Benarkah Teori Bernoulli?

Pipa venturi adalah salah satu alat yang prinsip kerjanya penerapan hukum Bernoulli. Hukum Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan aliran suatu fluida (mis: udara) maka tekanan fluida tersebut akan berkurang. Demikian juga bila kecepatan aliran fluida tersebut berkurang, maka tekanannya akan semakin bertambah.

Apakah hukum Bernoulli tersebut benar?

Bila terjadi angin topan yg bisa menerbangkan mobil atau merobohkan rumah yg ditabrak angin tersebut apakah itu karena tekanan angin yg mengecil karena kecepatannya? Kok kelihatannya tidak mungkin. Apa tidak sebaliknya, tekanan lebih besar bila angin bertiup semakin cepat?

Pada gambar pipa venturi di atas terlihat pada pengukur tekanan yg terletah di bagian tengah pipa (bag. pipa yg sempit/kec. udara tinggi) tekanan memang lebih kecil. Tapi benarkah tekanan udara di tempat tersebut lebih kecil?

Ada beberapa hal yang perlu mejadi perhatian untuk menjelaskan kondisi yang sebenarnya:

1. Boundary Layer
Kecepatan aliran suatu fluida makin ke tepi semakin berkurang dan bahkan sampai nol pada bagian fluida yang menempel pada tepian batas aliran fluida. Hal ini yang disebut "Boundary Layer" (Lapisan Batas). Dengan dasar teori tersebut berarti tidak bisa disamakan kecepatan fluida di seluruh bagian fluida (tengah dan pinggir). Bila alat ukur tekanan ditempatkan di tepian aliran fluida, maka bukan berarti tekanan yang diukur sudah mewakili tekanan seluruh bagian aliran fluida.
Lalu bagaimana bila alat ukur tekanan ditempatkan di tengah aliran fluida? Batas antara alat ukur dengan fluida yang diukur kecepatannya akan membentuk boundary layer baru, sehingga hasil pengukuran juga tidak akan mewakili tekanan seluruh bagian fluida.

2. Alat Ukur Tekanan
Pada ilustrasi pengukuran tekanan pada pipa venturi di atas, benarkah tekanan yang diukur adalah fluida dengan kecepatann tinggi yang mengalir di dalam pipa venturi? Jawabnya tidak. Tekanan yang diukur adalah tekanan fluida yang terdapat pada ujung alat ukur. Hasil pengukurannya menunjukkan bahwa fluida yang berada di ujung alat ukur mempunyai tekanan yang rendah. Mengapa demikian? Hal ini disebabkan karena adanya friksi antara fluida yang berada di pinggir pipa yang mempunyai kecepatan rendah dengan fluida yang berada di tengah yang mempunyai kecepatan tinggi. Hal ini mengakibatkan molekul fluida yang berada di pinggir pipa tertarik mengikuti molekul fluida yang berada di tengah yang mempunyai kecepatan yang tinggi. Dengan demikian molekul udara di pinggir lebih renggang dan tekanannya menjadi berkurang. Molekul udara yang berada di ujung alat ukur tekanan pun menjadi lebih renggang dan tekanan fluida di ujung alat ukur itulah yang diukur oleh alat ukur tekanan tersebut.

Jadi menurut pendapat saya ada kekeliruan dalam hukum Bernoulli tersebut. Pada kenyataannya fluida yang mengalir dengan kecepatan lebih tinggi mempunyai kekuatan tekan yang lebih tinggi juga dan bukan kekuatan hisap yang menunjukkan adanya tekanan yang turun. Lalu bagaimana dengan rumus-rumus matematika yang dipergunakan untuk menjelaskan teori Bernoulli tersebut? Kita harapkan akan muncul penjelasan secara matematis di kelak kemudian hari. Lalu bagaimana juga dengan teori-teori lain yang berlandaskan pada prinsip hukum Bernoulli tersebut (misalnya Teori Lift pd sayap pesawat)? Teori tersebut juga masih banyak diperdebatkan oleh para ahli, sehingga ada beberapa teori yang muncul.

Demikian pendapat saya, semoga dapat menjadi bahan diskusi yang bermanfaat untuk perkembangan ilmu pengetahuan.


Gatot Sudewo, ST.

Teori Gaya Angkat Sayap "Longer Path" / "Equal Transit Time"

Teori “Longer Path” / "Equal Transit Time" adalah teori gaya angkat pesawat (Lift) yang banyak dianut oleh orang Indonesia bahkan para praktisi penerbangan di Indonesia. Teori ini banyak diajarkan di sekolah-sekolah umum di Indonesia bahkan sampai ke sekolah-sekolah penerbangan. Hal tersebut disebabkan karena teori ini dianggap lebih mudah untuk menjelaskan bagaimana gaya angkat pada sayap pesawat terbang tersebut terjadi 

Teori “Longer Path” / "Equal Transit Time" mengatakan bahwa aliran udara pada bagian atas sayap menempuh jarak yang lebih jauh dari aliran uadara di bagian bawah. Ini berarti aliran udara di bagian atas sayap mengalir lebih cepat dari bagian bawah. Sesuai teori Bernoulli, aliran udara yang lebih cepat pada bagian atas  tersebut menghasilkan tekanan udara yang lebih rendah dibandingkan bagian bawah sayap, sehingga menciptakan gaya angkat.

Ada beberapa kesalahan pada teori “longger path” ini :

Pertama :

Saat partikel udara berpisah, satu melewati bagian atas sayap yang lebih panjang, sementara yang lain melewati bagian bawah sayap yang lebih pendek. Tidak ada yang bisa menjamin bahwa molekul udara tersebut akan bertemu di akhir perjalanan (trailing edge). Kenyataannya sesuai dengan pengujian dalam wind tunel, molekul udara tersebut tidak bertemu kembali.

Kedua :

Teori longger path tersebut tidak berlaku pada sayap dengan airfoil datar atapun pada sayap pesawat dengan airfoil simetris, karena pada airfoil datar dan airfoil simetris bagian atas dan bawah sayap memiliki panjang yang sama. Tapi kenyataannya pada sayap dengan airfoil datar maupun simetris tetap bisa timbul gaya angkat.

Ketiga :

Kalaupun kita bisa menerima bahwa aliran udara di bagian atas sayap mempunyai kecepatan lebih tinggi dari aliran udara di bagian bawah sayap dan mengaplikasikan teori Bernoulli untuk menjelaskan hal tersebut, maka gaya angkat yang ditimbulkan tidak cukup besar untuk bisa mengangkat pesawat. Hal ini disebabkan karena dari bentuk airfoil sayap yang ada sekarang perbedaan jarak antara bagian atas dan bawah tidak terlalu banyak, sehingga bila diterapkan teori Bernoulli perbedaan tekanan yang dihasilkan tidak besar.