A. SKILL-SKILL PROBLEM SOLVING UNTUK FLUIDA STATIS - Skil Problem Solving FLUIDA STATIS

(1)

1 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

d a l a m M a t a k u l i a h F i s i k a U m u m ( D r . R a m l i d k k , 2 0 1 4 )

A. SKILL-SKILL PROBLEM SOLVING UNTUK FLUIDA STATIS

Soal Sehubungan dengan Skill No Soal

Tekanan dalam Fluida  Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi besaran fisika yang diketahui dan ditanya

 Memahami makna tekanan dalam fluida, bahwa:

- Tekanan adalah gaya persatuan luas, dimana gaya tegak lurus terhadap luas.

A

F

p



- Tekanan dalam fluida disebut juga tekanan hidrostatis, yaitu:

gh

p

h





 Memahami makna hukum pokok hidrostatik,

yang berbunyi “ semua titik yang terletak

pada suatu bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama.

 Memahami tekanan yang sebenarnya (tekanan absolut) dalam fluida yaitu tekanan atmosfir ditambah tekanan hidrostatik.

gh

p

P



_o





1 Dalam sebuah bejana selinder terdapat cairan yang beratnya 1,5 N. Jika luas permukaan dasar bejana 50 cm2. Tentukanlah tekanan hidrostatis di permukaan dasar bejana tersebut

2 Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2, hitunglah tekanan hidrostatis pada kedalaman 75 cm di dalam:

(a). Minyak ( ρ = 800 kg/m3)

(b). Raksa (ρ = 13600 kg/m3 )

3 Sebuah danau memiliki kedalaman 15 m. Jika massa jenis air 1 g/cm3, percepatan gravitasi g = 10 m/s2 dan tekanan di atas permukaan air sebesar 1 atm. Tentukanlah:

(a). Tekanan hidrostatis di dasar danau (b). Tekanan absolut di dasar danau

Hukum Pascal  Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi besaran fisika yang diketahui dan ditanya

 Memaknai hukum Pascal bahwa:

- Tekanan yang diberikan kepada fluida diam dalam ruang tertutup akan diteruskan dengan besar yang sama ke seluruh bagian fluida.

- Hukum Pascal dapat diaplikasikan pada lat pengepres hidrolik, dongkrak hidrolik, mesin pengangkat mobil, dan rem hidrolik menggunakan persamaan:

(2)

2 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

2 2

1 1

A

F

A

F



Hukum Archimedes  Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi besaran fisika yang diketahui dan ditanya

 Memahami makna hukum Archimedes bahwa:

- Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya dalam suatu zat cair, akan mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.

- Gaya ke atas yang dialami benda dalam zat cair dinamakan gaya apung, yaitu:

'

gV

F

_A





_f dengan:

ρf= massa jenis fluida

V = volume benda yang terbenam atau volume fluida yang dipindahkan Atau;

F_A = W_u - W_a

Wu = berat benda di udara

Wa = berat benda dalam zat cair

 Memahami bahwa hukum Archimedes dapat diterapkan pada peristiwa mengapung, melayang dan tenggelam.

fluida benda

benda

Volume

n

dipindahka

Volume





Atau,

a u

u

W





fluida benda



dimana:

ρfluida> ρbenda : mengapung

1 Sebuah balok memiliki volume 8 x 10-3m3 tercelup ¾ bagiannya dalam air. Jika g = 10 m/s2, tentukanlah gaya apung yang yang dikerjakan air pada balok

2 Berat sebuah benda di udara 50N. Bila ditimbang dalam air, beratnya menjadi 45N. Hitunglah:

(3)

3 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

ρfluida= ρbenda : melayang ρfluida< ρbenda : tenggelam

Tegangan Permukaan  Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi besaran fisika yang diketahui dan ditanya

 Mampu menghitung tegangan permukaan suatu cairan, dimana tegangan permukaan adalah gaya tegang permukaan persatuan panjang yang bekerja pada permukaan yang tegak lurus terhadap kawat:

L

F





Tegangan permukaan untuk cairan yang mempunyai dua permukaan, seperti selaput air sabun dalam suatu kawat berbentuk huruf U, dinyatakan dengan:

L

F

2 



1 Sebuah kawat berbentuk huruf U dilengkapi dengan kawat lurus xy yang mudah digeser. Panjang xy adalah 3cm dan beratnya 0,05 N (g = 10 m/s2). Apabila sistem tersebut dicelupkan vertikal di dalam larutan air sabun, berapakah besarnya tegangan permukaan selaput air sabun pada bidang kawat U setelah diangkat keluar dari larutan air sabun?

Gejala Kapilaritas  Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi besaran fisika yang diketahui dan yang ditanya

 Mampu memahami gejala kapilaritas, dimana:

- Kapilaritas naik terjadi pada peristiwa meniskus cekung

- Kapilaritas naik terjadi pada peristiwa meniskus cembung

 Mampu menghitung tinggi naik atau turunnya suatu cairan dalam pipa kapiler menggunakan rumus:

gr

h







cos

2 

(4)

4 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

B. PENYELESAIAN SOAL-SOAL FLUIDA STATIS

Tekanan dalam Fluida

1. Dalam sebuah bejana selinder terdapat cairan yang beratnya 1,5 N. Jika luas permukaan dasar bejana 50 cm2. Tentukanlah tekanan hidrostatis di permukaan dasar bejana tersebut

Penyelesaian: Inti Permasalahan

Sebuah bejana selinder terdapat cairan yang beratnya 1,5 N. Luas permukaan dasar bejana 50 cm2.

Tentukan:

Tekanan hidrostatis di permukaan dasar bejana Pendekatan

Menggunakan tekanan dalam fluida

Situasi Fisika

Target kuantitas p = ....?

Hubungan kuantitatif



A

F

p



Rencana Solusi

 F = W



A

W

p



Satuan:

Pa

m

N

p



₂



Solusi

Pa

m

x

N

A

W

p

300

10

50

5 ,

1

2

4



_

Evaluasi Jawaban

Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan. Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

2. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2, hitunglah tekanan hidrostatis pada kedalaman 75 cm di dalam:

(a). Minyak ( ρ = 800 kg/m3₎

(b). Raksa (ρ = 13600 kg/m3₎

Diketahui massa jenis beberapa fluida Tentukan:

Tekanan hidrostatis di pada kedalaman 75 cm.

W = 1,5 N

(5)

5 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

Pendekatan

Situasi Fisika

Target kuantitas

(a). ph = ....? untuk minyak ( ρ = 800 kg/m3) (b). ph= ....? untuk raksa (ρ = 13600 kg/m3)

Hubungan kuantitatif 

p

h





gh

Rencana Solusi



p

_h





gh

Satuan:

Pa

m

N

m

s

m

kg

p



(

₃

)(

₂

)(

)



₂



Solusi

(a).

p

h





gh

= ( 800 Kg/m3) (10 m/s) (0,75 m) = 6000 Pa

(b).

p

_h





gh

= ( 13600 Kg/m3) (10 m/s) (0,75 m) = 1,02 x 105 Pa

3. Sebuah danau memiliki kedalaman 15 m. Jika massa jenis air 1 g/cm3, percepatan gravitasi g = 10 m/s2 dan tekanan di atas permukaan air sebesar 1 atm. Tentukanlah:

(a). Tekanan hidrostatis di dasar danau (b). Tekanan absolut di dasar danau

Sebuah danau memiliki kedalaman 15 m. Tentukan:

(a). Tekanan hidrostatis di dasar danau (b). Tekanan absolut di dasar danau Pendekatan

Situasi Fisika

ρair 1 g/cm 3

, p0 = 1 atm = 1,01 x 10 5

Pa Kedalaman danau, h = 15 m.

Target kuantitas

(a). ph = ....? untuk air ( ρ = 1000 kg/m3) (b). P = ...?

Hubungan kuantitatif 

p

_h





gh



P



p

_o





gh

h = 75cm

(6)

6 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

Rencana Solusi



p

h





gh



P



p

o





gh

Satuan:

Pa

m

N

m

s

m

kg

p



(

₃

)(

₂

)(

)



₂



Solusi

(a).

p

_h





gh

= ( 1000 Kg/m3) (10 m/s) (15 m) = 1,5 x 105 Pa

(b).

P



p

o





gh

= (1,01 x 105 Pa) + 1,5 x 105 Pa = 2,51 x 105 Pa

Hukum Pascal

1. Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil yang massanya 1500 kg. Jari-jari poros dongkrak ini 8 cm dan jari-jari pengisapnya 1 cm. Berapakah besar gaya yang harus diberikan pada pengisapnya untuk menaikkan mobil tersebut?

Dongkrak hidrolik Tentukan:

Gaya pada pengisap. Pendekatan

Menggunakan hukum Pascal

Situasi Fisika

Target kuantitas F2 = ....?



2 2

1 1

A

F

A

F



 2

R

A





 F1 = W = mg

Rencana Solusi

 ₁

1 2 2 2 2

1

_F

A

F

A

F

A

F

_

_

_

mg

R

F

mg

R

F

2

1 2 2

2 1

2 2 2

















Satuan:

R1= 8 cm R2= 1 cm A1 A2

F2

(7)

7 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

Hukum Archimedes

1. Sebuah balok memiliki volume 8 x 10-3m3 tercelup ¾ bagiannya dalam air. Jika g = 10 m/s2, tentukanlah gaya apung yang yang dikerjakan air pada balok

Sebuah balok memiliki volume 8 x 10-3m3 tercelup ¾ bagiannya dalam air

Tentukan gaya apung

Pendekatan

Menggunakan hukum archimedes.

Situasi Fisika V = 8 x 10-3m3

Target kuantitas

(a). FA = ...?

 '

gV

F

_A





_f

Rencana Solusi

)

2. Berat sebuah benda di udara 50N. Bila ditimbang dalam air, beratnya menjadi 45N. Hitunglah:

(a). Gaya ke atas yang dialami benda tersebut (b). Massa jenis benda tersebut

(8)

8 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

Tentukan:

(a). Gaya ke atas yang dialami benda (b). Massa jenis benda tersebut

Pendekatan

Menggunakan hukum archimedes.

Situasi Fisika

Berat di udara, Wu = 50 N Berat di dalam air, Wa = 45 N ρair = 1000 kg/m3

Target kuantitas (a). FA = ...? (b).



b



...

?

 FA = berat benda di udara – berat benda dalam zat cair

Rencana Solusi (a). FA = Wu - Wa

Tegangan Permukaan

1. Sebuah kawat berbentuk huruf U dilengkapi dengan kawat lurus xy yang mudah digeser. Panjang xy adalah 3cm dan beratnya 0,05 N (g = 10 m/s2). Apabila sistem tersebut dicelupkan vertikal di dalam larutan air sabun, berapakah besarnya tegangan permukaan selaput air sabun pada bidang kawat U setelah diangkat keluar dari larutan air sabun?

kawat berbentuk huruf U dilengkapi dengan kawat lurus xy yang mudah digeser, dicelupkan vertikal di dalam larutan air sabun.

Tentukan:

tegangan permukaan Pendekatan

(9)

9 | T i m P e n e l i t i P e n e r a p a n S t r a t e g i P h y s i c s P r o b l e m S o l v i n g y a n g D i p a d u k a n P e t a K o n s e p F i s i k a

Situasi Fisika

l = 3 cm F = W = 0,05 N g = 10 m/s2 Target kuantitas

γ = ...?

L

F

2 



Rencana Solusi

L

Gejala Kapilaritas

1. Berapakah penurunan raksa dalam sebuah pipa yang jari-jarinya 2 mm jika sudut kontak raksa dengan kaca samadengan 1400, dan tegangan permukaannya 0,545N/m ? Massa jenis raksa 13600 kg/m3.

Sebuah pipa yang jari-jarinya 2 mm berisi raksa, dengan sudut kontak dengan kaca sama dengan 1400, serta tegangan permukaannya 0,545N/m. Tentukan:

Penurunan air raksa. Pendekatan

Menggunakan prinsip kapilaritas.

Situasi Fisika

r = 2 mm = 2 x 10-3 m

θ = 1400 γ = 0,545 N/m g = 10 m/s2

ρ = 13600 kg/m3 Target kuantitas

h = ...?

gr

Rencana Solusi

gr