Prinsip ini dinamakan sempena Daniel Bernoulli seorang ahli matematik dan ahli fizik yang berasal dari Belanda. Lahir pada 8 Februari 1700 dan meninggal dunia pada 17 March 1782 semasa berumur 82 tahun. Prinsip Bernoulli dinamakan sempena namanya dan beliau menerbitkan buku Hydrodynamica dan menerangkan prinsip tersebut dalam bukunya.
Apakah Prinsip Bernoulli?
Prinsip Bernoulli menyatakan apabila halaju suatu bendalir itu meningkat, tekanan dalam bendalir itu akan berkurang. Bendalir yang dimaksudkan ialah bahan yang mengalir seperti cecair ataupun gas.
Ini bermakna prinsip ini boleh diguna pakai untuk kedua-dua kes yang melibatkan gas, udara ataupun cecair. Persoalannya, bagaimana pergerakan udara atau gas akan menyebabkan perubahan tekanan menurut Prinsip Bernoulli?
Pada asasnya prinsip menerangkan, sekiranya satu bendalir (udara/air) melalui dua permukaan dan berbeza halaju, bendalir yang mempunyai halaju yang tinggi akan mempunyai tekanan yang rendah.
Manakala halaju rendah akan menghasilkan tekanan yang tinggi. Perbezaan tekanan ini akan menghasilkan daya angkat yang cukup untuk mengangkat satu objek.
Lihat contoh eksperimen di bawah:
- Pegang sehelai kertas secara mengufuk di bawah bibir.
- Hembuskan udara dengan kuat pada permukaan atas kertas. Didapati kertas bergerak ke atas.
- Ini disebabkan semasa udara dihembus, halaju udara pada permukaan atas kertas lebih tinggi daripada permukaan bawah.
- Menurut prinsip Bernoulli, apabila halaju bendalir tinggi tekanannya akan berkurangan.
- Manakala bahagian bawah kertas mengalami tekanan tinggi kerana halaju udara yang rendah.
- Perbezaan tekanan ini menghasilkan suatu daya paduan yang mengangkat kertas ke atas.
Menarik kan? Bolehla pembaca mencuba eksperimen ringkas ini di rumah.
Prinsip Bernoulli dalam Aliran Cecair
1. Apabila cecair mengalir melalui suatu tiub seragam, tekanannya berkurang secara seragam kerana air mengalir dari kawasan yang bertekanan tinggi ke kawasan bertekanan rendah. Paras air berkurang dari tiub 1 ke tiub 3.
2. Air yang mengalir dalam tiub yang sempit lebih cepat daripada yang melalui tiub yang luas sungguhpun jumlah air yang mengalir adalah sama. Kawasan tiub yang alirannya cepat mempunyai tekanan yang paling rendah. Berdasarkan gambar, air di tiub 2 mengalir laju dan mempunyai tekanan air yang rendah.
3. Air mengalir paling perlahan pada tiub 3, diikuti tiub 1 dan air mengalir cepat di tiub 2. Manakala tekanan air pada tiub 3 paling tinggi, tekanan air pada tiub 1 tinggi dan tekanan air rendah pada tiub 2.
Prinsip Bernoulli dalam Kehidupan Seharian
1. Prinsip Bernoulli dan Keretapi
Anda pernah menaiki keretapi? Pernah menunggu berhampiran landasan keretapi dan berasa seakan-akan anda tertarik kearah keretapi apabila ia melintasi anda? Haa, itulah Prinsip Bernoulli yang berlaku tanpa kita sedari.
- Jika keretapi bergerak sangat laju, udara berhampiran landasan keretaapi juga bergerak laju. Jadi, apabila halaju bertambah, maka tekanan akan berkurang.
- Apabila tekanan berkurang, orang yang berdiri berhampiran landasan akan berasa tertarik kearah keretapi. Oleh sebab itu, kita tidak digalakkan menunggu keretapi berdekatan landasan.
2. Prinsip Bernoulli dan Sayap Pesawat
Selain itu, sayap kapal terbang yang berbentuk aerofoil juga menggunakan Prinsip Bernoulli.
- Apabila kapal terbang bergerak, udara akan mengalir di atas sayapnya yang berbentuk aerofoil. Udara bergerak dengan lebih laju di bahagian atas berbanding bahagian sayap bawahnya.
- Ini menyebabkan tekanan udara di bahagian sayap atasnya lebih rendah daripada bahagian bawah. Perbezaan tekanan ini akan menghasilkan daya angkat dan membolehkan ia terbang.
- Semakin besar luas permukaan bawah sayap semakin besar daya angkat akan dihasilkan. Daya angkat ini tadi, lebih besar daripada daya graviti jadi kapal terbang boleh terbang di udara.
- Jadi untuk menyimpulkan teori ini, aerofoil ialah mekanisma yang menghasilkan daya angkat supaya kapal terbang boleh terbang. Sayapnya yang berbentuk aerofoil berfungsi untuk memberi daya angkat yang tinggi serta mengurangkan daya geseran atau rintangan diantara permukaan kapal terbang dengan udara.
3. Prinsip Bernoulli dan Spoiler Kereta
Prinsip ini juga diguna pakai dalam reka bentuk badan sesebuah kereta. Pengaliran udara ataupun angin perlu dioptimumkan bagi memberi keseimbangan semasa pemanduan. Jika diperhatikan hampir semua kereta lumba dan kereta berkuasa tinggi dilengkapi dengan spoiler. Ada juga sesetengah kereta mempunyai sekurang-kurangnya spoiler kecil di bahagian belakang bonnet. Fungsinya adalah untuk mengurangkan daya angkat.
Apabila kereta bergerak, halaju angin di bahagian bawah spoiler adalah lebih tinggi berbanding halaju angin yang bergerak di bahagian bawah. Mengikut Prinsip Bernoulli, kawasan bendalir yang berhalaju tinggi akan mempunyai tekanan yang rendah dan sebaliknya. Maka, wujudnya perbezaan tekanan udara di kedua-dua kawasan tersebut.
Perbezaan tekanan diantara kawasan atas dan bawah kereta akan menghasilkan daya paduan ke bawah yang disebut sebagai daya turun. Daya ini bertindak seperti suatu beban pada bahagian kereta bagi mengelakkan kereta daripada terangkat dan juga dapat menambahkan cengkaman pada tayar apabila kereta dipandu sangat laju.
Jadi, dengan adanya spoiler pada badan kereta, ia boleh seimbangkan kereta tanpa terangkat ke atas walaupun kereta itu ringan, contohnya kereta Formula 1 yang mempunyai spoiler di bahagian hadapan dan belakang.
4. Prinsip Bernoulli dan Bumbung Rumah
Apabila angin kencang melalui bahagian atas atap, tekanan disekelilingnya ataupun di luar menjadi rendah manakala tekanan udara dalam rumah menjadi tinggi. Angin kencang yang bertiup mempunyai halaju yang tinggi. Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya paduan yang menyebabkan atap rumah terangkat. Mana-mana atap yang diperbuat daripada zink atau asbestos akan mudah terangkat dan tercabut apabila dilanda ribut kuat kerana atap daripada jenis ini lebih ringan.
5. Prinsip Bernoulli di Atas Jalan Raya
Apabila sebuah bas bergerak memotong dengan laju di sebelah motosikal, kelajuan udara disekeliling bas dan motosikal adalah sangat tinggi dan menyebabkan tekanan di kawasan tersebut menjadi rendah.
Manakala kawasan di sebelah kiri motosikal menjadi tinggi. Tambahan itu, ia akan menghasilkan daya tolakan. Akhirnya, motosikal tersebut tertolak kearah bas tersebut. Bayangkan, jika penunggang motorsikal tidak dapat mengawal motorsikalnya, ini akan menyebabkan kemalangan berlaku.
Kesimpulan
Terdapat pelbagai konsep Bernoulli yang secara tidak sengaja diaplikasikan dalam kehidupan seharian. Selain daripada contoh di atas, terdapat juga contoh lain seperti penggunaan alat Penunu Bunsen, Karburetor, penyembur racun serangga dan Hydrofoil pada kapal yang menggunakan konsep yang sama seperti Aerofoil.
Rujukan
- Qin, R., & Duan, C. (2017, October). The principle and applications of Bernoulli equation. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 916, No. 1, p. 012038).
- “PrinsipBernoulli.”2014,. Accessed 5 Oct. 2020.,
- Astro Tutor TV. “Fizik | Tingkatan 4 | Prinsip Bernoulli.” YouTube, 30 June 2020,Accessed 5 Oct. 2020.
- Dik, Cikgu. “Ultrasfizik: Prinsip Bernoulli Dan Spoiler Kereta.” Ultrasfizik, 17 Mar. 2014, Accessed 5 Oct. 2020.
- Malek, Ir. Dr. Latifah, and Choong Li Li. Kuasai Melalui Diagram : FIZIK SPM. Shah Alam, Selangor, Sap Publications (M) Sdn Bhd, 2014.
- Seng Teek Foo. Success Physics SPM. edited by Cheng Teik Yee, Selangor, Malaysia Oxford Fajar Sdn. Bhd, 2008.