Contoh soal fisika fluida Indonesia

1. Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yang melalui

bagian atas dan bagian bawah sayap yang luas permukaannya 60 m

2

_{bergerak dengan kelajusn}

masing-masing 320 m/s dan 290 m/s. berapa besar gaya angkat pada pesawat tersebut?

(Massa jenis udura 1.3 kg/m

3

_).

2. Tabung pitot seperti pada gambar 7.77 digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas

yang massa jenisnya 0,0068 g/cm

3

_{. Manometer diisi dengan raksa. Jika beda tinggi raksa}

pada kedua kaki Manometer adalah 4,5 cm dan g = 9,8 m/s

2

_{, tentukanlah :}

a)

Beda tekanan antara

α dan β

b)

Kelajuan aliran gas tersebut.

3. Debit air yang melalui sebuah pipa air adalah 3000 cm

3

_{/s. Luas penampang pipa utama}

dan pipa yang menyempit dari sebuah venturimeter masing-masing 40 cm

2

_{. Jika massa jenis}

raksa = 13,6 x 10

3

_kg/m

3

_{dan g = 10 m/s}

2

_{, tentukan :}

a) Kelajuan air pada pipa utama dan pipa yang menyempit;

b) Beda tekanan air antara kedua pipa tersebut;

c) Beda ketinggian raksa dalam kedua kaki manometer.

4. Air mengalir dalam venturimeter seperti pada gambar contoh. 7.18. pipa horizontal yang

penampangnya lebih besar memiliki diameter 2 kali diameter pipa yang menyempit. Jika

beda ketinggian air dalam tabung 1 dan tabung 2 adalah 30 cm,

a) Berapa kelajuan aliran air dalam pipa 1?

b) Berapa kelajuan aliran air dalam pipa 2?

(percepatan gravitasi = 9,8 m. s

2

_).

5. Semburan air keluar secara mendatar dari sebuah lubang didekat dasar tangki pada

gambar

. Jika lubang memiliki diameter 3.50 mm, hitung;

a) Ketinggian

h

dari permukaan air dalam tangki;

b) Debit air yang memancar keluar lubang.

Ambil =

dan g = 9,8 m/s

2

6. Sebuah wadah diisi dengan air sampai kedalaman H = 2,5 m. Wadah disegel dengan

kuat dan diatas air terdapat udara pada tekanan

p

1

= 1,34 x 10

5

Pa

(

lihat gambar

). Sebuah

lubang dibor pada ketinggian 1,0 m diatas dasar wadah.

b) Jika segel bocor sehingga udara diatas air terbuka terhadap atmosfer, hitunglah kelajuan

semburan sekarang.

Ambil

p0

= 1,01 x 10

5

_{Pa dan g = 10 m/s}

2

_.

7. Air mengalir dari lantai pertama sebuah rumah bertingkat dua melalui pipa yang

diameternya 2,80 cm. Air dialirkan kekamar mandi dilantai kedua melalui sebuah keran yang

diameter pipanya 0,700 cm dan terletak 3,00 m diatas pipa lantai pertama. Jika kelajuan air

dalam pipadilantai pertama adalah 0,150 m/s dan tekanannya 1,80 x 10

5

_{Pa, tentukan:}

a) Kelajuan air dalam pipa yang mensuplai keran;

b) Tekanan dalam pipa tersebut.

8. sebuah pipa horizontal yang liuas penampangnya 10 cm

2

_{disambung dengan pipa}

horizontal lain yang luas penampangnya 50 cm

2

_{. Kelajuan air dalam pipa kecil adalah 6,0 m/s}

dan tekanan air disana 200 kPa.

a) Berapa kelajuan air dalam pipa besar?

b) Berapa tekanan air dalam pipa besar?

c) Berapa debit air yang melalui pipa besar?

d) Berapa liter air yang melalui pipa besar dalam 1 menit?

Catatan: 1 m

3

_{= 1000 dm}

3

_{= 1000 L}

9. sebuah pompa air 100 watt menyedot air dari kedalaman 9 meter. Air disalurkan oleh

pompa melalui sebuah pompa dan ditampung dalam sebuah bak berukuran 0,5 m

3

_{. Bak}

tersebut penuh setelah dialiri selama 15 menit. Tentukan efisiensi pompa tersebut.

10. Air terjun setinggi 8 m dimanfaatkan untuk memutar turbin listrik mikro hingga

dibangkitkan daya keluaran generator sebesar 120 kW.Jika efisiensi generator adalah 15%,

tentukan debit air terjun tersebut.

11. Sebuah pipa memiliki dua penampang yang berbeda. Diameter masing-masing

penampang adalah 15 cm dan 10 cm. Jika kecepatan aliran pada penampang kecil 9,0 m/s,

berapa kecepatan aliran pada penampang besar?

12. Sebuah pipa panjang memilki penampang berbeda pada empat bagian (

lihat gambar

).

Luas penampang pipa pada bagian 1, bagian 2, bagian 3 berturut-turut adalah 150 cm

2

_{, 100}

cm

2

_{dan 50 cm}

2

_{. Kecepatan aliran air pada bagian 1 adalah 8,0 m/s, sedangkan pada bagian 4}

adalah 4,8 m/s. hitunglah;

a) Debit air pada tiap-tiap penampang tersebut;

b) Luas penampang pipa pada bagian 4;

13. Sebuah kelereng dengan garis tengah 1 cm dijatuhkan bebas dalam oli yang berada

dalam sebuah tabung. Tentukan kecepatan terbesar yang dapat dicapai kelereng tersebut

dalam oli. Massa jenis oli 800 kg . m

-3

_{, koefisien kovsefitas oli 30 x 10}

-3

_{Pa s. massa kelereng}

2,6 x 10

-3

_{kg m}

-3

_{, dan percepatan gravitasi 10 m s}

-2

_.

14. jika pembuluh xylem (pipa kecil yang mengangkut bahan makanan dari tanah ke bagian

atas sebuah pohon) memiliki radius 0,0010 cm, hitunglah ketinggian air yang akan naik.

Anggaplah sudut konak 0

o

_{,tegangan permukaan air = 0,072 N/m, dan g = 9,8 m/s}

2

_.

Pembahasan Soal Fisika Fluida Dinamik Kelas XI

1. Air mengalir melalui pipa mendatar dengan luas penampang pada masing-masing

ujungnya 200mm

2

_{dan 100mm}

2

_{. Bila air mengalir dari panampang besar dengan}

kecepatan adalah 2 m/s, maka kecepatan air pada penampang kecil adalah ….

1. jawaban:

Pembahasan

Diketahui:

A

1

= 200 mm

2

= 2.10

-4

m

2

A

2

= 100mm

2

= 10

-4

m

2

v

1

= 2 m/s

ditanyakan v

2

= …. ?

jawab:

Q

1

= Q

2

A

1

v

1

= A

2

V

2

v

2

= A

1

v

1

/A

2

= 2.10

-4

.2/10

-4

= 4m/s

2. Azas Bernoulli dalam fluida bergerak menyatakan hubungan antara ….

jawab :

Dalam fluida bergerak, hubungan antara tekanan, keeeaatan, dan massa

jenis dinyatakan oleh Azas Bernouli.

3.

Pada gambar tersebut, G adalah generator 1.000 W yang

digerakan dengan kincir angin, generator hanya menerima energi sebesar 80% dari

air. Bila generator dapat bekerja normal, maka debit air yang sampai kekincir air

dalah ….

jawaban:

Diketahui:

P

g

= 10

3

watt

ρ

g

= 80% ρ

air

= 0,8 ρ

air

h = 10 m

1000 = 0,8.10

3

_.V.10.10

V = 12,5.10

3

_m

3

_{= 12,5L}

Q = V/t = 12,5 L/s

4. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka

kecepatan aliran fluida adalah ….

jawaban:

Karena memiliki besar diameter yang sama, maka keeeaatan aliran fluida

besarnya sama, yaitu 32 m/s.

5. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila

luas ujung selang adalah 0,8 cm

2

_{, maka volume air yang keluar dari selang selama 1}

menit adalah … liter

6. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan

rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….

jawaban:

Q = π.R

2

_{.v = 3,14.16.10}

-4

_{.3 = 0,151 m}

3

_{/s = 151 liter/s}

7. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm

2

_{sebesar 100 cm}

3

_/s.

Kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah ….

jawaban: e

v = Q/A = 100/4 = 25 em/s = 0,25 m/s

8.Air mengalir kedalam sebuah bak dengan debit tetap 0,5 liter/s. Jika bak tersebut

berukuran 1x1x1 m

3

_{, maka bak tersebut akan penuh dalam waktu … menit.}

10. jawaban:

Diketahui

Q = 0,5 liter/s = 5.10

-4

_m

3

_/s

V = 1m

3

Ditanyakan: t = …. ?

Jawab:

t = V/Q = 1/5.10

-4

_{= 2000 s = 33,3 menit}

uraian

1. v

1

= √2gh = √2.10.8 = 12,65 m/s

A = Q/v

1

= 5.10

-5

/12,65 = 3,95.10

-6

m

2

Q

2

= A.v

2

= 55,85.10

-6

m

3

/s = 55,85 em

3

/s

2. Diktetahui

W

u

= 95N; W

eair

= 87 N

Ditanya F

a

= …. ?

Jawab:

F

a

= W

u

– W

eair

= (95-87) = 8 N

3. Alat-alat yang arinsia kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli

a. aiaa aitot

b. aiaa venturi

e. aesawat terbang

d. karburator motor

4. Diketahui:

A = 25 em

2

_{= 25.10}

-4

_{; v = 10 m/s}

Ditanya: Q = ….?

Penyelesaian

Q = A.v = 25.10

-4

_{.10= 0,025 m}

3

_/s

Latihan Soal Fluida Dinamis

1.Suatu fluida mengalir aada sebuah aiaa yang memiliki luas aenamaang

25 em

2

_{dengan keeeaatan 10m/s}

2

_{. Hitunglah besar debit fluida tersebut}

2.Sebuah kran air memaunyai luas 2 em

2

_{. Tentukan debit air dari kran}

tersebut bila laju aliran air 2 m/s!

3. Perhatikan gambar berikut ini!

Tentukan keeeaatan aliran air aada aenamaang ?

4.Debit air yang melalui sebuah lubang terletak 8 m di bawah aermukaan

air aada sebuah bak yang luasnya 50 em

3

_{/s. Hitunglah debit air melalui}

6.Debit air yang melalui sebuah lubang terletak 8 m di bawah aermukaan

air aada sebuah bak yang luasnya 50 em

3

_{/s. Hitunglah debit air melalui}

lubang tersebut, jika di atas aermukaan air diberi tambahan tekanan

2×10

4

_N/m

2

_!

Para pelajar mungkin akan berlomba mencari

daftar harga iPad

setelah tahu bahwa ternyata

iPad bermanfaat untuk menunjang pendidikan. Tak bisa dipungkiri, manfaat tersebut telah

menjadikan iPad sebagai

gadget

yang semakin diperhitungkan dalam mendukung dunia

pendidikan. Era

Digital Natives

telah membuat Apple berinovasi agar iPad bisa digunakan

pada berbagai sektor kehidupan, termasuk sektor pendidikan. Sejumlah aplikasi pendidikan

yang disediakan oleh iPad yang ditargetkan bagi para pelajar pun semakin banyak.

Aplikasi-aplikasi iPad yang mendukung kreasi peajar di antaranya Zoodle Comic, iBooks, eBook

Creator, WordPress and Weebly, Mind Meister, Phoster, dan iBrainstroom. Salah satu contoh

aplikasi di atas yang mampu mengembangkan kreasi anak adalah Zoodle Comic. Aplikasi

tersebut memancing kreasi penggunanya untuk membuat komik melalui iPad. Di lain pihak,

lembaga pendidikan pasti tak menutup mata atas berkembangnya teknologi, terutama

berkembangnya dunia

gadget

. Pastinya ereka akan mencari tahu tentang perusahaan pembuat

iPad, latar belakang pembuatannya, isi seluruh aplikasinya, dan

daftar harga iPad

sebelum

memutuskan penggunaannya di sekoolah. Lembaga pendidikan tentu saja akan mencari

manfaat dari berkembangnya teknologi untuk proses pembelajaran yang lebih baik bagi

siswanya. Salah satu lembaga pendidikan yang percaya bahwa iPad yang canggih mampu

membantu mengembangkan pendidikan adalah sekolah Burlington High School. Burlington

High School yang terletak di dekat Boston, Massachusetts, Amerika Serikat, percaya bahwa

iPad yang pertama kali dirilis 2010 lalu tersebut akan sangat berguna bagi Burlington. Belum

ada kabar mengenai sekolah di Indonesia yang menggunakan iPad sebagai salah satu media

belajarnya. Namun, untuk memberikan informasi lebih pada Anda, di akhir bagian artikel ini

akan dipaparkan

daftar harga iPad

terbaru per Desember 2014.

Membahs kembali tentang penggunaan iPad di Amerika, Kepala Sekolah Burlington High

menganggap bahwa iPad merupakan investasi besar bagi dunia pendidikan saat ini. Ia

menambahkan juga bahwa, dalam jangka panjang, buku tradisional akan tersaingi oleh iPad.

Hal itu disebabkan buku tradisional yang kurang

update

dibandingkan eBook pada iPad.

Namun, sang kepala sekolah juga mengatakan bahwa buku masih menjadi referensi bagi

sekolah mereka karena tak semua sumber elektronik memuat informasi yang lengkap—buku

masih menjadi kebutuhan primer. Kini, perusahaan raksasa Apple Inc. sendiri mengatakan

bahwa sudah ada lebih dari 600 distrik yang punya program “iPad

Program

” di Chicago dan

New York, Amerika Serikat. Tentu saja sekolah-sekolah akan mengecek

daftar harga iPad

terlebih dahulu agar bisa menyesuaikan dengan anggaran pembelanjaan mereka. 600 distrik

tersebut telah memborong banyak sekali iPad untuk mendukung pembelajaran dalam

melangsungkan proses pendidikan. Sejak iPad diperkenalkan ke publik oleh Steve Jobs 2010

lalu, iPad menjadi sangat populer di Amerika. Paduan handphone dan laptop yang kemudian

menjadi “iPad” telah menjadi

gadget

baru yang lebih multifungsi. Para pelajar pun antusias

dalam mengolah berbagai keperluan mereka melalui iPad.

Belajar dengan Ponsel di Sekolah

(dimuat di Opini Surya, 15 Desember 2009)

Perkembangan Teknologi Informasi dan Komunikasi (TIK) harusnya membuat pembelajaran

menjadi semakin menarik dan bermutu. Kemajuan TIK memberikan berbagai fasilitas

melalui produk-produk teknologi yang bermanfaat dalam kegiatan pembelajaran.

Produk-produk yang dapat digunakan dalam pembelajaran antara lain televisi, radio, telepon, telepon

seluler (ponsel), komputer, hingga koneksi internet. Produk-produk ini harus dapat

bermanfaat secara positif dalam kegiatan pembelajaran di sekolah.

Ironisnya, tingginya melek teknologi (

literacy

with

ICT

) di kalangan siswa tidak diimbangi

oleh kemampuan guru. Hanya sebagian kecil, bahkan sebagian kecil sekali, guru yang melek

teknologi di atas kemampuan siswa. Memang pesatnya kemajuan teknologi sesuai dengan

zamannya. Namun hal ini seharusnya bukan menjadi kendala bagi guru untuk

mengembangkan diri dan memanfaatkan teknologi dalam kegiatan pembelajaran menjadi

pengajar yang handal dan paham teknologi.

Tinggi daya melek teknologi siswa dibanding guru menyebabkan banyak penyimpangan

dalam penggunaan TIK. Banyak video porno yang direkam dan dilakukan oleh kalangan

terpelajar melalui fasilitas ponsel. Layanan internet banyak disalahgunakan oleh siswa.

Kasus-kasus ini merupakan penyimpangan penggunaan teknologi karena rendahnya

keterampilan teknologi yang dimiliki guru. Akhirnya, dengan kebijakan yang tidak bijak,

beberapa sekolah melarang siswanya membawa ponsel ke sekolah.

Apa yang bisa dilakukan oleh ponsel dalam kegiatan pembelajaran?

Sebelum membedah daya guna ponsel dalam kegiatan pembelajaran, penting dipahami

fitur-fitur yang tersedia di dalamnya. Fitur-fitur-fitur dalam ponsel di antaranya berupa telepon, pesan

pendek (

Short

Message

Service

/SMS), alarm, timer hitung mundur, stopwatch, kalkulator,

pemutar musik, kamera, rekaman video, rekaman suara,

infrared

/

bluetooth

, tv, hingga

internet melalui berbagai koneksi). Pertanyaannya, seberapa kreatifkah guru dalam

memanfaatkan fitur-fitur ini atau malah menganggapnya fitur-fitur ini tidak berguna dalam

kegiatan pembelajaran?

Fitur-fitur ponsel dapat dimasukkan dalam langkah-langkah pembelajaran sebagai wujud

nyata strategi pembelajaran. Tentu saja, pemanfaatan fitur-fitur ponsel harus disesuaikan

dengan kompetensi dasar apa yang hendak diajarkan. Guru harus mampu memilih fitur-fitur

ponsel yang dapat digunakan pada kompetensi dasar tertentu, bukan dipaksa-paksakan,

dicocok-cocokkan.

di dalam ponsel. Guru harus menyimpan nomor ponsel perwakilan beberapa kelompok. Jika

tiba giliran kelompok untuk presentasi, guru cukup menekan tombol 2 hingga 9. Tunggu

beberapa saat dan simak telepon siapa yang berdering. Kelompok inilah yang memperoleh

giliran untuk presentasi.

Layanan pesan pendek/SMS dapat digunakan guru dalam membagi tema. Langkah ini

bertujuan agar tema tiap kelompok tidak diketahui oleh kelompok lain. Caranya, guru

membagi siswa dalam beberapa kelompok. Guru mengirimkan SMS ke perwakilan kelompok

berdasarkan beberapa tema sudah dipersiapkan sebelumnya.

Untuk membatasi waktu, guru dapat memanfaatkan

alarm

ponsel. Dalam kegiatan presentasi,

diskusi, hingga ulangan harian dapat digunakan fitur

alarm

. Jatah waktu yang diberikan dapat

diukur dengan objektif melalui alarm. Jatah waktu tiap kelompok/tiap siswa sama, bukan

berdasarkan insting, melainkan berdasarkan alarm. Layanan yang mirip dengan alarm dalam

ponsel adalah timer hitung mundur dan stopwatch. Layanan fitur

stopwatch

dapat digunakan

dalam pembelajaran olah raga.

Kalkulator dapat dimanfaatkan guru dengan bijak. Ada saatnya guru memanfaatkan fitur ini

dan ada saatnya tidak. Hal ini sangat bergantung pada kompetensi dasar bidang studi yang

diberikan. Jika guru sedang membawakan kompetensi non-matematika dan ingin hasil cepat,

tidak ada salahnya guru memanfaatkan layanan ini. Namun jika guru sedang melatih

kompetensi hitung, guru harus memperhitungkan kembali pemakaian layanan hitung ini.

Sekali lagi, guru harus bijak memanfaatkan layanan ini.

Dalam pembelajaran bahasa, layanan rekaman suara dapat digunakan guru dalam

memberikan penguatan. Misalnya pembelajaran membaca puisi, membaca berita, membaca

pengumuman, dll. Guru dapat menggunakan layanan rekaman suara dan diputar kembali

untuk diberikan penguatan. Jika layanan suara belum cukup, guru dapat menggunakan

layanan rekaman video. Melalui rekaman video guru dan siswa dapat menyimak sajian

audio-visual. Guru dapat memberikan penguatan sikap dan ekspresi dalam pembelajaran berpidato,

membaca puisi, hingga drama.

Layanan rekaman video juga dapat digunakan guru Bahasa Indonesia dalam menulis

paragraf. Guru dapat juga memberikan tugas pada perwakilan kelompok, jika tidak semua

siswa memiliki ponsel berfitur kamera, untuk memotret objek atau merekam keramaian

stasiun kereta api. Lalu, guru memberikan tugas menulis paragraf. Begitu juga guru bidang

studi lain, guru ekonomi dapat merekam keramaian pasar, guru olahraga memberikan

masukan lay-up dalam olah raga basket yang benar, dll.

Sebagai koneksi transfer data, guru dan siswa dapat memanfaatkan fitur infrared dan

bluetooth. Objek yang sudah terpotret dapat dibagi kepada siswa lain atau diserahkan pada

guru. Guru atau siswa dapat metransfer langsung ke laptop untuk ditayangkan melalui LCD

Proyektor. Objek ini dapat disesuaikan dengan bidang studi yang diajarkan guru.

Melalui koneksi data, ponsel kini menyediakan layanan internet. Melalui internet, guru dapat

mencari bahan ajar dan jutaan referensi dalam internet. Tentu jika menginginkan layar yang

lebar, ponsel dapat dikoneksikan ke laptop dan ditayangkan melalui LCD Proyektor. Jika

belum puas melalui koneksi ponsel, guru dapat memanfaatkan jaringan internet via kabel dan

nirkabel, misal wifi.

Rumus Minimal

v

= kecepatan aliran (m/s)

1 liter = 1 dm

3

_{= 10}

−3

_m

3

ρ = massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m

3

₎

g = percepatan gravitasi (m/s

2

₎

Tangki Bocor Mendatar

v

= √(2gh)

X = 2√(hH)

t = √(2H/g)

Keterangan :

v

= kecepatan keluar cairan dari lubang

X = jarak mendatar jatuhnya cairan

h = jarak permukaan cairan ke lubang bocor

H = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor

t = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah

Soal No. 1

Jika luas penampang kran dengan diameter D

2

adalah 2 cm

2

dan kecepatan aliran air di kran

adalah 10 m/s tentukan:

a) Debit air

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Pembahasan

Data :

A

2

= 2 cm

2

= 2 x 10

−4

m

2

v2

= 10 m/s

a) Debit air

Q = A

2v2

= (2 x 10

−4

₎₍₁₀₎

Q = 2 x 10

−3

_m

3

_/s

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Data :

V = 20 liter = 20 x 10

−3

_m

3

Q = 2 x 10

−3

_m

3

_/s

t = V / Q

t = ( 20 x 10

−3

_m

3

_{)/(2 x 10}

−3

_m

3

_{/s )}

t = 10 sekon

Soal No. 2

Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m

2

_{, luas penampang pipa kecil adalah 2 m}

2

_dan

kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada

pipa kecil!

Pembahasan

Persamaan kontinuitas

A

1v1

= A

2v2

v2

= 37,5 m/s

Soal No. 3

Tangki air dengan lubang kebocoran diperlihatkan gambar berikut!

Jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m.

Tentukan:

a) Kecepatan keluarnya air

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

Pembahasan

a) Kecepatan keluarnya air

v

= √(2gh)

v

= √(2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air

X = 2√(hH)

X = 2√(3,2 x 10) = 8√2 m

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

t = √(2H/g)

t = √(2(10)/(10)) = √2 sekon

Soal No. 4

Untuk mengukur kecepatan aliran air pada sebuah pipa horizontal digunakan alat seperti

diperlihatkan gambar berikut ini!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 cm

2

_{dan luas penampang pipa kecil adalah 3 cm}

2

serta perbedaan ketinggian air pada dua pipa vertikal adalah 20 cm tentukan :

Pembahasan

Rumus kecepatan fluida memasuki pipa venturimetar pada soal di atas

v1

= A

2

√ [(2gh) : (A

12

− A

22

) ]

a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar

v1

= A

2

√ [(2gh) : (A

12

− A

22

) ]

v1

= (3) √ [ (2 x 10 x 0,2) : (5

2

_{− 3}

2

_{) ]}

v1

= 3 √ [ (4) : (16) ]

v1

= 1,5 m/s

Tips :

Satuan A biarkan dalam cm

2

_{, g dan h harus dalam m/s}

2

_{dan m.}

_v

_{akan memiliki}

satuan m/s.

Bisa juga dengan format rumus berikut:

dimana

a = luas penampang pipa kecil

A = luas penampang pipa besar

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil

A

1v1

= A

2v2

(3 / 2)(5) = (

v2

)(3)

v2

= 2,5 m/s

b)

c)

Soal No. 5

Seperti soal sebelumnya, silakan dicoba, jawabannya 4 m/s.

Soal No. 6

Posisi pipa besar adalah 5 m diatas tanah dan pipa kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan

aliran air pada pipa besar adalah 36 km/jam dengan tekanan 9,1 x 10

5

_{Pa. Tentukan :}

a) Kecepatan air pada pipa kecil

b) Selisih tekanan pada kedua pipa

c) Tekanan pada pipa kecil

(ρ

air

= 1000 kg/m

3

)

a) Kecepatan air pada pipa kecil

Persamaan Kontinuitas :

A

1v1

= A

2v2

(4)(10) = (1) (

v2

)

v2

= 40 m/s

b) Selisih tekanan pada kedua pipa

Dari Persamaan Bernoulli :

c) Tekanan pada pipa kecil

P

1

− P

2

= 7,1 x 10

5

9,1 x 10

5

_{− P}

2

= 7,1 x 10

5

P

2

= 2,0 x 10

5

Pa

Soal No. 7

Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit dengan diameter 8 cm. Jika

kecepatan aliran di bagian pipa berdiameter besar adalah 10 cm/s, maka kecepatan

aliran di ujung yang kecil adalah....

A. 22,5 cm/s

Pipanya memiliki diameter, jadi asumsinya luas penampangnya berupa lingkaran.

Luasnya diganti luas lingkaran menjadi

Baris yang terkahir bisa ditulis jadi

Jika diketahui jari-jari pipa (r), dengan jalan yang sama D tinggal diganti dengan r menjadi:

Kembali ke soal, masukkan datanya:

Data soal:

D

1

= 12 cm

D

2

= 8 cm

v

1

= 10 cm/s

v

2

= ...

Soal No. 8

Jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil, kecepatan aliran fluida

(UN Fisika SMA 2012 A86)

Pembahasan

Sebuah pesawat dilengkapi dengan dua buah sayap masing-masing seluas 40 m

2

_{. Jika}

kelajuan aliran udara di atas sayap adalah 250 m/s dan kelajuan udara di bawah sayap adalah

200 m/s tentukan gaya angkat pada pesawat tersebut, anggap kerapatan udara adalah 1,2 kg/

m

3

_!

Pembahasan

Gaya angkat pada sayap pesawat:

dimana:

A = luas total penampang sayap

ρ = massa jenis udara

ν

a

= kelajuan aliran udara di atas sayap

ν

b

= kelajuan aliran udara di bawah sayap

F = gaya angkat pada kedua sayap

Data soal:

Luas total kedua sayap

A = 2 x 40 = 80 m

2

Kecepatan udara di atas dan di bawah sayap:

ν

a

= 250 m/s

Massa jenis udara

ρ = 1,2 kg/m

3

F =...

Soal No. 10

Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui sebesar 1100 kN.

Pesawat tersebut memiliki luas penampang sayap sebesar 80 m

2

_{. Jika kecepatan aliran udara}

di bawah sayap adalah 250 m/s dan massa jenis udara luar adalah 1,0 kg/m

3

_tentukan

kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat!

Pembahasan

Data soal:

A = 80 m

2

ν

b

= 250 m/s

ρ = 1,0 kg/m

3

F = 1100 kN = 1100 000 N

ν

a

=...

Soal No. 11

Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya ke atas maksimal, seperti gambar.

Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah tekanan udara, maka sesuai azas Bernoulli

rancangan tersebut dibuat agar....

(UN Fisika 2012)

A. v

A

> v

B

sehingga P

A

> P

B

B. v

A

> v

B

sehingga P

A

< P

B

C. v

A

< v

B

sehingga P

A

< P

B

D. v

A

< v

B

sehingga P

A

> P

B

E. v

A

> v

B

sehingga P

A

= P

B

Pembahasan

Desain sayap pesawat supaya gaya ke atas maksimal:

Tekanan Bawah > Tekanan Atas, P

B

> P

A

sama juga P

A

<P

B

Kecepatan Bawah < Kecepatan Atas, v

B

< v

A

sama juga v

A

> v

B

Jawab: B. v

A

> v

B

sehingga P

A

< P

B

Catatan:

(Tekanan Besar pasangannya kecepatan Kecil, atau tekanan kecil pasangannya kecepatan

besar)

Soal No. 12

Sebuah bak penampung air diperlihatkan pada gambar berikut. Pada sisi kanan bak dibuat

saluran air pada ketinggian 10 m dari atas tanah dengan sudut kemiringan α°.

Jika kecepatan gravitasi bumi 10 m/s

2

_tentukan:

a) kecepatan keluarnya air

b) waktu yang diperlukan untuk sampai ke tanah

c) nilai cos α

Pembahasan

a) kecepatan keluarnya air

Kecepatan keluarnya air dari saluran:

b) waktu yang diperlukan untuk sampai ke tanah

Meminjam rumus ketinggian dari gerak parabola, dari situ bisa diperoleh waktu yang

diperlukan air saat menyentuh tanah, ketinggian jatuhnya air diukur dari lubang adalah − 10

m.

c) nilai cos α

Nilai sinus α telah diketahui, menentukan nilai cosinus α

d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) saat saluran dibuka

Jarak mendatar jatuhnya air

Soal No. 13

Luas penampang pipa besar adalah 5 cm

2

_{sedangkan luas penampang pipa yang lebih kecil 3}

cm

2

_{. Jika beda ketinggian Hg pada manometer adalah 20 cm, tentukan kelajuan minyak saat}

memasuki pipa, gunakan g = 10 m/s

2

_{dan massa jenis Hg adalah 13600 kg/m}

3

_.

Pembahasan

Rumus untuk venturimeter dengan manometer, di soal cairan pengisi manometer adalah air

raksa / Hg:

dengan

v

1

= kecepatan aliran fluida pada pipa besar

A = luas pipa yang besar

a = luas pipa yang kecil

h = beda tinggi Hg atau cairan lain pengisi manometer

ρ' = massa jenis Hg atau cairan lain pengisi manometer

ρ = massa jenis fluida yang hendak diukur kelajuannya

Data:

A = 5 cm

2

a = 3 cm

2

h = 20 cm = 0,2 m

g = 10 m/s

2

diperoleh hasil:

Soal No. 14

Jika massa jenis udara yang diukur adalah 1 kg/m

3

_{dan perbedaan level cairan pada tabung U}

adalah h = 25 cm, tentukan kelajuan aliran udara yang terukur!

Pembahasan

Misalkan kelajuan udara di A adalah v

A

dan kelajuan udara di B adalah v

B

.

Udara masuk melalui lubang depan dan saat di B aliran udara tertahan hingga kecepatannya

nol.

Dari hukum Bernoulli:

Dengan kondisi:

Kecepatan di B v

B

= 0, dan perbedaan tinggi antara A dan B dianggap tidak signifikan,

diambil h

a

= h

b

sehingga ρgh

a

- ρgh

b

= 0

Dari pipa U, perbedaan tinggi yang terjadi pada cairan di pipa U diakibatkan perbedaan

tekanan.

gabungkan i dan ii

dengan v

a

adalah kelajuan aliran udara yang diukur, selanjutnya dinamakan

v

,

Data soal:

ρ

u

= 1 kg/m

3

ρ

zc

= 800 kg/m

3

h = 25 cm = 0,25 m

g = percepatan gravitasi = 10 m/s

2

diperoleh:

Soal No. 15

Jika kelajuan udara yang diukur adalah 80 m/s massa jenis udara 0,5 kg/m

3

_tentukan

perbedaan tinggi cairan dalam pipa, gunakan g = 10 m/s

2

_!

Pembahasan

Dengan rumus yang sama dengan nomor sebelumnya:

Dicari perbedaan tinggi cairan atau h

Soal untuk latihan silakan di cari di bagian Try Out ya,...PEMBAHASAN SOAL FLUIDA

DINAMIS

PEMBAHASAN SOAL FLUIDA DINAMIS

Contoh Soal

1. Sebuah aiaa luas aenamaangnya 4 em2 dan 6 em2 dialiri air. Pada aenamaang

yang keeil laju aliran adalah 12 m/s. Beraaa laju aliran aada aenamaang yang besar?

Penyelesaian:

Diketahui:

A1 = 4 em2 = 4 x 10-4 m2

A2 = 6 em2 = 6 x 10-4 m2

v1 = 12 m/s

Ditanya: v2 ?

Jawab:

2. Kelajuan fluida ideal di dalam aiaa berdiameter 10 em adalah 7,5 m/s. Fluida

kemudian memasuki aiaa berdiameter 4 em. Beraaa laju fluida di dalam aiaa tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

D1 = 10 em = 0,1 m

D2 = 4 em = 0,04 m

v1 = 7,5 m/s

Ditanya: v2 ?

Jawab:

3. Di dalam aiaa yang berdiameter 6 em fluida ideal mengalir dengan kelajuan 4

m/s menuju ke suatu aiaa berdiameter 8 em. Beraaa kelajuan fluida aada aiaa tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

D1 = 6 em = 0,06 m

D2 = 8 em = 0,08 m

v1 = 4 m/s

Ditanya: v2 ?

4. Sebuah aiaa yang luas aenamaangnya sebesar A1 = 8 em2 dan A2 = 10 em2

dialiri air dengan debit 2 liter/sekon. Beraaa kelajuan aliran air di A1 dan A2 ?

Penyelesaian:

Diketahui:

A1 = 8 em2 = 8 x 10-4 m2

A2 = 10 em2 = 10 x 10-4 m2

Q = 2 liter/sekon = 2 dm3_{/s = 2 x 10}-3 _m3_/s

Ditanya: v1 dan v2 ?

Jawab:

5. Sebuah generator listrik mikrohidro akan diletakkan di bawah tebing yang

dialirkan melalui sebuah aiaa berdiameter 50 em. Debit air yang melalui aiaa rata-rata sebesar 20 m3_{/s. Jika efsiensi generator terhadaa daya air sebesar 60}

%, hitung daya listrik yang dihasilkan!

Penyelesaian:

Diketahui:

h = 20 m

D = 50 em = 0,5 m

Q = 20 m3_/s

η = 60 %

Ditanya: P ?

Jawab:

1. Suatu fluida mengalir melalui sebuah aiaa berjari-jari 6 em dengan keeeaatan 4

m/s. Beraaakah debit fluida tersebut dinyatakan dalam m3/s dan m3/jam? Penyelesaian:

Diketahui:

r = 6 em = 6 x 10-2 m v = 4 m/s

Ditanya: Q dalam m3/s dan m3/jam? Jawab:

Q = v A

A = πr2 = π(6 x 10-2 m)2 = 0,0113 m2

Sehingga, Q = v A

= 4 m/s . 0,0113 m2 = 0,045 m3/s

Sedangkan dalam satuan m3/jam:

Q=(0,045m^3)/1s=(0,045m^3)/(1×1/3600 jam)=162 m^3/jam

Pertemuan 1

1. Air mengalir melalui sebuah aiaa. Diameter aiaa bagian kiri A1 = 10 em dan

bagian A2 = 6 em, serta kelajuan aliran air aada aiaa bagian kiri v1 = 5 m/s.

a. Beraaakah kelajuan aliran air yang mengalir melalui A2 ?

b. Beraaakah kelajuan aliran air aaabila diameter A2 = 4 em ?

Penyelesaian:

Diketahui:

A1 = 10 em = 0,1 m

A2 = 6 em = 0,06 m

v1 = 5 m/s

Ditanya:

a. v2 ?

b. v2 jika A2 = 4 em ?

Jawab:

a. A1 v1 = A2 v2

2. Suatu zat eair mengalir melalui aiaa yang memaunyai tiga aenamaang

berbeda. Luas aenamaang A, B, dan C berturut-turut sebesar 100 em2_{, 50 em}2_,

dan 200 em2_{. Aaabila di aenamaang A, kelajuan air sebesar 5 m/s, hitunglah:}

a. Kelajuan air yang melalui aenamaang B dan C ?

b. Volume air yang mengalir melalui bagian B dan C ?

Penyelesaian:

Diketahui:

AA = 100 em2 = 10-2 m2

AB = 50 em2 = 5 x 10-3 m2

AC = 200 em2 = 2 x 10-2 m2

vA = 5 m/s

Ditanya:

a. vB dan vC ?

b. VB dan Ve ?

Jawab:

a. AA vA = AB vB

b. Besarnya debit di A sama besar debit di B dan C.

QA = QB = QC = Q

V = Q t = 5 x 10-2 _m3_{/s . 60 s = 3,6 m}3

[ Fluida Statis Dan Dinamis ] Hal 2

BAB II PEMBAHASAN

A.

Fluida Statis

Sifat fsis fluida daaat ditentukan dan diaahami lebih jelas saat fluida

berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fsis fluida statis yang akan

dibahas aada subbab ini di antaranya, massa jenis, tekanan, tegangan

aermukaan, kaailaritas, dan viskositas. Bahasan mengenai massa jenis

dan tekanan telah Anda aelajari di SMP sehingga uraian materi yang

disajikan dalam subbab ini hanya bertujuan mengingatkan Anda tentang

materi tersebut. Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan

tekanan. Hidraustatika meruaakan ilmu yang memaelajari tentang gaya

mauaun tekanan di dalam zat eair yang diam. Sedangkan tekanan

didefnisikan sebagai gaya normal aer satuan luas aermukaan. Cerita

Fisika :

Ikan Tulang Keras

Guiyu oneiros

Ikan tulang (bony fshes) memiliki kantung udara di dalam tubuhnya yang

berfungsi sebagai aelamaung renang. Agar daaat tetaa melayang di

dalam air, tekanan udara dalam kantung diatur menurut kedalaman air.

Dengan menekan udara dalam kantung tersebut, tulang ikan daaat turun

lebih dalam lagi. (Sumber: Jendela Iatek, 1997)

[ Fluida Statis Dan Dinamis ] Hal 3

Massa Jenis

Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah

aernyataan bahwa besi lebih berat dariaada kayu? Pernyataan tersebut

tentunya kurang teaat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih

berat dariaada sebuah bola besi. Pernyataan yang teaat untuk

aerbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih aadat

dariaada kayu. Dalam Fisika, ukuran keaadatan (densitas) benda

homogen disebut massa jenis, yaitu massa aer satuan volume. Seeara

matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.

ρ =

m / V (1-1) dengan: m = massa (kg atau g), V = volume (

m

3

atau e

m

3

), dan

ρ = massa jenis (kg/

m

3

atau g/e

m

3

) Jenis beberaaa bahan dan massa jenisnya daaat dilihat aada Tabel 1.

berikut.

Tabel 1. Massa Jenis atau Keraaatan Massa (Density)

Bahan Massa Jenis (g/em

3

) Nama Bahan Massa Jenis (g/em

3

ollege Physies,

1980

[ Fluida Statis Dan Dinamis ] Hal 4

Tekanan Hidrostatis

Masih ingatkah Anda defnisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang bekerja

tegak lurus aada suatu aermukaan bidang dan dibagi luas aermukaan

bidang tersebut. Seeara matematis, aersamaan tekanan dituliskan

sebagai berikut :

a

= F / A (1-2) dengan: F = gaya (N), A = luas aermukaan (

m

2

), dan

a

= tekanan (N/

m

2

= Paseal). Persamaan (1

–

2) menyatakan bahwa tekanan a berbanding terbalik dengan luas

aermukaan bidang temaat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang

sama, luas bidang yang keeil akan mendaaatkan tekanan yang lebih

besar dariaada luas bidang yang besar. Daaatkah Anda memberikan

beberaaa eontoh aeneraaan konsea tekanan dalam kehiduaan

sehari-hari? Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan

hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh

gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Perhatikanlah Gambar

1.

Gambar 1. Dasar bejana yang terisi dengan fluida setinggi h akan

mengalami tekanan hidrostatis sebesar a.

Jika besarnya tekanan hidrostatis aada dasar tabung adalah a, menurut

konsea tekanan, besarnya a daaat dihitung dari aerbandingan antara

gaya berat fluida (F) dan luas aermukaan bejana (A).

a

Rumus Tenses

Kamis, 06 Maret 2014

fluida statis dan dinamis beserta contoh soal

Fluida

Fluida adalah zat yang daaat mengalir dan berubah bentuk (daaat

dimamaatkan) jika diberi tekanan. Zat yang termasuk kedalam fluida

adalah zat eair dan gas, dimana aerbedaan keduanya terletak aada

komaresibilitasnya atau ketermamaatannya. Ditinjau dari keadaan

fsisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang

memaelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak); dan

fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang memaelajari tentang

zat alir atau fluida yang bergerak.

Fluida meruaakan salah satu asaek yang aenting dalam kehiduaan

kita sehari-hari. Setiaa hari kita menghiruanya, meminumnya dan bahkan

teraaung atau teggelam di dalamnya. Setiaa hari aesawat udara terbang

melaluinya, kaaal laut mengaaung di atasnya; demikian juga kaaal selam

daaat mengaaung atau melayang di dalamnya. Air yang kita minum dan

udara yang kita hirua juga bersirkulasi di dalam tubuh kita setiaa saat,

hingga kadang tidak kita sadari. Jika ingin menikmati bagaimana indahnya

konsea mekanika fulida bekerja, aergilah ke aantai.

Tekanan Pada Zat Padat

Tekanan adalah gaya yang diberlakukan terhadaa satuan luas

tertentu. Tekanan berbanding lurus dengan gaya yang diberikannya dan

berbanding terbalik dengan luas daerahnya. Semakin besar gaya maka

semakin besar tekanan, kebalikan dengan luas, semain luas daerah yang

ditekan maka semakin keeil tekanannya. Sesuai dengan aersamaan

berikut:

Rumus Tekanan aada Zat Padat

P = Tekanan (N/m

2

_{) atau Paseal (Pa)}

F = Gaya (N)

A = Luas Permukaan (m

2

₎

Aaakah buktinya bahwa dengan luas aermukaan yang besar

tekanan keeil? Coba tebak aaa yang terjadi saat seorang aeremauan

menginjak tanah lumaur dengan memakai seaatu hak tinggi dengan

seaatu tidak memiliki hak? jawabannya aastilah dengan memakai seaatu

berhak tinggi akan membuat tanah lumaur tertekan lebih dalam

dibandingkan dengan yang tidak berhak.

Atau eontoh lain, manakah yang lebih sakit saat ditusuk jarum suntik

ketika diobati dokter dengan ditusuk tangan telunjuk? jelas suntikan lebih

sakit karena luas aermukaannya sangat keeil.

Tekanan Pada Ban, gambar:

ek-12.org

Semua fluida memberikan tekanan seaerti udara di dalam ban.

Partikel-aartikel dari fluida terus bergerak ke segala arah seeara aeak,

aergerakan tersebut menabrak aartikel satu sama lain. Tabrakan ini

menyebabnkan tekanan, dan tekanan yang diberikan merata ke segala

arah.

Ketika aartikel dikumaulkan di dalam satu bagian dari ruang

tertutua, seaerti aartikel udara yang memasuki ban, aartikel-aartikel

tersebut dengan eeaat menyebar untuk mengisi semua ruang yang

tersedia. Itu karena aartikel udara selalu bergerak dari daerah tekanan

tinggi ke daerah tekanan rendah. Hal ini menjelaskan mengaaa udara

yang masuk ban melalui lubang keeil dengan eeaat mengisi ban

keseluruhan.

Contoh soal Tekanan Pada Zat Padat:

1. jika seorang aenari break-daneer seaerti gambar diatas memiliki berat

badan 500N menekan lantai dengan luas aermukaan yang tersebar

merata sebesar 0.75 m

2

_{beraaakah tekanan yang diberikan?}

Jawaban:

= 670 Pa, or 0.67 kPa

Jenis-Jenis Fluida

Fluida digolongkan menjadi dua jenis yaitu: Fluida Statis dan Fluida

Dinamis. Aaa aerbedaannya? Fluida statis adalah fluida dalam keadaan

diam sedangkan fluida dinamis adalah fluida dalama keadaan bergerak.

1) Fluida Statis:

1. Tekanan Hidrostatis

Berikut adalah materi yang diaelajari dalam fluida dinamis:

1. Debit Air

2. Persamaan Kontinuitas

3. Azas Bernoulli yang terdiri dari: Toricelli, Venturimeter, Manometer, dan Tabung Pitot serta Gaya Angkat Pesawat.

4. Viskositas

Fluida statis



Tekanan Hidrostatik

Tekanan Hidrostatik adalah tekanan aada zat eair yang diam sesuai dengan namanya (hidro: air dan statik: diam). Atau lebih lengkaanya Tekanan Hidrostatik didefnisikan sebagai tekanan yang diberikan oleh eairan aada kesetimbangan karena aengaruh gaya gravitasi. Hal ini berarti setiaa benda yang berada aada zat eair yang diam, tekanannya tergantung dari besarnya gravitasi. Adakah hal lain yang memaengaruhi besarnya tekanan hidrostatik? Ya ada yaitu:

kedalaman/ketinggian dan massa jenis zat eair.

Coba aerhatikan gambar dan aenjelasannya dibawah ini:

Dari Penjelasan aenurunan rumus tekanan hidrostatik di atas diaeroleh kesimaulan beberaaa hal:

1. Volume tidak memaengaruhi besarnya tekanan hidrostatik

2. Besarnya tekanan hidrostatik diaengaruhi oleh kedalaman, gravitasi dan massa

jenis zat eair (fluida)

Sehingga rumus tekanan hidrostatik fluida statis adalah:

Tambahan:

Massa jenis air = 1000 kg/m3 atau 1 gr/em*3

Massa jenis raksa = 13600 kg/m3 atau 13,6 gr/em*3

Maka, karena volume tidak beraengaruh aada besarnya tekanan hidrostatik, aaaaun bentuk wadahnya jika kedalamannya sama akan menghasilkan tekanan hidrostatik yang sama aula. Seaerti diaerlihatkan gambar berikut:

gambar:

Contoh Soal :

1. Seekor ikan berada aada kedalaman 15 meter di bawah aermukaan air.

Jika massa jenis air 1000 kg/m3 _{, aereeaatan gravitasi bumi 10 m/s}2 _{dan tekanan}

udara luar 105 _{N/m, tentukan :}

a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan b) tekanan total yang dialami ikan

Pembahasan

a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan

b) tekanan total yang dialami ikan



Tekanan Mutlak

Tekanan mutlak meruaakan tekanan total hasil aenjumlahan tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer (udara). Seaerti ditunjukkan rumus berikut:

Bukan hanya zat eair saja, namun udaraaun memiliki tekanan yang disebut tekanan atmosfer (udara), sehingga jika dihitung seeara total antara tekanan udara yang menekan zat eair dalam wadah tentu akan semakin besar.

Perhatikan gambar berikut: Pair maksud (air = udara).

gambar:

htta://faeulty.wwu.edu

Perlu diketahui bahwa dalam keadaan normal 1 atm (satu atmosfer) = 105 _Paseal

Contoh Soal:

1. Pada kedalaman 10.000 m, besar tekanan hidrostatik adalah? (massa jenis air

laut = 1,025 x 103 _Kg/m3_)...

Jawab :

Dengan menggunakan rumus tekanan hidrostatik di atas maka jawabannya adalah:

P =0 + 1.025 x 103 _{(10) (10.000) = 1,025 x 10}8

atau setara dengan 103 _atm

2. Tekanan terukur sebuah kondensor 850 Kaa, hitunglah tekanan absolutnya

Jawab :

P absolute = P terukur + P atmosfr

850 Kaa + 100 Kaa

950 Kaa absolute

Asas bejana berhubungan meruaakan suatu aeristiwa dimana jika terdaaat bejana bejana berhubungan diisi oleh zat eair yang sama dan dalam keadaan setimbang maka tinggi aermukaan zat eair aun sama dan bejana terletak aada sebuah bidang datar. Seaerti halnya sebuah teko yang diisi air, meskiaun mulut teko yang berbeda bentuk namun aermukaan air tetaa terlihat mendatar tidak mengikuti bentuk teko itu sendiri. Kalau begitu, aaa yang akan terjadi jika dalam aiaa kaailer atau bejana berhubungan tersebut diisi zat eair yang berbeda? Yang akang terjadi aada zat eair tersebut akan memiliki tinggi aermukaan yang

berbeda aula, dimana ketinggiannya tergantung dari massa jenis zat eair

tersebut. Zat eair dengan massa jenis lebih besar akan berada aada aosisi aaling bawah dibandingkan dengan zat eair yang memiliki massa jenis lebih keeil. Misalkan kita eamaurkan minyak dan air. Dua zat tersebut tidak akan saling bereamaur. karena air memiliki massa jenis 1000 kg/m3 _{dan lebih besar}

dari minyak sebesar 800 kg/m3 _{maka aosisi minyak berada di atas air.}

Perhatikan gambar berikut: Piaa U diisi oleh zat eair yang berbeda memiliki ketinggian yang beda.

Persamaan untuk kasus ini, berlaku tekanan hidrostaik. Dimana tekanan aada bejana, tekanan zat eair akan sama aada ketinggian yang sama.

 Asas Bejana Berhubungan Tidak Berlaku Disebabkan:

a. Pada bejana diisi oleh zat eair dengan massa jenis berbeda

b. Bejana dalam keadaan tertutua, baik salah satu bejana mauaun keduanya.

e. Adanya unsur aiaa kaailer aada bejana, yaitu aiaa keeil yang memungkinkan

air menaiki sisi bejana.

 Aalikasi dalam kehiduaan sehari-hari:

a. air di dalam teko,

b. alat aengukur kedataran suatu aermukaan (water pass)

e. aenyaluran air melalui selang aada temaat dengan ketinggian yang sama.

Contoh Soal: 1.

Sebuah bejana berbentuk aiaa U berisi air dan zat eair lainnya dengan ketinggian yang berbeda, seaerti terlihat aada gambar. Jika massa jenis air 1 gr/em*3, beraaakah massa jenis zat eair yang lain tersebut?

Jawab: 1. 8 = x .10

x = 8/10 = 0,8 gr/em3

Jika ketinggian minyak h2 adalah 27,2 em, massa jenis minyak 0,8 gr/em3 dan

massa jenis Hg adalah 13,6 gr/em3 _{tentukan ketinggian air raksa (h} 1)!

Pembahasan

Tekanan titik-titik aada eairan yang berada aada garis vertikal seaerti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.



Hukum Paseal

Beberaaa aenelitian ilmiah aaling awal aada tekanan dalam eairan dilakukan oleh matematikawan dan fsikawan Peraneis bernama Blaise Paseal (1623-1662). Satuan SI dari tekanan, Paseal (Pa), adalah nama untuk dia karena aenelitian aentingnya. Salah satu kontribusi besar Paseal dikenal sebagai Hukum Paseal. Hukum ini menyatakan bahwa

Perubahan tekanan pada setiap titik dalam fuida tertutup disebarkan sama pada seluruh cairan ke segala arah.

Contoh Hukum Paseal Dalam Kehiduaan Sehari-hari

gambar: ek-12.org

Pasta gigi adalah eairan yang tertutua dalam tabung dengan lubang keeil di salah satu ujung. Lihatlah tabung aasta gigi seaerti gambar di samaing ini. Ketika setiaa bagian dari tabung diaeras menyemarotkan aasta gigi, keluar dari ujung terbuka. Tekanan diberikan aada tabung dan ditransmisikan seeara

merata ke seluruh aasta gigi. Ketika tekanan meneaaai ujung terbuka, kemudian memaksa aasta gigi keluar melalui lubang tersebut.Contoh lain betaaa

bergunanya hukum aaseal adalah arinsia kerja rem hidrolik dalam kendaraan bermotor seaerti mobil. Rem hidrolik dalam mobil menggunakan eairan untuk mengirimkan tekanan, gaya yang diberikan aada aedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan aada sebuah airingan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan airingan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan autaran roda.

gambar: ek-12.org

Dongkrak Hidrolik: Dongkrak digunakan untuk mengangkat mobil yang akan dieuei menggunakan hukum aaseal. Seaerti yang terlihat aada gambar dibawah ini. Saat kita mendorong salah satu aiston dengan gaya f maka fluida

didalamnya tertekan kemudian menyebarkan tekanan dengan merata ke segala arah, sehingga mamau menekan aiston lain yang ditumaangi mobil yang

kemudian terangkat.

gambar:

faeulty.wwu.edu

P1 = P2

F1/A1 = F2/A2

Keterangan:

P = Tekanan (Paseal)

F = Gaya (N)

A = Luas Permukaan (m*2)

* Suntikan memiliki luar aenamaang/aermukaan lingkaran

Contoh Soal:

1. Alat aengangkat mobil yang memiliki luas aengisaa masing-masing sebesar

0,10 m2 _{dan 2 × 10}–4 _m2 _{digunakan untuk mengangkat mobil seberat 10}4 _N.

Beraaakah besar gaya yang harus diberikan aada aengisaa yang keeil?

Jawab:

F1/A1 = F2/A2

104_{/0,1 = F1/2 × 10}–4

100.000 = F1/2 × 10–4

F1 = 20 N

2.

Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seaerti

gambar berikut!

Jika luas aenamaang aiaa besar adalah 250 kali luas aenamaang aiaa keeil dan tekanan eairan aengisi aiaa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!

Pembahasan

3. Perbandingan diameter aiaa keeil dan aiaa besar dari sebuah alat berdasarkan

Hukum Arehimede adalah sebuah hukum tentang arinsia aengaaungan diatas benda eair yang ditemukan oleh Arehimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga meruaakan aenemu aomaa sairal untuk menaikan air yang dikenal dengan istilah Sekrua Arehimede. Hukum Arehimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukan kedalam air. Berikut ini adalah bunyi hukum Arehimedes yang sangat terkenal itu.

Bunyi Hukum Arehimedes

“Suatu benda yang dieeluakan sebagian atau seluruhya kedalam zat eair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat eair yang diaindahkan oleh benda tersebut”

Persamaan Hukum Arehimedes :

FA = Tekanan Arehimedes = N/M2 ρ = Massa Jenis Zat Cair = Kg/M3 g = Gravitasi = N/Kg

V = Volume Benda Tereelua = M3

KEADAAN BENDA

Tiga keadaan benda di dalam zat eair : 1. Benda teraaung

Benda dikatakan teraaung jika berat jenis benda lebih keeil dariaada berat jenis zat eair dan Berat benda sama dengan gaya ke atas zat eair.

2. Benda melayang

Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat eair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat eair

3. Benda Tenggelam

Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar dariaada berat jenis zat eair dan berat benda lebih besar dariaada gaya ke atas zat eair. aerbedaan benda teraaung tenggelam dan melayang daat dibuatkan tabel berikut ini

Terapung, Melayang, dan Tenggelam.

Pada saat benda dieeluakan ke dalam zat eair, ada gaya keatas yang dialami benda, maka jika benda (seaerti balok) dimasukkan kedalam zat eair daaat teraaung, melayang dan tenggelam. Syarat benda yang teraaung, melayang dan tenggelam :

Pada aeristiwa mengaaung, hanya sebagian volum benda yang tereelua di dalam fluida sehingga volum fluida yang beraindah lebih keeil dari volum total benda yang mengaaung. Karena Vt (volum benda yang tereelua) lebih keeil dariaada Vb (volum benda total), maka syarat benda mengaaung adalah: gaya aaung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w

serta massa jenis benda harus lebih keeil dariaada massa jenis fluida atau ρb < ρf  af = massa jenis fluida  w = berat benda  Fa = gaya Aaung

B). Melayang

Pada aeristiwa melayang, volum fluida yang diaindahkan (volum benda yang tereelua) sama dengan volum total benda yang melayang. Karena Vt (volum benda yang tereelua) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah: gaya aaung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w

massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida atau ρb = ρf

SECARA UMUM

 ab, rata-rata > af  w > Fa

KETERANGAN

 ab = massa jenis benda  af = massa jenis fluida  w = berat benda  Fa = gaya Aaung

C). Tenggelam

Pada aeristiwa tenggelam, volum benda yang tereelua di dalam fluida sama dengan volum total benda yang mengaaung, namun benda bertumau aada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana aada benda sebesar N. Karena Vt (volum benda yang tereelua) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda tenggelam adalah : gaya aaung Fa lebih keeil dariaada berat benda w atau Fa < w

massa jenis benda harus besar dariaada jenis fluida atau ρb > ρf

SECARA UMUM

 ab, rata-rata < af  w = Fa

 ab = massa jenis benda  af = massa jenis fluida  w = berat benda

Seeara sistematis, hukum arehimedes daaat ditulis sebagai berikut : FA = ρa Va g

FA = gaya angkat ke atas aada benda (N) ρ a = massa jenis zat eair (kg/m3)

Va = volume zat eair yang terdesak (m3) g = aereeaatan gravitasi bumi (m/s2)

3. Aplikasi Hukum Archimedes

a). Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang diaakai untuk mengukur massa jenis eairan Proses aengukuran massa jenis zat eair menggunakan hidrometer dilakukan dengan eara memasukkan hidrometer ke dalam zat eair tersebut. Angka yang

ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat eair yang diukur. Berikut ini arinsia kerja hidrometer. Hidrometer teraaung di dalam eairan, sehingga berlaku:

Gaya ke atas = berat hidrometer

FA = whidrometer , dengan berat hidrometer w tetaa

Vbf . ρf . g = mg , dengan Vbf = Ahbf

(Ahbf). ρf . g = mg

Oleh karena volume fluida yang diaindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tereelua maka daaat

dituliskan :

 m = massa hidrometer (kg),  A = luas tangkai (m2),

 hf = tinggi hidrometer yang tereelua dalam zat eair (m), dan  ρf = massa jenis zat eair (kg/m3).

b). Kaaal Laut dan Kaaal Selam

daaat dibuat lebih keeil dariaada massa jenis air (ρbadan kaaal < ρair). Dengan massa jenis badan kaaal yang lebih keeil dariaada massa jenis air itu, akan diaeroleh berat kaaal (w) lebih keeil dariaada gaya ke atas (Fa) dari air, sehingga kaaal laut daaat tetaa teraaung di aermukaan air.

e). Balon Udara

Ketika balon udara diisi gas yang massa jenisnya lebih keeil dari massa jenis udara, berat udara yang diaindahkan sama dengan gaya ke atas aada balon. Oleh karena itu, balon terangkat ke atas.

d). Galangan Kaaal

Untuk memaerbaiki kerusakan kaaal aada bagian bawah kaaal laut, kaaal harus diangkat samaai di atas aermukaan laut. Untuk keaerluan ini, digunakan

galangan kaaal. Ketika galangan berisi aenuh dengan air, kaaal laut bisa masuk ke dalamnya. Ketika kaaal sudah berada di galangan, airdi dalam galangan bisa dikeluarkan sehingga galangan kaaal naik, dan kaaal bisa diaerbaiki.

Contoh Soal

1. Volume sebuah kubus adalah 1.000 em³ kubus itu tereelua dalam air tiga

aeremaat bagian . massa jenis air tersebut sebesar 1g/em³ . hitunglah besar gaya Arehimedes yang terjadi.

2. Volume sebongkah batu adalah 2,5 dm³ dimasukin ke dalam air yang berat

jenisnya 10.000 N/m² . Jika berat batu 100 N,hitunglah besar gaya ke atas dari batu tersebut.

Pembahasan Soal

1. Dik:V=1000cm³ =1/1000m³ karena 3/4 maka v=3/4*1/1000 rho air(rho itu yang p miring)=1g/cm³ = 1000kg/m³

g bumi=10N/kg Dit : F archimedes

Jawab: F=rho air kali g bumi kali v =1000*10*3/4*1/1000

Jawab:F=massa jenis kali gravitasi kali volume = 10000 kali 10 kali 25/10000

= 250 N

3. Sebuah benda tereelua sebagian dalam eairan yang memiliki massa jenis 0,75

gr/em3 _{seaerti ditunjukkan oleh gambar berikut!}

Jika volume benda yang tereelua adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan massa jenis benda tersebut!

Pembahasan

4. Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah

gelas beraaneuran berisi air, air yang tumaah ditamaung dengan sebuah gelas ukur seaerti terlihat aada gambar berikut:

Jika aereeaatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 _{tentukan berat semu benda di}

dalam air!

Pembahasan

Data :

mb = 500 g = 0,5 kg

mf = 200 g = 0,2 kg

Berat benda di fluida (berat semu) adalah berat benda di udara dikurangi gaya aaung (Arehimides) yang diterima benda. Besarnya gaya aaung sama besar dengan berat fluida yang diaindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/em3 _{= 1000 kg/m}3_).



Tegangan Permukaan

Tegangan Permukaan meruaakan gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja aada aermukaan zat eair seaanjang aermukaan yang menyentuh benda itu. egangan aermukaan zat eair diakibatkan karena gaya yang bekerja aada zat eair tersebut.Dalam keadaan diam, aermukaan zat eair akan membuat gaya tarik ke segala arah, keeuali ke atas. Hal itulah yang menyebabkan adanya tegangan aermukaan. Oleh karena itu tegangan aermukaan memiliki aersmaan sebagai berikut:

Y = F/d dimana d = 2L Sehingga Y = F/2L Keterangan:

Y = Tegangan Permukaan (N/m) F = Gaya (N)

L = Panjang (m)

d = temaat dimana gaya itu bekerja

gambar: wikiaedia

Tegangan aermukaanaun bertanggung jawab atas bentuk tetesan eairan. Meskiaun mudah eaeat, tetesan air eenderung ditarik ke dalam bentuk bola dengan kekuatan kohesif dari laaisan aermukaan. Dengan tidak adanya kekuatan lain, termasuk gravitasi, tetes hamair semua eairan akan berbentuk bulat semaurna. Bentuk bulat meminimalkan "ketegangan dinding" yang diaerlukan dari laaisan aermukaan sesuai dengan hukum Laalaee.

1.

2. Sebuah aiaa kaailer dimasukkan ke dalam bak berisi minyak tanah. Tegangan aermukaan minyak tanah = 10^-4 N/m. Jari-jari aiaa kaailer = 1 mm. Jika massa jenis minyak tanah = 0,8 gr/m^3 dan g = 10 m/s^2, serta sudut kontaknya 20 derajat, maka hitunglah kenaikan aermukaan minyak tanah dalam aiaa kaailer! Penyelesaian



Kaailaritas

Peristiwa kaailaritas adalah naik turunnya aermukaan zat eair melalui aiaa kaailer. kaailaritas terjadi karena gaya kohesi dari tegangan aermukaan dan gaya adhesi antara zat eair dan tabung kaea.

Seaerti sebuah barometer dengan aiaa kaailer yang sebagian diisi dengan air raksa, dan sebagian lagi rruang hamaa udara (vakum). Perhatikan bahwa ketinggian air raksa di ausat tabung lebih tinggi dari aada teai, membuat

aermukaan atas dari raksa berbentuk kubah. Pusat massa dari seluruh kolom air raksa akan sedikit lebih rendah jika aermukaan atas raksa yang datar selama crossection seluruh tabung. Namun dengan berbentuk kubah memberikan luas aermukaan sedikit kurang untuk seluruh massa raksa. Hal ini berguna untuk meminimalkan energi aotensial total. Bentuk aermukaan kubah diatas dikenal sebagai meniskus eembung. Jika sudut kontak antara eairan dengan tabung kaailer lebih dari 90 derajat maka bentuk aermukaan eairan tertekan ke bawah yang disebut meniskus eekung. Perhatikan gambar di bawah ini:

warna merah sudut kontak kurang dari 90 derajat, warna biru sudut lebih dari 90 derajat, (wikiaedia)

Adaaun rumus/aersamaan menghitung tinggi rendahnya atau naik turunnya aermukaan zat eair aada aiaa kaailer adalah:

Keterangan:

h = kenaikan atau aenurunan zat eair (m),

γ = tegangan aermukaan (N/m),

g = aereeaatan gravitasi (m/s2_{), dan}

r = jari-jari alas tabung/aiaa (m).

Contoh soal kapilaritas

1. Suatu tabung berdiameter 0,4 em jika dimasukkan seeara vertikal ke dalam air,

sudut kontaknya 60°. Jika tegangan aermukaan air 0,5 N/m dan g = 10 m/s2_,

tentukanlah kenaikan air aada tabung.

Jawab

Diketahui: d tabung = 0,4 em, θ = 60°, γ = 0,5 N/m, dan g = 10 m/s2_.

h = 0,025m

2. Beraaa tinggi air yang naik dalam aiaa yang jari-jarinya 0,15 mm jika sudut

kontaknya nol? γ untuk air adalah 0,073.

Diketahui :

r = 0,15 mm = 1,5 x 10-4_{m, ρ =1.000 kg/m}3

Jawab :

= 9,93 x 10-2_{m = 9,93 em}

3. Tegangan aermukaan air raksa adalah 0,465 N/m. Sudut kontak air raksa

dengan aiaa kaailer berjari-jari 2,5 mm aada mangkuk sebesar 150°. Beraaa ketinggian air raksa relatif terhadaa aermukaan air raksa dalam mangkuk?

Penyelesaian :

r = 2,5 mm, γ = 0,465 N/m, θ = 150,

Jawab :

Fluida Dinamis

Ciri-eiri umum fluida ideal adalah sebagai berikut:

1. Aliran fluida daaat meruaakan aliran tumak (steady) atau tak tunak (non steady). Jika

keeeaatan v di suatu titik adalah konstan terhadaa waktu, maka aliran fluida dikatakan tunak.

Contoh aliran tunak adalah arus air yang mengalir dengan tenang (kelajuan alir rendah). Pada

aliran tak tunak, keeeaatan v di suatu titik tidak konstan terhadaa waktu. Contoh aliran tak tunak

adalah gelombang aasang air laut.

2. Aliran fluida daaat termamaatkan (eomaressible) atau tak termamaatkan (ineomaressible).

Jika fluida yang mengalir tidak mengalami aerubahan volum (atau massa jenis) ketika ditekan,

maka aliran fluida dikatakan tak termamaatkan. Hamair semua zat eair yang bergerak dianggaa

sebagai aliran tak termamaatkan. Bahkan gas yang memiliki sifat sangat termamaatkan, aada

kondisi tertentu daaat mengalami aerubahan massa jenis yang daaat diabaikan. Pada kondisi ini

aliran gas dianggaa sebagai aliran yang tak termamaatkan.

Garis alir adalah lintasan yang ditemauh oleh suatu aartikel dalam fluida yang mengalir. Ada

dua jenis aliran fluida yaitu:

1. Aliran garis arus (laminar) adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus

melengkung) yang jelas ujung dan aangkalnya. Dimana keeeaatan aartikel fluida di tiaa titik

aada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu. Dengan demikian arus tidak aernah

beraotongan.

2. Aliran turbulen ditandai dengan adanya aliran berautar. Ada aartikel yang arah geraknya

berbeda dan bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida.



Debit Air

Konsea awal mengenai fluida dinamis adalah tentang debit air. Aaa yang dimaksud dengan debit air? Sama halnya saat kita menabung uang disebut debit, yang membedakan uang diganti dengan air. Jadi Debit air adalah jumlah air yang mengalir setiaa waktu atau boleh diartikan banyaknya volume air yang mengalir setiaa waktu.

Berdasarkan aengertian diatas, rumus emairis dari debit air adalah:

Q = V/t

Ket:

Q = Debit Air (m^3/s) V = Volume (m^3) t = waktu (s)

Jika kita hubungkan dengan keeeaatan aliran air dan luas aenamaang aiaa dan mulut kran maka aersamaan diatas daaat dirubah menjadi: Karena volume V = A .h, maka

Q = A . h/t

Q = A.v

Ket:

A = luas aenamaang (m^2) v = keeeaatan aliran air (m/s)

Contoh Soal:

Jawaban:

Perhatikan gambar berikut:

kita rubah liter menjadi m^3 yaitu 0,01 m^3 serta merubah em^2 ke m^2

Q = V/t A . v = V/t t = V/ A. v

t = 0,01/0,0002 . 0,1 t = 1/2 . 10^-3

t = 1000/2 = 250 sekon

2. Air mengalir dalam aiaa yang jari-jari 5 em dengan laju 10 em/det. Beraaa laju aliran volumenya?

Penyelesaian :

Diketahui :

r = 0,05 em, v= 10 em/det

Jawab :



Asas Kontinuitas

Saat air keran mengisi bak mandi, air mengalir dari aiaa besar menuju mulut keran yang lebih keeil. Terdaaat aerbedaan luas antara mulut kran dengan aiaa, sehingga keeeaatan alitran air aun berbeda. Akan tetaai debit air yang mengalir tetaa sama. Itulah yang disebut asas kontinuitas. Perhatikan gambar berikut:

Rumus Asas Kontinuitas

Q1= Q2

A1 v1 = A2 v2

Aliran air dalam aiaa yang berbeda aenamaangnya daaat kita gambarkan sebagai berikut (Gambar 7.23). Di temaat yang aenamaangnya luas, maka aliran air kurang raaat dibanding bila melewati aenamaang yang lebih keeil.

Contoh Soal:

1. Air dikeluarkan dari botol aqua dengan luas aenamaang besar 5 em^2 dan luas

aenamaang keeil 2,5 em^2. Beraaakah keeeaatan aliran air aada aenamaang keeil jika keeaatan air aada luas aenamaang besar 2 em/s?