Laju aliran volume adalah istilah dalam fisika yang menggambarkan seberapa banyak materi – dalam hal dimensi fisik, bukan massa – bergerak melalui ruang per satuan waktu. Misalnya, ketika Anda menjalankan keran dapur, sejumlah air tertentu (yang mungkin Anda ukur dalam ons cairan, liter atau yang lainnya) keluar dari bukaan keran dalam waktu tertentu (biasanya detik atau menit). Jumlah ini dianggap sebagai laju aliran volume.
Istilah "laju aliran volume" hampir selalu berlaku untuk cairan dan gas; padatan tidak "mengalir", meskipun mereka juga dapat bergerak dengan kecepatan tetap melalui ruang.
Persamaan Laju Aliran Volume
Persamaan dasar untuk masalah semacam ini adalah
Q=AV
dimanaQadalah laju aliran volume,SEBUAHadalah luas penampang yang ditempati oleh material yang mengalir, danVadalah kecepatan rata-rata aliran.Vdianggap rata-rata karena tidak setiap bagian dari fluida yang mengalir bergerak dengan laju yang sama. Misalnya, saat Anda melihat air sungai mengalir dengan mantap ke hilir dengan jumlah galon per detik tertentu, Anda melihat bahwa permukaan memiliki arus yang lebih lambat di sini dan lebih cepat di sana.
Penampang melintang sering berupa lingkaran dalam masalah laju aliran volume, karena masalah ini sering menyangkut pipa melingkar. Dalam hal ini, Anda menemukan areaSEBUAHdengan mengkuadratkan jari-jari pipa (yang merupakan setengah diameter) dan mengalikan hasilnya dengan konstanta pi (π), yang memiliki nilai sekitar 3,14159.
SI biasa (Dari bahasa Prancis untuk "sistem internasional," sama dengan "metrik") satuan laju aliran adalah liter per detik (L/s) atau mililiter per menit (mL/menit). Karena AS telah lama menggunakan satuan imperial (Inggris), bagaimanapun, masih jauh lebih umum untuk melihat laju aliran volume yang dinyatakan dalam galon/hari, galon/menit (gpm) atau kaki kubik per detik (cfs). Untuk menemukan laju aliran volume dalam satuan yang tidak umum digunakan untuk tujuan ini, Anda dapat menggunakan kalkulator laju aliran online seperti yang ada di Sumberdaya.
Laju aliran massa
Terkadang, Anda ingin mengetahui tidak hanya volume fluida yang bergerak per satuan waktu, tetapi juga jumlah massa yang diwakilinya. Ini jelas penting dalam rekayasa, ketika harus diketahui berapa banyak berat yang diberikan pipa atau saluran cairan atau reservoir dapat menahan dengan aman.
Rumus laju aliran massa dapat diturunkan dari rumus laju aliran volume dengan mengalikan seluruh persamaan dengan densitas fluida,ρ. Ini mengikuti dari fakta bahwa kerapatan adalah massa dibagi volume, yang juga berarti massa sama dengan kerapatan kali volume. Persamaan aliran volume sudah memiliki satuan volume per satuan waktu, jadi untuk mendapatkan massa per satuan waktu, cukup dikalikan dengan massa jenis.
Oleh karena itu, persamaan laju aliran massa adalah
\dot{m}=\rho AV
ṁ, atau "m-dot," adalah simbol biasa untuk laju aliran massa.
Masalah Laju Aliran Volume
Katakanlah Anda diberi pipa dengan radius 0,1 m (10 cm, sekitar 4 inci) dan diberi tahu bahwa Anda perlu menggunakan pipa ini untuk mengalirkan seluruh tangki air penuh dalam waktu kurang dari satu jam. Tangki adalah silinder dengan ketinggian (h) 3 meter dan diameter 5 meter. Seberapa cepat aliran air perlu bergerak melalui pipa, dalam m3/s, untuk menyelesaikan pekerjaan ini? Rumus volume tabung adalah:
V=\pi r^2 j
Persamaan bunganya adalahQ = AV, dan variabel yang Anda pecahkan adalahV.
Pertama, hitung volume air dalam tangki, mengingat jari-jarinya adalah setengah dari diameter:
V=\pi (2.5\text{ m})^2(3\text{ m})=58.9\text{ m}^3
Kemudian, tentukan jumlah detik dalam satu jam:
60\teks{ dtk/mnt}\kali 60\teks{ mnt/jam} = 3600\teks{ dtk}
Tentukan laju aliran volume yang diperlukan:
Q=\frac{58.9\text{ m}^3}{3600\text{ s}}=0.01636\text{ m}^3\text{/s}
Sekarang tentukan luasnyaSEBUAHdari pipa drainase Anda:
A=\pi (0,1)^2 = 0,0314\text{ m}^2
Jadi dari persamaan untuk laju aliran volume yang Anda miliki
V=\frac{Q}{A}=\frac{0.01636\text{ m}^3\text{/s}}{0.0314\text{ m}^2}=0.52\text{ m/s}=52 \teks{ cm/dtk}
Air harus dialirkan melalui pipa dengan kecepatan yang cepat tetapi masuk akal sekitar setengah meter, atau sedikit di atas 1,5 kaki, per detik untuk mengalirkan tangki dengan benar.