Pengenalan Prinsip Bernoulli
Prinsip ini dinamakan sempena Daniel Bernoulli, seorang ahli matematik dan fizik Belanda yang terkenal dengan sumbangannya dalam mekanik bendalir. Beliau dilahirkan pada 8 Februari 1700 dan meninggal dunia pada 17 Mac 1782 pada usia 82 tahun.
Dalam bukunya yang bertajuk Hydrodynamica (1738), Bernoulli memperkenalkan prinsip yang kini menjadi asas kepada banyak aplikasi dalam bidang kejuruteraan, fizik, dan sains kehidupan.
Apakah Prinsip Bernoulli?
Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa apabila halaju bendalir meningkat, tekanan dalam bendalir tersebut akan berkurang. Bendalir yang dimaksudkan boleh berupa gas (seperti udara) atau cecair (seperti air).
Secara matematik, Prinsip Bernoulli dapat dirumuskan melalui persamaan:
di mana:
- PP: Tekanan
- ρ\rho: Ketumpatan bendalir
- vv: Halaju bendalir
- gg: Pecutan graviti
- hh: Ketinggian
Konsep Asas Prinsip Bernoulli
Prinsip ini menjelaskan hubungan antara tekanan, halaju, dan ketinggian bendalir dalam aliran.
- Halaju Tinggi → Tekanan Rendah
- Halaju Rendah → Tekanan Tinggi
Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya yang dapat memindahkan objek, mengangkat pesawat, atau bahkan menyebabkan fenomena seperti atap rumah terangkat ketika ribut.
Eksperimen Ringkas:
- Pegang kertas secara mendatar di bawah bibir.
- Hembus udara ke atas kertas.
- Anda akan melihat kertas terangkat ke atas kerana:
- Halaju udara di atas kertas tinggi → Tekanan rendah.
- Halaju udara di bawah kertas rendah → Tekanan tinggi.
Prinsip Bernoulli dalam Aliran Cecair
- Tiub Seragam:
Apabila bendalir mengalir melalui tiub seragam, tekanannya berkurang secara perlahan kerana aliran berlaku dari kawasan tekanan tinggi ke kawasan tekanan rendah. - Tiub Tidak Seragam:
Dalam tiub yang sempit, bendalir mengalir dengan lebih laju, menyebabkan tekanan berkurang. Sebaliknya, di kawasan tiub yang lebih luas, halaju rendah dan tekanan lebih tinggi.
Prinsip Bernoulli dalam Kehidupan Seharian
1. Keretapi
Apabila keretapi bergerak laju, udara di sekelilingnya juga mengalir dengan pantas. Hal ini menyebabkan tekanan di sekitar keretapi menjadi rendah. Jika seseorang berdiri terlalu dekat, mereka mungkin tertarik ke arah keretapi kerana perbezaan tekanan ini.
2. Sayap Pesawat
Sayap pesawat berbentuk aerofoil menghasilkan perbezaan halaju udara di atas dan bawah sayap.
- Halaju Udara Tinggi di Atas Sayap → Tekanan Rendah
- Halaju Udara Rendah di Bawah Sayap → Tekanan Tinggi
Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya angkat (lift) yang membolehkan pesawat terbang.
3. Spoiler Kereta
Spoiler kereta menggunakan Prinsip Bernoulli untuk meningkatkan kestabilan ketika dipandu laju.
- Udara mengalir dengan lebih laju di bawah spoiler, menyebabkan tekanan rendah.
- Tekanan tinggi di atas spoiler menghasilkan daya turun (downforce), yang menambahkan cengkaman tayar pada permukaan jalan.
4. Bumbung Rumah
Angin kencang yang melalui bahagian atas bumbung menyebabkan tekanan udara di luar bumbung berkurang. Tekanan tinggi di dalam rumah boleh menyebabkan bumbung terangkat atau tercabut, terutamanya jika diperbuat daripada bahan ringan seperti zink.
5. Penunu Bunsen dan Karburetor
- Dalam penunu Bunsen, tekanan rendah di kawasan tertentu menarik udara masuk untuk bercampur dengan gas bahan api.
- Dalam karburetor, prinsip ini digunakan untuk mencampur bahan api dengan udara secara efisien dalam enjin pembakaran dalaman.
6. Hydrofoil Kapal
Hydrofoil, seperti sayap pesawat dalam air, menghasilkan daya angkat yang mengurangkan rintangan dan membolehkan kapal bergerak lebih laju.
Fakta Tambahan
1. Aliran Darah dalam Perubatan
Prinsip Bernoulli membantu memahami bagaimana aliran darah berubah dalam saluran yang sempit akibat stenosis arteri. Tekanan rendah di kawasan ini boleh memberi kesan kepada kelancaran peredaran darah.
2. Turbin Angin
Dalam reka bentuk turbin angin, prinsip ini digunakan untuk mengoptimumkan pengaliran udara bagi menghasilkan tenaga maksimum.
3. Keselamatan Laluan Pejalan Kaki
Kawasan dengan kenderaan laju memerlukan zon keselamatan kerana tekanan rendah yang disebabkan oleh kelajuan kenderaan boleh menarik objek atau manusia ke arah kenderaan.
Kesimpulan
Prinsip Bernoulli memainkan peranan penting dalam pelbagai aspek kehidupan, termasuk pengangkutan, kejuruteraan, perubatan, dan reka bentuk peralatan harian.
Memahami prinsip ini bukan sahaja membantu kita mengenal pasti fenomena yang berlaku di sekeliling tetapi juga membolehkan aplikasi praktikal yang menyokong teknologi moden.
Sila maklumkan jika anda memerlukan dokumen ini dalam format tertentu seperti Microsoft Word. Saya juga boleh menambah gambar atau ilustrasi untuk meningkatkan kefahaman jika diperlukan.
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.” Onlinetuition.Com.My,2014, spmfizik.onlinetuition.com.my/2014/05/prinsip-bernoulli.html. Accessed 5 Oct.
2020. - Shaik Abdul Rahim. “Prinsip Bernoulli 1.” SlideShare, 28 July 2015, www.slideshare.net/shaikabdulrahim/prinsip-bernoulli-1. Accessed 5 Oct. 2020.
- Astro Tutor TV. “Fizik | Tingkatan 4 | Prinsip Bernoulli.” YouTube, 30 June 2020, www.youtube.com/watch?v=Q5BWv62fmwQ&t=183s. Accessed 5 Oct. 2020.
- Dik, Cikgu. “Ultrasfizik: Prinsip Bernoulli Dan Spoiler Kereta.” Ultrasfizik, 17 Mar. 2014, ultrasfizik.blogspot.com/2014/03/prinsip-bernoulli-dan-spoiler-kereta.html. 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.