Memahami Frekuensi Jalan Vortex Kármán di Dinamika Fluida

Dinamika Fluida: Memahami Frekuensi Jalan Vortex Kármán

Apakah Anda pernah bertanya-tanya bagaimana memprediksi frekuensi vorteks bergantian yang terbentuk di belakang objek dalam aliran fluida? Nah, semua ini berakar pada fenomena yang menarik yang dikenal sebagai Jalan Vorteks Kármán. Di sinilah fisika bertemu dengan seni - membentuk pola berputar yang bisa jadi destruktif dan mempesona. Berikut adalah eksplorasi tentang bagaimana cara mengukurnya!

Pendahuluan ke Jalan Pusaran Kármán

Jalan Vortex Kármán terjadi ketika suatu fluida, seperti udara atau air, mengalir melewati objek silindris, menciptakan vorteks yang bergantian di dua sisi. Ini bukan hanya sekadar keingintahuan akademis; ini dapat memiliki implikasi praktis, seperti bagaimana jembatan bisa bergetar atau bagaimana cerobong asap memancarkan suara.

Formula Frekuensi Jalan Vortex Kármán

Untuk menghitung frekuensi (f) dari vorteks ini, kami menggunakan rumus berikut:

Formula:f = (St × U) / D

Di mana:

f = Frekuensi pelepasan pusaran (Hertz, Hz)
jalan = Bilangan Strouhal (tanpa dimensi)
U = Kecepatan aliran (meter per detik, m/s)
D = Panjang karakteristik, biasanya diameter silinder (meter, m)

Pemisahan Parameter

Mari kita menyelami lebih dalam mengenai apa yang masing masing nilai ini wakili.

Angka Strouhal (St)

Bilangan Strouhal mencerminkan karakteristik frekuensi dari pelepasan vorteks. Nilainya tergantung pada bilangan Reynolds (Re), yang merupakan ukuran dari rezim aliran di sekitar objek. Untuk masalah teknik yang khas, jalan sekitar 0,21 untuk objek silinder.

Kecepatan Aliran (U)

Kecepatan fluida yang mengalir melewati objek. Ini adalah faktor kunci dalam seberapa cepat vorteks beralih.

Panjang Karakteristik (D)

Ini umumnya adalah diameter silinder yang menyebabkan jalan pusaran. Dalam masalah praktis, Anda mengukurnya secara langsung menggunakan penggaris atau kaliper.

Implementasi Formula

Sekarang, mari kita lihat rumus dalam format fungsi panah JavaScript:

(st, u, d) =&gt; {
  if (st &lt;= 0 || u &lt;= 0 || d &lt;= 0) return "Invalid input values";
  return (st * u) / d;
}

Contoh Perhitungan

Untuk membuat ini lebih konkret, mari kita melalui beberapa contoh perhitungan:

Contoh 1

Mengasumsikan kita memiliki batang silinder dengan diameter 0,05 meter yang diletakkan di dalam terowongan angin di mana kecepatan angin (U) adalah 15 meter per detik, dan angka Strouhal (St) diketahui sebesar 0,21:

U = 15 m/s
D = 0,05 m
St = 0,21

Frekuensi dapat dihitung sebagai:

f = (0,21 &times; 15) / 0,05 = 63 Hz

Ini berarti vorteks akan bergantian 63 kali per detik di belakang batang.

Contoh 2

Sekarang, mari kita pertimbangkan skenario lain di mana kita memiliki tiang berdiameter 0,1 meter di sungai dengan kecepatan aliran 10 meter per detik dan jalan masih 0,21:

U = 10 m/dtk
D = 0,1 m
St = 0,21

Frekuensi menjadi:

f = (0,21 &times; 10) / 0,1 = 21 Hz

Dalam hal ini, vorteks terlepas 21 kali per detik.

Aplikasi Praktis Frekuensi Jalan Vorteks Kármán

Fenomena ini tidak hanya teoretis; ia memiliki aplikasi di dunia nyata:

Rekayasa: Menghindari resonansi dalam struktur seperti jembatan dan gedung pencakar langit.
Studi Lingkungan Memahami pola aliran fluida di sekitar terumbu buatan dan penghalang.
Penerbangan: Mengelola aliran udara di sekitar pesawat untuk mengurangi kebisingan dan meningkatkan efisiensi.

Fakta Menarik

Apakah kamu tahu bahwa prinsip yang sama dapat membantu menjelaskan mengapa saluran daya bernyanyi di angin atau bagaimana ikan memanfaatkan vorteks untuk berenang lebih efisien? Jalan Vorteks Kármán adalah gerbang menuju beberapa fenomena fisika yang menarik.

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

Apa itu angka Strouhal?

A: Angka Strouhal adalah angka tak berdimensi yang menggambarkan mekanisme aliran berosilasi, khususnya frekuensi pelepasan pusaran sehubungan dengan kecepatan aliran dan panjang karakteristik.

Q: Mengapa penggelinciran pusaran terjadi?

A: Pembuangan vortex terjadi akibat pemisahan aliran pada suatu objek, yang menghasilkan pusaran tekanan rendah yang bergantian di sisi berlawanan objek tersebut.

Q: Apakah Jalan Vorteks Kármán bisa berbahaya?

A: Ya, jika frekuensi pelepasan vortex bersamaan dengan frekuensi alami struktur, ini dapat menyebabkan resonansi dan potensi kegagalan struktur.

Kesimpulan

Jalan Vortex Kármán adalah aspek menawan dari dinamika fluida dengan implikasi praktis di berbagai bidang. Memahami bagaimana menghitung frekuensi pelepasan dapat membantu insinyur, ilmuwan, dan penggemar untuk mengelola dan memanfaatkan efeknya.

Tags: Dinamika Fluida, Rekayasa

jalan:
U:
D: