Volume kontrol dan representasi sistem. Seperti yang dibahas di Bab 1, fluida adalah jenis materi yang relatif bebas untuk bergerak dan berinteraksi dengan lingkungannya. Seperti halnya dengan materi apapun, perilaku fluida diatur oleh hukum fisika dasar yang didekati oleh serangkaian persamaan yang sesuai. Penerapan hukum-hukum seperti hukum kekekalan massa, hukum gerak Newton, dan hukum termodinamika membentuk dasar analisis mekanika fluida. Ada berbagai cara di mana hukum-hukum yang mengatur ini dapat diterapkan pada fluida, termasuk pendekatan sistem dan pendekatan volume kontrol. Menurut definisi, sebuah sistem adalah kumpulan materi dengan identitas tetap (selalu atom atau partikel fluida yang sama), yang dapat bergerak, mengalir, dan berinteraksi dengan lingkungannya. Sebaliknya, volume kontrol adalah volume dalam ruang (suatu entitas geometris, independen dari massa) yang dapat dilalui oleh fluida.

Sebuah sistem adalah kuantitas materi yang spesifik dan dapat diidentifikasi. Ini dapat terdiri dari jumlah massa yang relatif besar (seperti semua udara di atmosfer Bumi), atau mungkin berukuran infinitesimal (seperti partikel fluida tunggal). Dalam setiap kasus, molekul yang membentuk sistem tersebut "ditandai" dengan beberapa cara (diberi warna merah, baik secara nyata atau hanya dalam pikiran) sehingga mereka dapat terus diidentifikasi saat bergerak. Sistem tersebut dapat berinteraksi dengan lingkungannya dengan berbagai cara (dengan transfer panas atau penerapan gaya tekanan, misalnya). Ukuran dan bentuknya mungkin terus berubah, tetapi selalu mengandung massa yang sama.

Sebuah massa udara yang disedot ke dalam kompresor udara dapat dianggap sebagai suatu sistem. Ini mengalami perubahan bentuk dan ukuran (dikompresi), suhu mungkin berubah, dan akhirnya dikeluarkan melalui saluran keluar kompresor. Namun, materi yang terkait dengan udara asli yang disedot ke dalam kompresor tetap sebagai sebuah sistem. Perilaku material ini dapat diselidiki dengan menerapkan persamaan pengatur yang sesuai pada sistem ini.

Salah satu konsep penting yang digunakan dalam studi statika dan dinamika adalah diagram gaya bebas. Artinya, kita mengidentifikasi suatu objek, mengisolasi objek tersebut dari lingkungannya, menggantikan lingkungannya dengan tindakan yang setara yang mereka berikan pada objek, dan menerapkan hukum gerak Newton. Benda dalam hal ini adalah sistem kita—sebagian materi yang diidentifikasi yang kita ikuti selama interaksi dengan lingkungannya. Dalam mekanika fluida, seringkali cukup sulit untuk mengidentifikasi dan melacak sejumlah materi tertentu. Sebagian fluida yang terbatas berisi sejumlah tak terhitung partikel fluida yang bergerak dengan bebas, tidak seperti benda padat yang mungkin deformasi tetapi biasanya tetap relatif mudah diidentifikasi. Misalnya, kita tidak bisa dengan mudah mengikuti sebagian air tertentu yang mengalir di sungai seperti kita bisa mengikuti cabang yang mengapung di permukaannya.

Kita mungkin lebih tertarik pada penentuan gaya yang diberikan pada kipas, pesawat terbang, atau mobil oleh udara yang mengalir melewati objek daripada informasi yang diperoleh dengan mengikuti bagian tertentu dari udara 1sistem2 saat mengalir. Demikian pula, untuk wahana peluncuran Space Shuttle yang ditunjukkan dalam gambar di sisi, kita mungkin lebih tertarik pada penentuan dorongan yang dihasilkan daripada informasi yang diperoleh dengan mengikuti jalur asap yang sangat kompleks dan tidak teratur dari nozzle mesin roket. Untuk situasi ini, kita sering menggunakan pendekatan volume kontrol. Kita mengidentifikasi suatu volume tertentu di ruang 1sebuah volume yang terkait dengan kipas, pesawat terbang, atau mobil, misalnya2 dan menganalisis aliran fluida di dalam, melalui, atau di sekitar volume tersebut. Secara umum, volume kontrol dapat menjadi volume bergerak, meskipun untuk sebagian besar situasi yang dipertimbangkan dalam buku ini, kita hanya akan menggunakan volume kontrol yang tetap dan tidak dapat dideformasi. Materi dalam suatu volume kontrol dapat berubah seiring waktu saat fluida mengalir melaluinya. Demikian pula, jumlah massa dalam volume tersebut dapat berubah seiring waktu. Volume kontrol itu sendiri adalah entitas geometris tertentu, independen dari fluida yang mengalir.

Contoh volume kontrol dan permukaan kontrol (permukaan volume kontrol) ditunjukkan dalam Gambar 4.10. Untuk kasus (a), fluida mengalir melalui pipa. Permukaan kontrol yang tetap terdiri dari permukaan dalam pipa, ujung keluar pada bagian (2), dan sebuah bagian melintang di sepanjang pipa pada bagian (1). Sebagian permukaan kontrol adalah permukaan fisik (pipa), sementara sisanya hanyalah permukaan di ruang (melintang di sepanjang pipa). Fluida mengalir melintasi bagian permukaan kontrol tetapi tidak melintasi seluruhnya.

Kita mungkin lebih tertarik pada penentuan gaya yang diberikan pada kipas, pesawat terbang, atau mobil oleh udara yang mengalir melewati objek daripada kita tertarik pada informasi yang diperoleh dengan mengikuti bagian tertentu dari udara (sistem) saat mengalir. Demikian pula, untuk wahana peluncuran Space Shuttle yang ditunjukkan dalam gambar di sisi, kita mungkin lebih tertarik pada penentuan dorongan yang dihasilkan daripada kita tertarik pada informasi yang diperoleh dengan mengikuti jalur asap yang sangat kompleks dan tidak teratur dari nozzle mesin roket. Untuk situasi ini, kita sering menggunakan pendekatan volume kontrol. Kita mengidentifikasi suatu volume tertentu di ruang (sebuah volume yang terkait dengan kipas, pesawat terbang, atau mobil, misalnya) dan menganalisis aliran fluida di dalam, melalui, atau di sekitar volume tersebut. Secara umum, volume kontrol dapat menjadi volume bergerak, meskipun untuk sebagian besar situasi yang dipertimbangkan dalam buku ini kita hanya akan menggunakan volume kontrol yang tetap dan tidak dapat dideformasi. Materi dalam suatu volume kontrol dapat berubah seiring waktu saat fluida mengalir melaluinya. Demikian pula, jumlah massa dalam volume tersebut dapat berubah seiring waktu. Volume kontrol itu sendiri adalah entitas geometris tertentu, independen dari fluida yang mengalir.

Salah satu volume kontrol lainnya adalah volume berbentuk persegi yang mengelilingi mesin jet yang ditunjukkan dalam Gambar 4.10b. Jika pesawat tempur yang memiliki mesin tersebut berhenti di landasan pacu, udara mengalir melalui volume kontrol ini karena aksi mesin di dalamnya. Udara yang berada di dalam mesin pada waktu t =t1 (sebagai sistem) telah melewati mesin dan berada di luar volume kontrol pada waktu tertentu t =t2 lainnya sebagaimana terindikasi. Pada waktu terakhir ini, udara lain (sistem yang berbeda) berada di dalam mesin. Jika pesawat tempur tersebut bergerak, volume kontrol tersebut tetap relatif terhadap pengamat di dalam pesawat, tetapi di