Hitung bilangan Froude dari kecepatan aliran dan panjang karakteristik, klasifikasikan aliran saluran terbuka ke dalam aliran subkritis, kritis, atau superkritis, atau selesaikan variabel yang hilang — Fr = v/√(gL).
Sifat aliran
Untuk aliran saluran terbuka, gunakan kedalaman hidrolik. Untuk lambung kapal, gunakan panjang garis air.
Defaultnya adalah standar gravitasi Bumi, 9,81 m/s².
Nomor palsu
—
Masukkan kecepatan aliran dan panjang karakteristik untuk dihitung.
Rezim aliran—
Jarak ke kritis (Fr = 1)—
Klasifikasikan berdasarkan nomor Froude
Tempelkan nilai Fr dari tab pertama, atau ketikkan secara langsung.
Fr di bawah 1 adalah subkritis (aliran dalam, lambat, didominasi gravitasi), Fr sama dengan 1 adalah kritis (lompatan hidrolik terbentuk pada transisi ini), dan Fr di atas 1 adalah superkritis (aliran dangkal, cepat, didominasi inersia).
Rezim aliran
—
Masukkan nomor Froude untuk mengklasifikasikan aliran.
Ambang batas rezim
Rezim
Kisaran Fr
Subkritis
Fr <1
Kritis
Fr = 1
Superkritis
Fr > 1
Angka Froude kritis menandai titik dimana loncatan hidrolik terbentuk ketika transisi aliran antar rezim.
Selesaikan variabel yang hilang
Nilai terpecahkan
—
Pilih variabel, tetapkan target Fr, dan masukkan dua nilai lainnya.
Bilangan Froude adalah persamaan aliran saluran terbuka dengan bilangan Reynolds — alih-alih membandingkan gaya inersia dengan gesekan viskos, ia membandingkannya dengan gravitasi.
📋
Panduan langkah demi langkah
Cara menggunakan kalkulator ini
3 langkah▸
1
Masukkan kecepatan dan panjang aliran
Pada tab Nomor Froude, masukkan kecepatan aliran (m/s) dan panjang karakteristik (m) — kedalaman hidrolik untuk aliran saluran terbuka, atau panjang garis air untuk lambung kapal. Akselerasi gravitasi defaultnya adalah standar gravitasi Bumi, yaitu 9,81 m/s², namun Anda dapat menggantinya.
2
Baca nomor dan rezim Froude
Kartu hasil menunjukkan Fr bersama dengan rezim aliran — subkritis, kritis, atau superkritis — dan seberapa jauh nilai tersebut berada dari ambang batas kritis pada Fr = 1. Tab Rezim Aliran memungkinkan Anda mengklasifikasikan nilai Fr apa pun secara langsung, dengan pengukur yang menunjukkan letak nilai tersebut relatif terhadap penanda kritis.
3
Selesaikan variabel yang hilang
Pada tab Solve, pilih variabel yang tidak Anda ketahui (kecepatan, panjang karakteristik, atau gravitasi), tetapkan angka Froude target, dan isi dua variabel lainnya — kalkulator akan mengatur ulang Fr = v/√(gL) untuk menemukan nilai yang hilang.
⚡
Referensi
Rumus dan metodologi
2 rumus▸
Nomor palsu
Fr = v / √(gL)
Kecepatan aliran v (m/s) dibagi dengan akar kuadrat percepatan gravitasi g (m/s²) dikalikan panjang karakteristik L (m, biasanya kedalaman hidrolik atau panjang garis air). Fr tidak berdimensi — tidak membawa satuan.
Aliran subkritis bersifat dalam, lambat, dan didominasi gravitasi — gangguan kecil dapat merambat ke hulu. Aliran superkritis bersifat dangkal, cepat, dan didominasi inersia — gangguan hanya terjadi di bagian hilir. Titik kritis (Fr = 1) menandai batas dimana loncatan hidrolik terbentuk ketika transisi aliran antara keduanya.
📖
Glosarium
Penjelasan istilah penting
7 istilah▸
Kuantitas tak berdimensi yang membandingkan gaya inersia dengan gaya gravitasi dalam suatu aliran, digunakan untuk mengklasifikasikan aliran saluran terbuka dan memprediksi resistensi gelombang pada kapal dan lambung kapal.
Aliran dengan permukaan bebas yang terekspos ke atmosfer, seperti sungai, kanal, atau saluran pelimpah, bukan aliran pipa bertekanan. Nomor Froude adalah alat utama untuk mengklasifikasikan jenis aliran ini.
Aliran dengan bilangan Froude kurang dari 1 — relatif dalam dan lambat, dimana gaya gravitasi mendominasi. Gangguan permukaan dapat merambat baik ke hulu maupun hilir.
Aliran dengan bilangan Froude lebih besar dari 1 — relatif dangkal dan cepat, dimana gaya inersia mendominasi. Gangguan di permukaan hanya dapat merambat ke hilir, tidak pernah merambat ke hulu.
Aliran tepat pada Fr = 1, batas antara rezim subkritis dan superkritis. Pada titik ini, kecepatan aliran sama dengan kecepatan gelombang gravitasi kecil di permukaan.
Kenaikan permukaan air secara tiba-tiba dan bergejolak yang terjadi ketika aliran bertransisi dari superkritis ke subkritis, sehingga menghamburkan energi. Lompatan hidrolik terjadi di saluran pelimpah, kolam penenang, dan pintu air di bagian hilir.
Perkiraan kecepatan di mana haluan kapal perpindahan dan puncak gelombang buritan sejajar, secara historis diperlakukan sebagai batas kecepatan praktis untuk lambung tersebut. Ini sesuai dengan angka Froude sekitar 0,4 berdasarkan panjang garis air.
👥
Skenario
Contoh dalam kehidupan nyata
3 contoh nyata▸
🏞️
Aliran saluran terbuka
Sebuah sungai sedalam 0,8 m mengalir dengan kecepatan 2 m/s
Kecepatan 2 m/sPanjangnya 0,8 mGravitasi 9.81 m/s²
Fr = 2 / √(9,81 × 0,8) ≈ 0,714. Nilai tersebut di bawah 1, sehingga alirannya bersifat subkritis – relatif dalam dan lambat, dengan gelombang permukaan mampu bergerak ke hulu melawan arus.
⛵
Kecepatan lambung kapal
Lambung perpindahan sepanjang garis air 25 m mendekati kecepatan lambungnya
Kecepatan 6.26 m/sPanjangnya 25 mGravitasi 9.81 m/s²
Fr = 6,26 / √(9,81 × 25) ≈ 0,4 — bilangan Froude kecepatan lambung klasik untuk kapal perpindahan, di mana puncak gelombang haluan dan buritan sejajar dan ketahanan terhadap gelombang meningkat tajam melampaui titik ini.
🌊
Lompatan hidrolik
Aliran pelimpah disetel tepat pada ambang kritis
Kecepatan 3.13 m/sPanjangnya 1 mGravitasi 9.81 m/s²
Fr = 3,13 / √(9,81 × 1) ≈ 1,0 — sangat kritis. Dalam prakteknya, aliran pelimpah dan saluran yang melintasi ambang batas ini dari superkritis ke subkritis membentuk lompatan hidrolik yang terlihat, yaitu gelombang berdiri turbulen yang menghilangkan energi.
🔗
Referensi
Sitasi kalkulator ini
APA & MLA▸
Gunakan salah satu format ini untuk menyitasi kalkulator dalam makalah, laporan, atau daftar sumber.
Bilangan Froude adalah persamaan aliran saluran terbuka dengan bilangan Reynolds — alih-alih membandingkan gaya inersia dengan gesekan viskos, ia membandingkannya dengan gravitasi. Rasio tunggal tersebut memprediksi apakah sungai, kanal, atau lambung kapal bergerak di perairan dalam yang didominasi gravitasi atau perairan dangkal yang didominasi inersia, dan rasio ini menunjukkan dengan tepat di mana lompatan hidrolik akan terbentuk. Kalkulator ini menerapkan Fr = v/√(gL) pada kondisi aliran Anda sendiri, mengklasifikasikan hasilnya, dan dapat menyelesaikan variabel yang hilang secara mundur jika Anda mengetahui bilangan Froude yang Anda targetkan.
Cara kerja Kalkulator Angka Froude
▸
Bilangan Froude adalah rasio kecepatan aliran terhadap kecepatan gelombang gravitasi kecil yang merambat pada permukaannya, √(gL). Ketika Fr di bawah 1, aliran bergerak lebih lambat dari kecepatan gelombang tersebut, sehingga gangguan permukaan dapat merambat ke hulu dan hilir — ini adalah aliran subkritis. Ketika Fr melebihi 1, aliran tersebut melampaui gelombang permukaannya sendiri, sehingga gangguan hanya dapat merambat ke hilir — ini adalah aliran superkritis. Transisi pada Fr = 1 tidak terjadi secara bertahap: transisi ini terlihat secara fisik sebagai lompatan hidrolik, yaitu kenaikan ketinggian permukaan secara tiba-tiba dan bergolak yang menghilangkan kelebihan energi kinetik aliran.
Masukan dan artinya
▸
Kecepatan (m/s) adalah kecepatan aliran rata-rata. Panjang karakteristik (m) bergantung pada konteks: untuk aliran saluran terbuka biasanya merupakan kedalaman hidrolik (luas penampang aliran dibagi dengan lebar permukaan bebas), sedangkan untuk lambung kapal adalah panjang garis air. Akselerasi gravitasi (m/s²) defaultnya adalah standar gravitasi Bumi, 9,81 m/s², dan jarang memerlukan penyesuaian — namun bidang ini tersedia untuk konteks pemodelan khusus. Karena L berada di bawah akar kuadrat, menggandakannya hanya akan menaikkan penyebut sekitar 41%, sedangkan menggandakan kecepatan akan menggandakan Fr secara langsung — kecepatan biasanya merupakan input dengan pengaruh terbesar pada hasilnya.
Batasan dan kasus tepi
▸
Angka Froude mengasumsikan permukaan bebas tunggal yang terdefinisi dengan baik dan skala panjang yang secara bermakna mewakili kedalaman aliran atau geometri lambung kapal — bilangan ini tidak menangkap efek tiga dimensi, interferensi gelombang antara beberapa lambung kapal, atau kompresibilitas. Untuk kapal, aturan praktis kecepatan lambung Fr ≈ 0,4 adalah pedoman perencanaan/perpindahan yang berguna, bukan batasan fisik yang kaku — banyak lambung kapal yang beroperasi agak di atas atau di bawahnya tergantung pada bentuk lambung. Untuk desain saluran dan saluran pelimpah, selalu periksa ulang prediksi loncatan hidraulik dengan pemodelan hidraulik spesifik lokasi; kalkulator ini memberikan klasifikasi dan ambang batas, bukan perhitungan penuh energi yang hilang atau panjang lompatan.
❓
Pertanyaan
Pertanyaan umum
6 pertanyaan▸
Apa rumus bilangan Froude?+
Fr = v/√(gL), dengan v adalah kecepatan aliran (m/s), g adalah percepatan gravitasi (m/s², biasanya 9,81), dan L adalah panjang karakteristik seperti kedalaman hidrolik atau panjang garis air (m). Fr tidak berdimensi.
Apa yang dimaksud dengan aliran subkritis?+
Aliran subkritis memiliki angka Froude kurang dari 1. Aliran ini relatif dalam dan lambat, didominasi oleh gravitasi, dan gangguan permukaan dapat merambat ke hulu dan hilir — hal ini biasa terjadi pada sebagian besar sungai dan kanal dalam kondisi normal.
Apa yang dimaksud dengan aliran superkritis?+
Aliran superkritis memiliki bilangan Froude lebih besar dari 1. Aliran ini relatif dangkal dan cepat, didominasi oleh inersia, dan gangguan permukaan hanya dapat merambat ke hilir — umum terjadi tepat di bawah puncak pelimpah, pintu air, dan saluran curam.
Apa yang terjadi pada lompat hidrolik?+
Lompatan hidrolik terjadi ketika aliran melewati ambang kritis, Fr = 1, beralih dari superkritis ke subkritis. Kenaikan ketinggian permukaan yang tiba-tiba menghilangkan energi kinetik sebagai turbulensi, itulah sebabnya para insinyur sengaja merancang kolam penenang untuk memicu lompatan dan melindungi saluran hilir dari erosi.
Bagaimana penerapan nomor Froude pada kapal?+
Untuk kapal dengan lambung perpindahan, bilangan Froude berdasarkan panjang garis air memprediksi resistensi gelombang. Sekitar Fr ≈ 0,4, sistem gelombang haluan dan buritan sejajar dengan cara yang secara historis mendefinisikan 'kecepatan lambung' yang praktis — mendorong lebih cepat memerlukan tenaga yang jauh lebih besar karena gaya hambat yang menyebabkan gelombang meningkat tajam.
Apakah bilangan Froude tidak berdimensi?+
Ya. Setiap satuan dalam v/√(gL) saling menghilangkan (m/s dibagi dengan √(m/s² × m) direduksi menjadi bilangan murni), sehingga dapat digunakan untuk membandingkan aliran dengan skala yang sangat berbeda — model laboratorium dan sungai berukuran penuh — pada skala subkritis hingga superkritis yang sama.
📄
Simpan & bagikan
Dapatkan PDF hasil dengan merek Calculover
Unduh PDF satu halaman berisi hasil Anda. Masukkan alamat email untuk menerima kiat kalkulator sesekali. Tanpa spam, dan Anda dapat berhenti berlangganan kapan saja. Privasi.