Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap
1
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002 A. IDENTITAS
Mata Pelajaran : Fisika
Kelas/Semester : XI/Ganjil
Pertemuan ke- : 15 – 16
Alokasi Waktu : 5 x 45 menit
B. STANDAR KOMPETENSI
2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah
C. KOMPETENSI DASAR
2.2 Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari
D. INDIKATOR
1.
KognitifMemformulasikan hukum dasar fluida dinamik
2.
PsikomotorMelakukan percobaan sederhana tentang debit fluida
3.
AfektifMenerapkan perilaku berkarakter Disiplin, Tanggung Jawab, Kreatif, dan Kerja Keras
E. MATERI AJAR
Pernahkah Ananda menyiram bunga/tanaman dengan selang seperti gambar? Apa yang terjadi ketika sebagian mulut selang ditutup dengan jari?
Semakin banyak bagian mulut selang yang ditutup, semakin deras air menyembur keluar, mengapa demikian?
Fluida dinamik yang akan dipelajari mengkaji tentang aliran fluida ideal. Fluida yang mengalir tentunya memiliki kecepatan dan tekanan.
Ciri-ciri aliran fluida:
1. aliran tunak (steady flow) dan tak tunak (non-steady flow)
aliran fluida dikatakan tunak jika kecepatan aliran pada setiap titik adalah konstan terhadap waktu contoh : arus air yang mengalir pada pipa
aliran fluida dikatakan tak tunak jika kecepatan aliran pada setiap titik berubah terhadap waktu contoh : gelombang pasang air laut
2. aliran termampatkan (compressible flow) dan tak termampatkan (incompressible flow)
aliran fluida dikatakan termampatkan jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volume atau massa jenis ketika ditekan
contoh : gas ideal
aliran fluida dikatakan tak termampatkan jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume atau massa jenis ketika ditekan
contoh : gerak relatif udara terhadap sayap pesawat terbang
Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap
2
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002 3. aliran kental (viscous flow) dan tak kental (non-viscous flow)
aliran fluida dikatakan kental jika terdapat gesekan permukaan benda padat yang bergerak di dalam fluida
contoh : gerak kelereng dalam oli
aliran tak kental jika tidak terdapat gesekan permukaan benda padat yang bergerak di dalam fluida (gesekan dapat diabaikan)
contoh : gerak kelereng dalam air
4. aliran garis arus (laminar / streamline flow) dan turbulen flow
garis arus adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya
contoh: pola aliran air yang tenang
aliran turbulen adalah aliran berputar dan akhirnya menyebar contoh: pola aliran sungai yang deras
Berdasarkan ciri-ciri aliran fluida di atas, maka karakteristik dari fluida ideal yang akan dipelajari adalah: 1. tunak
2. tak termampatkan
3. tak kental 4. streamline flow
gambar garis arus gambar tabung alir
1. Debit Fluida
Fluida bergerak memiliki besaran fisika yang dinamakan dengan debit. Debit adalah laju aliran air. Besarnya debit menyatakan banyaknya volume air yang mengalir tiap detik.
dimana
Q = debit (m3/s) V = volume air (m3) t = waktu aliran (s)
Apabila air melalui sebuah pipa, maka volume air yang mengalir adalah sebesar V = As, dimana A adalah luas penampang mulut pipa (m2), dan s adalah panjang aliran air di dalam pipa (m).
v
Jika disubstitusikan ke persamaan debit, maka diperoleh definisi baru debit:
dimana v = kecepatan aliran air (m/s)
Contoh Soal 1
Seorang petugas SPBU mengisi bensin pada kendaraan sebanyak 120 liter dalam waktu 3 menit. Jika diameter ujung pipa 3 cm, hitunglah kelajuan bensin keluar dari pipa.
Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap
3
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002 2. Persamaan Kontinuitas
Pipa aliran fluida atau air biasanya memiliki penampang yang tidak sama. Contohnya pipa PDAM. Pipa aliran yang ada di jalan-jalan besar diameternya 30 cm tetapi saat masuk di perumahan bisa mengecil menjadi 10 cm dan mencapai kran di rumah tinggal 2 cm. Jika air mengalir tidak termampatkan, maka akan berlaku hukum kekekalan debit yang dinamakan dengan hukum kontinuitas.
Hukum kekekalan debit berbunyi:
”Pada fluida tak ter a patka , hasil kali a tara kelajua fluida da luas pe a pa g adalah tetap”
v2 A2 A1 v1
Pipa-1 Pipa-2
Persamaan kontinuitas:
Contoh Soal 2
Sebuah pipa memiliki dua penampang yang berbeda. Diameter masing-masing penampang adalah 15 cm dan 10 cm. Jika kecepatan aliran pada penampang kecil 9 m/s, berapa kecepatan aliran pada penampang besar ?
F. LATIHAN
1. a. Dari sebuah bak penampung mampu dialirkan air sebanyak 1.200 liter dalam waktu ½ menit. Berapakah debit alirannya?
b. Sebuah kran yang diameternya 6 cm dilalui air dengan kelajuan 2 m/s. Berapakah debit air kran tersebut?
2. Air mengalir dari pipa berpenampang besar 200 cm2 dengan kecepatan 3 m/s ke pipa berpenampang kecil 50 cm2. Tentukan:
a. debit pada pipa kecil,
b. kecepatan air pada pipa kecil.
3. Diketahui air mengalir melalui sebuah pipa. Diameter pipa bagian kiri adalah 10 cm dan bagian kanan adalah 6 cm, serta kelajuan aliran air pada pipa bagian kiri v1 = 5 m/s.
v1
Hitunglah kelajuan aliran air yang melalui pipa bagian kanan.
4. Fluida mengalir dalam pipa yang diameternya berbeda-beda, kelajuan air di titik A yang jari-jarinya 3 cm adalah 8 m/s, berapakah kelajuan air di titik B, dan C bila jari jari masing-masing 1 cm dan 5 cm? 5. Suatu air terjun dengan ketinggian 10 m mengalirkan air dengan debit 20 m3/s.
Berapakah daya yang dapat dibangkitkan oleh air terjun itu?
G. RUJUKAN
Giancoli. 2001. Fisika Jilid 1 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga
