatan , r1

dan selebihnya isipadu v2 ke dalam bendalir berketumpatan r2

Daya tujahan akan bertindak di pusat gravity bendalir yang disasarkan, ini dinamakan pusat keapungan.

Kedudukan G1 dan G2 tidak semestinya pada garis yang sama.

Pengukuran Tekanan - Piezometer , Barometer dan Tolok Bourdon

Piezometer ( Tiub Tekanan )

     Pengenalan dan Binaan

• Piezometer adalah sebatang tiub yang disambungkan kepada paip atau bekas yang mengandungi cecair.
• Hujungnya terdedah ke atmosfera
• Ianya hanya sesuai jika tekanan dalam bekas atau paip lebih besar daripada tekanan atmosfera.
• Tekanan yang di ukur mestilah bernilai kecil.
•   Bendalir yang terdapat dalam bekas atau paip dimana tekanan perlu diukur mestilah dalam keadaan cecair.
• Dengan menentukan ketinggian cecair, h dan hubungan P1 = ρgh, tekanan tolok boleh ditentukan. 

Barometer

Pengenalan dan Binaan

• Barometer ialah satu peralatan yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera.
• Terdiri daripada tiub yang mempunyai panjang lebih daripada 760 mm disambungkan pada satu bekas cecair raksa yang terdedah ke atmosfera.
• Pada bahagian atas hujung tiub dalam keadaan tertutup manakala pada bahagian bawah hujung tiub dalam keadaan terbuka.
• Keadaan vakum di atas tiub dan tekanan atmosfera di luar permukaan bekas raksa menyokong jumlah ketinggian raksa di tiub kaca.

Tolok Bourdon 

Pengenalan dan Binaan

• Tolok ini digunakan untuk mengukur tekanan tolok diatas atau di bawah tekanan atmosfera.
• Sekiranya tekanan mutlak diperlukan, tekanan atmosfera mestilah dicampur kepada bacaan tolok bourdon yang diperolehi itu.

• Bahagian utama tolok tekanan ini ialah sebuah tiub A yang diperbuat daripada bahan ganga-fosfor dan mempunyai keratan rentas berbentuk elips. Tiub ini dilenturkan menjadi satu lengkung seperti yang terdapat dalam rajah

• Hujung B tiub ini tertutup sementara hujung N yang terbuka itu dipasang pada penyambung D. Tekanan stim atau sebagainya akan melalui lubang pada penyambung setelah melalui bahagian sifon dan terus masuk kedalam tiub.

Prinsip operasi tolok bourdon

• Sekiranya tekanan bertambah dalam tiub, maka tiub ini akan cuba menjadi lurus. Begitulah sebaliknya apabila tekanan berkurangan, tiub akan melengkung kedalam.

•   Perubahan suhu akan menggerakkan bahagian hujung B. hujung ini disambungkan kepada satu gear sukuan F oleh penyambung E. Gear ini bertemu dengan gear pinan kecil G. Penunjuk H dipasang pada gear pinan ini.

• Oleh yang demikian, sebarang pergerakkan hujung B yang disebabkan perubahan suhu akan memutarkan gear pinan dan seterusnya, menggerakkan penunjuk. Penunjuk berputar di atas skala tekanan J. seluruh mekanisma ini terdapat dalam sarung bulat K.
• 
  

Pengukuran Tekanan - Manometer

Manometer Tiub-U Kebezaan

Pengenalan dan Binaan

- Merupakan satu peralatan yang digunakan untuk mengkur perbezaan tekanan diantara dua titik dalam paip atau pada dua paip yang berlainan
- Manometer tiub-u kebezaan mengandungi tiub-u
- Bendalir berat dengan hujung yang bertemu di dua titik yang berlainan.

Jika garisan rujukan ialah CD ( iaitu paras yang sama) maka, tekanan pada C (PC) adalah sama nilai dengan tekanan pada D ( PD)

PRINSIP OPERASI

• Berdasarkan teori tekanan dan kedalaman ( PRESSURE AND DEPTH ), gambarajah menunjukkan tekanan tinggi di A akan menolak bendalir berat dalam tiub-u manometer untuk bergerak kebawah
• Pergerakkan bendalir berat di lengan kiri ke bawah akan mengakibatkan kenaikan bendalir berat di lengan kanan.
•  Kenaikan bendalir pada sebelah kanan tiub akan memberikan bacaan turus tekanan, dengan menggunakan persamaan kita dapat mencari nilai perbezaan tekanan diantara dua paip tersebut.

Tekanan pada lengan kiri sehingga garis rujukan 

 Pc = Tekanan PA pada A + Tekanan akibat kedalaman turus air , h











Tekanan pada lengan kanan sehingga garis rujukan 

 PD = Tekanan PB pada B + Tekanan daripada ketinggian turus air , h2 + Tekanan daripada ketinggian turus raksa h1

Disebabkan C dan D pada paras yang sama didalam bendalir yang tidak bergerak (fluid static) 

Manometer Tiub-U terbalik

Pengenalan & Binaan

Manometer tiub-u terbalik digunakan untuk mengukur perbezaan tekanan yang kecil, dimana ketepatan diutamakan dalam pengukuran.

•    Ianya mengandungi tiub-u,

•    Bendalir berat (heavy liquid) – cth :-merkuri

•    Dan bendalir ringan (light liquid) – cth:- air

Prinsip Operasi

•  Anggapkan tekanan pada titik A lebih besar daripada tekanan di titik B, tekanan yang besar di titik  A akan menghasilkan daya yang menolak bendalir ringan di tiub-u terbalik untuk bergerak keatas.
• Pergerakkan bendalir keatas didalam lengan kiri ini akan menyebabkan bendalir ringan di lengan kanan mengalami kejatuhan mendadak.
• Dalam kes ini ambil kira  C-D sebagai garisan rujukan (datum line).

Pengukuran Tekanan

Di antara alatan yang digunakan bagi mengukur tekanan ialah :

 - Manometer

- Piezometer ( Tiub Tekanan )

- Barometer 

- Tolok Bourdon

1. Manometer 

Manometer digunakan untuk mengukur tekanan atau perbezaan tekanan diantara tekanan tinggi dengan tekanan rendah. 

Manometer terdiri daripada beberapa jenis iaitu:-

a ) Manometer Tiub-U Mudah

b ) Manometer Tiub-U Kebezaan 

c ) Manometer Tiub-U Terbalik 



1,1  MANOMETER TIUB-U MUDAH

Binaan Manometer

• Manometer mudah terdiri daripada tiub yang lengkuk berbentuk U.
• Satu hujung bersambung dengan tolok dan satu bahagian lagi terbuka, seperti dalam rajah diatas.
• Bendalir yang digunakan ialah merkuri yang mempunyai ketumpatan bandingan 13.6 kerana ia lebih sesuai untuk mengukur tekanan yang tinggi.

Fungsi Manometer 

• Pertimbangkan manometer tiub-u mudah yang disambung dengan sesuatu bendalir dan paip berada dalam tekanan yang tinggi.
• Tekanan paip yang tinggi ini akan menolak merkuri pada sebelah kiri tiub untuk turun kebawah. Pergerakan kebawah merkuri ini akan menyebabkan kenaikan merkuri pada sebelah kanan tiub.
•  Kenaikan merkuri pada sebelah kanan tiub akan memberikan bacaan turus tekanan, dengan menggunakan persamaan kita dapat mencari nilai tekanan didalam paip.

Bahagian pertemuan antara bendalir itu dengan merkuri dinamakan datum. Katakan B-C ialah garis datum dalam gambarajah manometer diatas.

Dimana , 

         

h1 = Tinggi bendalir P pada sebelah kiri tiub, dalam cm.

h2 =  Tinggi merkuri pada sebelah kanan tiub, dalam cm. 

PA = Tekanan dalam paip 

Tekanan sebelah kiri dan kanan tiub pada garisan datum adalah sama

Tekanan PB  pada titik B = Tekanan PC  pada titik C

Bahagian kiri tiub-U

PB = Tekanan PA pada A + Tekanan akibat kedalaman turus air h1

 

Bahagian kanan tiub-U

Pc= Tekanan PD pada D . Tekanan akibat kedalaman turus raksa h2

Tetapi ,

PD = Tekanan Atmosfera

       = Tekanan Tolok Sifar

       = Sifar

Maka , 

 


Disebabkan , 

tekanan PB pada titik B = Tekanan PC pada titik C

PB = PC

Manometer Tiub-U dengan tekanan negatif dalam paip

• Tekanan negative paip akan diserap oleh bendalir P, dimana bendalir P akan menarik merkuri kedalam tiub sebelah kiri
• Pergerakan merkuri dalam tiub sebelah kiri akan menyebabkan merkuri sebelah kanan tiub akan menurun.
• Keadaan ini akan menghasilkan nilai tekanan tolok iaitu bersamaan tekanan atmosfera setempat.

Hukum Pascal dan Jek Hidraulik

•  Sistem hidraulik menggunakan bendalir tidak mampat seperti minyak dan air untuk memindahkan daya dari sesuatu tempat ke tempat lain di antara bendalir tersebut. Contohnya pada jek kereta hidraulik dan penggunaan break tayar kapal terbang.

• Hukum Pascal menyatakan bahawa apabila terdapat kenaikan tekanan pada mana-mana titik dalam bendalir yang terhad (bekas tertutup), maka terdapat kenaikan yang sama nilai pada semua titik yang berlainan dalam bekas tersebut.

• Sebagai contoh, dalam gambarajah dibawah P3 adalah bacaan nilai tertinggi dalam  tiga tekanan tersebut, kerana ia merupakan paras tertinggi bendalir dalam bekas ini.

Penggunaan Hukum Pascal Pada Bendalir di dalam Bekas Tertutup ( CONTAINER) 

Hukum Pascal 

•        Hukum pascal menyatakan tekanan pada satu titik adalah sama di semua arah di dalam bendalir yang berkeadaan diam.

P1 =P2 = P3 =P4 =P =Px =Py =Pz

Jek Hidraulik 

•  Hydraulic Jack  : Jek hidraulik digunakan untuk mengangkat beban yang berat 

                                 dengan  menggunakan daya yang kecil. 

Gambarajah di bawah menunjukkan sistem jek hidraulik. 

Daya F dikenakan pada omboh yang kecil, bendalir seperti air dan minyak akan 

memindahkan daya tersebut ke omboh yang besar untuk mengangkat beban, W.

Daya, F bertindak pada luas, a menghasilkan tekanan P1, di mana ia akan memindahkan pada semua arah dalam bendalir

Jika dua omboh pada aras yang sama tekanan, P2  pada omboh yang besar adalah sama dengan tekanan, P1 pada omboh yang kecil.

Disebabkan tekanan bersamaan daya per unit luas, maka :

BENDALIR STATIK

Tekanan dan kedalaman bendalir

-  Jika cecair terkandung di dalam sesebuah bekas, maka kedalaman sesuatu objek boleh dicari. Semakin dalam kedalaman cecair semakin tinggi tekanan yang berlaku. Keadaan ini berlaku disebabkan oleh berat cecair itu sendiri.

Tekanan, P pada satu objek yang tenggelam dalam bendalir ialah :

dimana,

»      (rho) ketumpatan bendalir,
»      g pecutan graviti
»      h ketinggian dari permukaan bendalir , (turus tekanan).

HUBUNGAN DI ANTARA TEKANAN DENGAN KEDALAMAN ( PRESSURE AND DEPTH)

Bendalir  akan menolak tekanan pada semua arah dan bahagian bawah bekas.

dimana , tekanan P ialah : 

Sifat- sifat Fizikal Bendalir

- Sifat-sifat fizikal bendalir berkait rapat dengan kelakuan bendalir tersebut.

- Secara amnya, bendalir yang berlainan mempunyai perbezaan kelakuan.

-Sebagai contoh gas adalah ringan & boleh mampat, manakal bendalir adalah berat & tak boleh mampat .

-Antara sifat-sifat fizikal bendalir adalah seperti ketumpatan, berat tentu, graviti tentu, isipadu tentu dan kelikatan.

Ketumpatan jisim, ρ

- ditakrifkan sebagai jisim per unit isipadu. ( Unit SI, kg/m3 )

 Berat tentu, w

- Ditakrifkan sebagai berat per unit isipadu.( Unit SI, N/m3 )

(dimana g = 9.81m/saat2)

Dalam unit SI berat tentu air ialah 9.81 x 1000 = 9810 N/m3

Graviti tentu, s

- Graviti tentu ialah nisbah berat sesuatu bahan dengan berat air yang sama isipadunya pada suhu 4°C. Graviti tentu juga dikenali sebagai ketumpatan bandingan.

Isipadu tentu, v

-  Isipadu yang mengandungi satu unit jisim sistem tersebut (m3/kg ). Isipadu tentu ialah salingan ketumpatan jisim (r) iaitu l:

 Kelikatan

- Cecair mengalir di sebabkan wujud daya ricih di antara lapisan-lapisan bendalir. Kelikatan adalah ukuran rintangan cecair terhadap daya ricih berkenaan