Konsep Angkat dan Tarik
Konsep Angkat dan Tarik. Ketika sebuah benda bergerak melalui fluida, terjadi interaksi antara benda dan fluida; efek ini dapat dijelaskan dalam hal gaya pada antarmuka fluida-benda. Gaya-gaya ini dapat dijelaskan dalam hal tegangan - tegangan gesekan pada permukaan benda, τw , karena efek viskositas dan tegangan normal karena tekanan, p. Distribusi tegangan gesekan dan tekanan yang khas ditunjukkan dalam Gambar 9.3a dan 9.3b. Baik τw maupun p bervariasi dalam magnitudo dan arah sepanjang permukaan.
Seringkali berguna untuk mengetahui distribusi rinci dari tegangan gesekan dan tekanan di seluruh permukaan benda, meskipun informasi tersebut sulit diperoleh. Banyak kali, namun, hanya efek terintegrasi atau hasil dari distribusi ini yang diperlukan. Gaya hasilnya dalam arah kecepatan hulu disebut gaya gesekan, d, dan gaya hasilnya normal terhadap kecepatan hulu.
Jadi, gaya yang sejajar dengan arah aliran utama disebut angkat, ℒ, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9.3c. Untuk beberapa benda tiga dimensi, mungkin juga ada gaya samping yang tegak lurus terhadap bidang yang mengandung 𝒟 dan ℒ.
Hasil dari distribusi tegangan gesekan dan tekanan dapat diperoleh dengan mengintegrasikan efek kedua besaran ini pada permukaan benda seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9.4. Komponen-komponen x dan y dari gaya fluida pada elemen area kecil dA adalah:
Dan
Maka, komponen neto x dan y dari gaya pada benda adalah:
Dan
Tentu saja, untuk melakukan integrasi dan menentukan angkat dan seret, kita harus mengetahui bentuk tubuh (misalnya, 𝜃 sebagai fungsi lokasi di sepanjang tubuh) dan distribusi τw dan p di sepanjang permukaan. Distribusi ini seringkali sangat sulit untuk diperoleh, baik secara eksperimental maupun secara teoritis. Distribusi tekanan dapat diperoleh secara eksperimental dengan menggunakan serangkaian lubang tekanan statis di sepanjang permukaan tubuh. Di sisi lain, biasanya cukup sulit untuk mengukur distribusi gaya gesekan dinding.
Dapat dilihat bahwa baik gaya gesekan geser maupun tekanan berkontribusi terhadap angkat dan seret, karena untuk suatu tubuh sembarang, 𝜃 tidak selalu nol atau 90° di sepanjang seluruh tubuh. Pengecualian adalah plat datar yang sejajar dengan aliran hulu (𝜃=90°) atau tegak lurus terhadap aliran hulu (𝜃=0°), seperti yang dibahas dalam Contoh 9.1.
Meskipun Persamaan 9.1 dan 9.2 berlaku untuk tubuh apa pun, kesulitan dalam penggunaannya terletak pada memperoleh distribusi gaya gesekan geser dan tekanan yang sesuai pada permukaan tubuh. Upaya besar telah dilakukan untuk menentukan kuantitas ini, tetapi karena berbagai kompleksitas yang terlibat, informasi tersebut hanya tersedia untuk situasi sederhana tertentu.
Tanpa informasi rinci mengenai distribusi gaya gesekan geser dan tekanan pada tubuh, Persamaan 9.1 dan 9.2 tidak dapat digunakan. Alternatif yang banyak digunakan adalah dengan mendefinisikan koefisien angkat dan seret tanpa dimensi dan menentukan nilai perkiraan mereka melalui analisis yang disederhanakan, beberapa teknik numerik, atau eksperimen yang sesuai. Koefisien angkat, CL , dan koefisien seret, CD , didefinisikan sebagai
Dan
