Standar Kompetensi : Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah.
Kompetensi Dasar : Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Materi Pokok : Fluida Dinamis Kelas/Semester : XI/ Genap
Jenis Tes : Uraian
Jumlah Soal : 15 soal
Indikator Soal Jenjang
Kognitif Soal Pembahasan Skor
Persamaan Kontinuitas, Debit Fluida dan Daya Generator:
Menerapkan persamaan kontinuitas, debit dan gaya generator
C4 1. Tangki air pak Aldi mengalami kebocoran sehingga air terbuang sia-sia. Pak Aldi berniat menambal kebocoran tangki air tersebut, setelah dilakukan pengecekan ternyata terdapat dua lubang yang memiliki ukuran diameter berbeda. Jika salah satu lubang memiliki diameter 6 cm dan kecepatan aliaran air yang keluar
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Diameter pipa 1, d1 = 6c m
sebesar 2 cm/s. Agar dapat menambal lubang tersebut dengan tepat pak Aldi perlu mengetahui diameter lubang kedua. Berapa diameter lubang kedua jika kecepatan aliran air pada lubang kedua sebesar 4 cm/s?
Kecepatan laju aliran air, v1 = 2 cm/s Kecepatan laju aliran air, v 2= 4 cm/s Ditanya:
Berapa diameter lubang kedua? Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
√ √
d2 Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan refleksi dan peninjauan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi, diameter pada lubang kedua sebesar 4,3 cm. Setelah mengetahui kedua diameter
4
3
masing-masing pak Aldi dapat menambal lubang tersebut dengan tepat.
C4 2. Walikota Bandung berniat membuat terowongan air untuk mengatasi masalah banjir yang sering terjadi tiap musim hujan tiba. Agar terowongan tersebut memiliki daya tahan yang kuat dan air yang ditampung dapat diperkiraan sebelum meluap kepermukaan. Walikota perlu mengetahui massa air yang dapat ditampung terowongan air tersebut tiap menit. Jika terowongan air memiliki luas penampang 2 m2 dan kecepatan aliran air sebesar 2 m/s, berapa massa air yang dapat
ditampung? (ρ = 1000 kg.m3
)
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Luas penampang, A= 2 m2 Waktu, t =1menit = 60 s
Massa jenis air, Ditanya:
Berapa massa setelah 1 menit? Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab: 2 4
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan refleksi dan peninjauan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi, massa air yang dapat ditampung
terowongan tersebut sebesar per menit.
3
2
Menganalisis persamaan kontinuitas, debit dan gaya generator
C4 3. Sebuah bak mandi diisi air
menggunakan keran dengan jari-jari
penampang keran 7 mm dan
kecepatan laju aliran air sebesar 5 m/s. Bak mandi tersebut penuh dalam waktu 10 menit. Akibat terjadi pemadaman listrik, seorang anak yang ingin mandi harus mengisi bak mandi tersebut dengan ember yang volumenya 6 liter. Berapa kali anak tersebut harus menuangkan air ke dalam bak dengan ember tersebut hingga bak terisi penuh?
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Tentukan volume bak sebagai volume total, Vtotal, sebagai hasil kali jumlah menuangkan air, n, dengan volume ember Vember.
Volume ember untuk mengisi bak, Vember = 6 liter = 6 x 10-3 m3
2
Jari-jari penampang keran, r = 7 mm = 7 x 10-3 m
Kecepatan laju aliran air, v = 5 m/s
Waktu yang dibutuhkan agar bak penuh, t = 10 menit = 600 s
Ditanya:
Berapa kali anak menuang air dengan ember (n) = ?
Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab: atau
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
4
Jadi banyaknya anak menuangkan air dengan ember adalah 77 kali.
Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan refleksi dan peninjauan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi, untuk mengisi bak sampai penuh anak tersebut harus menuangkan sebanyak 77 kali dengan ember bervolume 6 L.
2
C4 4. Pak Burhan merupakan seorang tukang kebun di sekolah. Ia berniat untuk menyiram tanaman yang ada di
halaman sekolah dengan
menggunakan dua jenis selang yang berdiameter berbeda. Masing-masing selang berdiameter 4 cm dan 2 cm. Agar tidak melampaui gerbang sekolah pak Burhan ingin mengetahui berapa kecepatan aliran pada selang kecil, jika pada penampang besar kecepatan aliran air sebesar 2 m/s?
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Diameter penampang besar d1 dan diameter penampang kecil d2:
d1 = 4 cm d2 = 2 cm
kelajuan fluida penampang besar, v1 = 2 m/s Ditanya : kelajuan fluida di penampang kecil, v2 = ?
Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Sehingga:
( )
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
=
Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan memeriksa kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal? Jadi kecepatan aliran pada selang kecil
4
3
sebesar 8 m/s, dengan demikian pak Burhan dapat mengotrol dalam menyiram tanaman agar tidak melampaui gerbang sekolah. C4 5. Sumur milik pak Johan yang baru
saja dibor ingin menggunakan pipa yang memiliki diameter berbeda dan dihubungkan langsung ke tangki air. Diameter pipa besar bernilai r dan pipa kecil bernilai . Agar air dari sumur dapat cepat naik ke tangki air, bagaimana cara pemasangan pipa yang tepat?
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri atau menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Sebelum dilakukan perhitungan, terlebih dahulu tentukan indeks 1 untuk keadaan mula-mula dan indeks 2 untuk keadaan akhir fluida. Kelajuan fluida mula-mula adalah v1 = v Jari-jari silinder mula-mula, r1 = r
Jari-jari silinder akhir, r2 = Ditanya:
Cara pemasangan pipa yang tepat, maka kita terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran air dalam pipa.
Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau
2
konsep fisika yang terkait. Jawab:
Soal ini berkaitan dengan persamaan kontinuitas, maka kita gunakan rumus persamaan kontinuitas,
( )
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
( )
Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan pemeriksaan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
3
Dengan perbandingan besar kecepatan aliran pipa besar dan pipa kecil bernilai v ; 4v, maka cara pemasangan pipa yang tepat agar air cepat naik ke tangki air adalag dengan memasang pipa berdiameter r dibawah mesin pompa dan sebagai keluaran digunakan pipa yang berdiameter .
C4 6. Pak Bambang memiliki dua buah pompa air, salah satu pompa tersebut akan dijual karena dirasa efisiensi kerja mesin pompa mulai menurun. Sebelum menjual pak Bambang ingin mengetahui pompa mana yang memiliki efisiensi mesin yang lebih kecil karena pak Bambang ingin menjual pompa yang memiliki efisiensi lebih kecil. Jika pompa air yang dimiliki pak Bambang 100 watt dan 85 watt. Dan keduanya digunakan untuk menyedot air dari kedalaman 9 meter. Air disalurkan oleh pompa melalui sebuah pipa dan ditampung dalam masing-masing bak berukuran 0,8 m3. Jika bak tersebut penuh setelah dialiri selama 15 menit, Pompa mana yang akan dijual oleh pak Bambang?
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Daya masukan terhadap pompa 1, Pinput1 = 100 W Daya masukan terhadap pompa 2, Pinput2 = 85 W Kedalaman air h = 9 m
Volume bak V = 0,8 m3
Waktu setelah bak penuh t = 15 menit = 900 s Ditanya:
Efisiensi pompa 1 dan 2 = ? Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
2
Jawab:
Persamaan yang digunakan dalam perhitungan efisiensi pada soal ini dapat menggunakan
Untuk mencari daya keluaran, pertama kita cari debit air pada pompa tersebut.
Setelah mencari nilai Q, kemudian hitung daya keluaran berdasarkan persamaan di atas
( )
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
Efisiensi pompa 1: Efisiensi pompa 2:
Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan refleksi dan peninjauan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi, efisiensi pompa 100 W yang sebesar 80 % dan pompa 85 W sebesar 94 %. Dengan demikian mesin pompa yang lebih efisien mesin pompa yang kedua.
2
C4 7. Pintu air yang berada di bendungan Katulampa memiliki tinggi 20 m dimanfaatkan untuk pembangkit
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk
listrik tenaga air (PLTA) yang memiliki volume 10 m3. Listrik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk kebutuhan warga sekitar. Jika dalam 1 jam warga memerlukan 1100 kW. Berapakah waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya sebesar 1100 kW, jika efisiensi yang dihasilkan sebesar 55%? ( 103 kg/m3)
simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Dalam kasus ini diketahui Ketinggian air terjun, h = 20 m Volume, V = 10 m3
Efisiensi pompa, = 55 %
Daya, P = 1100 kW = 1100. 103 W Ditanya :
Waktu yang dibutuhkan menghasilkan daya, t =?
Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Dalam kasus ini konsep fisika yang terkait adalah daya listrik pada generator, debit air atau Q = V/t 2 4
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
Tahap 5 (Memeriksa Kembali)
Melakukan refleksi dan peninjauan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi untuk memenuhi kebutuhan listrik warga sekitar dalam 1 jam PLTA memerlukan waktu atau selama 100 detik.
3
2
Persamaaan Bernoulli dan Teorema Torricelli:
Menerapkan persamaan Bernoulli dan teorema Torricelli
C4 8. Pak Andi memasang pipa mendatar dari rumah ke kolam ikan yang terletak dibelakang rumah, pipa tersebut dipasang di sisi dinding dan dipasang pengait agar pipa menempel tetap ditempat yang pak Andi inginkan. Pak Andi memasang pipa horizontal yang memiliki luas penampang 20 cm2 di bagian yang besar dan 5 cm2 di bagian yang lebih
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 ((Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Tentukan pipa bagian besar sebagai titik 1 dan pipa kecil sebagai titik 2.
Luas penampang di pipa besar, A1 = 20 cm2
sempit mengalir air dengan kecepatan pada pipa sempit 4 m/s. Tekanan dalam bagian yang sempit adalah 4,80 x 104 Pa (4,80 atm). Agar pemasangan pengait pipa tepat dan mampu menahn tekanan air dalam pipa, pak Andi perlu mengetahui berapa tekanan dalam bagian pipa yang lebih besar?
Luas penampang di pipa kecil, A2 = 5 cm2 Kecepatan air pada pipa kecil, P2 = 4,80 x 104 Pa = 4,80 atm
Ditanya:
Tekanan pada pipa besar P1 = ? Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Soal tersebut berkaitan dengan hukum Bernoulli, maka kita dapat menggunakan persamaan berikut.
Untuk aliran fluida horizontal (h1 = h2), sehingga berlaku:
Tahap 4 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
Untuk mencari kecepatan air di pipa besar, maka dapat digunakan persamaan kontinuitas
Tahap 5 (Memeriksa Kembali) Melakukan pemeriksaan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal? Jadi, sekarang pak Andi dapat memasang pengait pipa yang tepat agar pengait tersebut dapat menahan tekanan pipa sebesar .
3
C4 9. Tangki air di sekolah Nina merupakan tangki air terbuka. Tangki tersebut mengalami kebocoran dan pihak sekolah bermaksud untuk menambal lubang pada tangki. Jika tangki tersebut diisi dengan air sampai mencapai ketinggian H (lihat gambar). Air menyemprot keluar dengan laju 1,5 L/s pada lubang kebocoran di samping tangki dengan luas 3,0 cm2 dan jarak semprotan air mengenai tanah adalah 5 m diukur dari lubang. Sebelum menambal lubang pada tangki, perlu diketahui berapakah ketinggian lubang air pada tangki dari permukaan tanah?(g = 10 m/s2)
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Tahap 2 (Mengidentifikasi Masalah dalam Istilah Fisika)
Diketahui:
Luas lubang kebocoran, A = 3,0 cm2 = 3,0 x 10-4 m2
Debit air, Q = 1,5 L/s = 1,5 x 10-3 m3/s Jarak air yang keluar dari tangki, x = 5 m Percepatan gravitasi, g = 10 m/s2
Ditanya:
Ketinggian lubang air dari permukaan tanah, H-h = ?
Tahap 3 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab: atau √ √ 2 4 H h vx x