Aplikasi Persamaan Bernoulli dan Alat Ukur Kelajuan Fluida
D. Pelajari dan Pahami
2. Tabung Pitot
= gaya angkat pesawat (N) = gaya berat pesawat (N) = kelajuan fluida di titik 1 (m/s) = kelajuan fluida di titik 2 (m/s) = luas penampang pesawat (m2) = massa jenis udara (kg/m3)
= kelajuan fluida (m/s),
= perbedaan ketinggian zat cair (m), = percepatan gravitasi (m/s2),
= luas penampang di titik 1 (m2), dan = luas penampang di titik 2 (m2)
Perhatikan gambar berikut!
Gambar 3.3. Tabung Pitot
Besarnya kelajuan aliran gas dapat dirumuskan sebagai berikut:
E. Rumus Pintar
Besaran Rumus Pintar Keterangan
Gaya Ankat Pesawat
= gaya angkat pesawat (N) = gaya berat pesawat (N) = kelajuan fluida di titik 1 (m/s) = kelajuan fluida di titik 2 (m/s) = luas penampang pesawat (m2) = massa jenis udara (kg/m3)
Kelajuan Fluida pada Venturimeter
√
= kelajuan fluida pada titik 1 (m/s) = perbedaan ketinggian zat cair (m) = percepatan gravitasi (m/s2)
= luas penampang di titik 1 (m2) = luas penampang di titik 2 (m2)
Kelajuan Aliran Gas pada Tabung Pitot
√
= kelajuan aliran gas (m/s)
= massa jenis zat cair manometer (kg/m3) = massa jenis gas (kg/m3)
√
= kelajuan aliran gas (m/s)
= massa jenis zat cair manometer (kg/m3)
= massa jenis gas (kg/m3) = percepatan gravitasi (m/s2) = tinggi fluida mengalir (m)
= tinggi fluida mengalir (m)
√
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri, kemudian menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Dalam venturimeter pipa horizontal memiliki penampang yang besar dan pipa menyempit, dalam soal ini kita diminta menentukan berapa kecepatan air pada pipa penampang jika nilai h, g, , A1, A2 diketahui.
Diketahui:
Luas pipa penampang besar, A1 = 6 x 10-4 m2 Luas pipa penampang kecil, A2 = 2 x 10-4 m2
Perbedaan ketinggian zat cair dalam tabung h = 0,4 m Percepatan gravitasi, g = 10 m/s2
Massa jenis air, = 1000 kg/m3 Ditanya:
Kecepatan air pada pipa penampang 1, v1 = ?
Tahap 2 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Soal ini berkaitan dengan kecepatan air pada venturimeter, maka kita dapat menggunakan persamaan CONTOH SOAL Penyelesaian √ √
Tahap 3 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
Kecepatan air pada venturimeter adalah
Air mengalir dalam venturimeter. Pipa horizontal berpenampang besar memiliki luas penampang 6 x 10-4 m2 dan luas penampang pipa yang menyempit sebesar 2 x 10-4 m2. Apabila beda ketinggian zat cair dalam tabung pengukur 0,4 m percepatan gravitasi 10 m/s2 dan massa jenis air 1000 kg/m3, berapa kecepatan air pada pipa penampang.
1. Seorang pilot sedang menerbangkan pesawat dengan kecepatan udara pada sayap bagian atas pesawat sebesar 60 m/s dan bagian bawah sebesar 30 m/s. Jika massa jenis
2. Pak Bayu merupakan seorang pilot. Dalam menerbangkan pesawat ia harus mengetahui kelajuan udara, massa jenis udara dan gaya angkat pada masing-masing sayap agar pesawat tersebut dapat lepas landas dari lintasan penerbangan dengan baik. Jika sayap
3. Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) memasang pipa venturimeter yang dialiri air seperti pada gambar di bawah ini. Jika luas penampang A1 dan A2 masing-masing 12 cm2dan 8 cm2, g = 10 m/s2. Untuk mengetahui penggunaan air para pelanggan PDAM, pihak perusahaan harus mengetahi berapa kecepatan aliran air (v) yang memasuki pipa
d. Tahap 4 (Memeriksa Kembali) ……… ……… ……… ……… ……… ……… 25 cm
Hari, tanggal :
Pertemuan 3
No. Pertanyaan Jawaban Skor
1. Seorang pilot sedang menerbangkan pesawat dengan kecepatan udara pada sayap bagian atas pesawat sebesar 60 m/s dan bagian bawah sebesar 30 m/s. Jika massa jenis udara 1,2 kg/m3 dan tekanan udara pada bagian atas sayap pesawat sebesar 103.000 Pa. Untuk mempertahankan agar pesawat dapat terbang stabil pada ketinggian kontsan. Berapakah tekanan di bagian bawah sayap pesawat?
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Pada saat pesawat terbang kecepatan udara di atas dan di bawah sayap berbeda, masing-masing 60 m/s dan 30 m/s. Dengan massa jenis udara 1,2 kg/m3 dan tekanan udara pada pesawat bagian atas sebesar 103.000 Pa. Kita dapat menentukan besar tekanan pada bagian bawah dengan menggunakan persamaan gaya angkat pesawat.
Diketahui:
Tentukan bagian bawah pesawat sebagai titik 1, dan bagian atas pesawat sebagai titik 2.
Kecepatan udara bagian bawah pesawat, v1 = 30 m/s Kecepatan udara bagian atas pesawat = v2 = 60 m/s Massa jenis udara, = 1,2 kg/m3
Tekanan udara bagian atas pesawat, P2 = 103.000 Pa Ditanya:
Tekanan udara bagian bawah pesawat, P1 = ? Tahap 2 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Untuk menghitung besarnya tekanan pada bagian bawah pesawat, maka kita dapat menggunakan persamaan:
2
Tahap 3 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
Tahap 4 (Memeriksa Kembali)
Melakukan pemeriksaan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Dengan persamaan gaya angkat pesawat, kita dapatkan tekanan pada bagian bawah sebesar 104.620 Pa. Jadi pilot dapat menjaga kestabilan pesawat saat terbang.
3
2 2. Pak Bayu merupakan seorang pilot. Dalam
menerbangkan pesawat ia harus mengetahui kelajuan udara, massa jenis udara dan gaya angkat pada masing-masing sayap agar pesawat tersebut dapat lepas landas dari lintasan penerbangan dengan baik. Jika sayap pesawat terbang pak
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Diketahui:
Misalkan kelajuan udara di bagian atas pesawat v1 = 150 m/s, dan kelajuan udara di bagian bawah v2 = 140 m/s.
Luas setiap sayap A = 20 m2. Massa jenis udara = 1,2 kg/m3
2 Pa P P P v P v P 104620 540 2160 103000 60 . 2 , 1 . 2 1 103000 30 . 2 , 1 . 2 1 2 1 2 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 1 1
kelajuannya bagian atas dan bagian bawah sebesar 150 m/s dan 140 m/s. Jika masa jenis udara
= 1,2 kg/m3, berapa gaya angkat kedua
sayap pesawat jika setiap sayap memiliki luas 20 m2?
Pada keadaan ini aliran fluida dianggap pada ketinggian yang sama atau hampir sama, maka h1 = h2.
Ditanya:
Gaya angkat dari kedua sayap pesawat, F = ?
Tahap 2 (Membuat Rencana)
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Soal ini merupakan aplikasi dari persamaan Bernoulli, sehingga kita bisa menyelesaikan persamaan ini dengan persamaan Bernoulli
Karena ketinggiannya sama, maka kita anggap h1 = h2, sehingga persamaannya menjadi
Karena v1 > v2, maka selisih tekanan adalah
Tahap 3 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
4
sayap, Fa, adalah
Gaya angkat total pasawat yang dihasilkan kedua sayap adalah
Tahap 4 (Memeriksa Kembali)
Melakukan refleksi dan peninjauan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi gaya angkat total pesawat yang dihasilkan kedua sayap sebesar untuk dapat menerbangkan pesawat.
2
3. Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM)
memasang pipa venturimeter yang dialiri air seperti pada gambar di bawah ini. Jika luas penampang A1 dan A2 masing-masing 12 cm2dan 8 cm2, g = 10 m/s2. Untuk mengetahui penggunaan air para pelanggan PDAM, pihak perusahaan harus mengetahi berapa kecepatan aliran air (v) yang memasuki pipa venturimeter?
Tahap 1 (Memahami Masalah)
Menguraikan masalah dengan kata-kata sendiri dan menuliskannya dalam bentuk simbol, gambar atau diagram.
Diketahui:
Luas penampang pipa besar, A1 = 12 cm2 Luas penampang pipa sempit, A2 = 8 cm2 Kelajuan zat cair pada pipa sempit = v2 Kelajuan zat cair pada pipa besar = v1 Beda ketinggian zat cair, h = 25 cm Ditanya:
Kecepatan air yang memasuki pada pipa titik 1, v1 = ?
Menyusun strategi penyelesaian masalah dengan menuliskan persamaan, teorema, atau konsep fisika yang terkait.
Jawab:
Untuk menghitung besarnya kecepatan air pada pipa yang kecil maka kita dapat menggunakan persamaan:
Tahap 3 (Melaksanakan Rencana)
Siap melakukan perhitungan dengan rencana yang telah dibuat.
4 3 25 cm
Melakukan pemeriksaan kembali apakah jawaban sudah benar dan masuk akal?
Jadi kecepatan aliaran air dalam pipa venturimeter miliki PDAM sebesar .