Fluida Statis
Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Fluida Statis, Materi Fisika kelas 2 SMA. Cakupan : tekanan hidrostatis, tekanan total, penggunaan hukum Pascal, bejana berhubungan,
viskositas, kecepatan terminal dan hukum Archimedes. Soal No. 1
Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.
Jika massa jenis air 1000 kg/m3 , percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 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
Soal No. 2
Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!
Pembahasan
Hukum Pascal Data :
F1 = F
F2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 N A1 : A2 = 1 : 250
Soal No. 3
Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat beban.
Jika jari-jari pada pipa kecil adalah 2 cm dan jari-jari pipa besar adalah 18 cm, tentukan besar gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat beban 81 kg !
Pembahasan Data: m = 250 kg r1 = 2 cm r2 = 18 cm w = mg = 810 N F =….
Jika diketahui jari-jari (r) atau diameter (D) pipa gunakan rumus:
Soal No. 4
Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!
Jika ketinggian minyak h2 adalah 27,2 cm, massa jenis minyak 0,8 gr/cm3 dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm3 tentukan ketinggian air raksa (h1)!
Pembahasan
Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.
Soal No. 5
Sebuah benda tercelup sebagian dalam cairan yang memiliki massa jenis 0,75 gr/cm3 seperti ditunjukkan oleh gambar berikut!
Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja pada benda diatas adalah gaya berat yang berarah ke bawah dan gaya apung / gaya Archimides dengan arah ke atas. Kedua gaya dalam kondisi seimbang.
Soal No. 6
Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas ukur seperti terlihat pada gambar berikut:
Jika percepatan 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 apung (Archimides) yang diterima benda. Besarnya gaya apung sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3).
Soal No. 7
Perbandingan diameter pipa kecil dan pipa besar dari sebuah alat berdasarkan hukum Pascal adalah 1 : 25. Jika alat hendak dipergunakan untuk mengangkat beban seberat 12000 Newton, tentukan besar gaya yang harus diberikan pada pipa kecil!
Pembahasan
D1 = 1 D2 = 25 F2 = 12000 N
Soal No. 8
Sebuah pipa U diisi dengan 3 buah zat cair berbeda hingga seperti gambar berikut
Jika ρ1, ρ2 dan ρ3 berturut-turut adalah massa jenis zat cair 1, 2 dan 3 dan h1, h2, h3 adalah tinggi masing-masing zat cair seperti nampak pada gambar di atas, tentukan persamaan untuk menentukan massa jenis zat cair 1.
Pembahasan PA = PB P1 = P2 + P3 ρ1 g h1 = ρ2 g h2 + ρ3 g h3 dengan demikian ρ1 h1 = ρ2 h2 + ρ3 h3 Sehingga ρ1 = (ρ2 h2 + ρ3 h3) : h1 Soal No. 9
Sebuah pipa U diisi dengan 4 buah zat cair berbeda hingga seperti gambar. Tentukan persamaan untuk menentukan besarnya massa jenis zat cair 1
Pembahasan
PA = PB
P1 + P4 = P2 + P3
ρ1 g h1 + ρ4 g h4 = ρ2 g h2 + ρ3 g h3 g bisa dicoret sehingga didapatkan ρ1 h1 + ρ4 h4 = ρ2 h2 + ρ3 h3
ρ1 h1 = ρ2 h2 + ρ3 h3 - ρ4 h4 Sehingga
ρ1 = ( ρ2 h2 + ρ3 h3 - ρ4 h4) : h1 Soal No. 10
Sebuah benda berbentuk balok berada pada bejana yang berisikan air dan minyak. 50% dari volum balok berada di dalam air, 30% berada dalam minyak seperti terlihat pada gambar berikut.
Tentukan massa jenis balok tersebut
Diketahui massa jenis air adalah 1 g/cm3 dan massa jenis minyak 0,8 g/cm3
Pembahasan
Berat benda w = mg
Karena massa benda belum diketahui, masukkan m = ρ vB sehingga w = ρ v g dengan vB adalah volum balok.
Gaya ke atas yang bekerja pada balok oleh air Fair = ρa va g
dengan va adalah volume air yang dipindahkan atau didesak oleh balok (50%v = 0,5 vB). Gaya ke atas yang bekerja pada balok oleh minyak
Fm = ρm vm g
dengan vm adalah volume minyak yang dipindahkan atau didesak oleh balok (30% vB = 0,3 vB). Gaya yang arahnya ke atas sama dengan gaya yang arahnya ke bawah:
Soal No. 11
Jika jari-jari pipa kapiler adalah 0,8 mm, tegangan permukaan air 0,072 N/m dan cos θ = 0,55 tentukan tentukan ketinggian air dalam pipa kapiler! (g = 10 m/s2, ρair= 1000 kg/m3)
Pembahasan Data soal: r = 0,8 mm = 0,8 × 10−3 m cos θ = 0,55 γ = 0,072 N/m g = 10 m/s2 ρair = 1000 kg/m3 h = ....
Rumus kenaikan zat cair pada suatu pipa kapiler
Masuk datanya
Soal No. 12
Sebuah pipa vertikal terpasang di dalamnya sebuah pegas dan sebuah penampang lingkaran dari karet berjari-jari 10 cm seperti terlihat pada gambar berikut.
Suatu zat cair dengan massa jenis 800 kg/m3 kemudian dimasukkan ke dalam pipa hingga setinggi 35 cm. Pegas tertekan ke bawah hingga posisinya setinggi h. Jika konstanta pegas adalah 200 N/m dan percepatan gravitasi 10 m/s2 tentukan nilai h!
Pembahasan
Tentukan dulu perubahan panjang pegas akibat diisinya pipa dengan cairan: Gaya dari pegas = Gaya dari zat cair
Dengan demikian h = 50 cm − 44 cm = 6 cm Soal No. 13
Sebuah kelereng dengan jari-jari 0,5 cm jatuh ke dalam bak berisi oli yang memiliki koefisien viskositas 110 × 10−3 N.s/m2. Tentukan besar gesekan yang dialami kelereng jika bergerak dengan kelajuan 5 m/s!
Pembahasan Data: r = 0,5 cm = 5 × 10−3 m η = 110 × 10−3 N.s/m2 ν = 5 m/s Ff =...
Benda yang bergerak dalam fluida akan mengalami gesekan. Besar gesekan yang terjadi jika benda bentuknya BOLA dirumuskan:
dimana
Ff = gaya gesekan di dalam fluida η = koefisien viskositas fluida r = jari-jari benda
ν = kecepatan gerak benda sehingga besarnya gesekan
Soal No. 14
Sebuah gotri yang berjari-jari 5,5 × 10−3 m terjatuh ke dalam oli yang memiliki massa jenis 800 kg/m3 dan koefisien viskositasnya 110 × 10−3 N.s/m2. Jika massa jenis gotri 2700 kg/m3, tentukan kecepatan terbesar yang dapat dicapai gotri dalam fluida!
Pembahasan
Data:
Bendanya gotri, berbentuk bola. r = 5,5 × 10−3 ρb = 2700 kg/m3 Fluidanya oli. ρf = 800 kg/m3 η = 110 × 10−3 N.s/m2 νT =...?
Kecepatan terbesar yang dicapai gotri dalam fluida dinamakan kecepatan terminal atau νT. Rumus kecepatan terminal untuk benda berbentuk bola:
sehingga:
Soal No. 15
Sebuah balok yang memiliki massa 4 kg dan volume 5 × 10−4 m3 berada di dalam air digantung menggunakan sebuah pegas seperti gambar berikut.
Jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan konstanta pegasnya 140 N/m maka pertambahan panjang pegas ditinjau dari saat pegas tanpa beban adalah....
A. 15 cm B. 20 cm C. 25 cm D. 30 cm E. 35 cm Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja pada balok yaitu gaya berat balok w = mbg arahnya ke bawah, gaya angkat yang berasal dari air Fa = ρagVa arahnya ke atas, dan gaya pegas Fp = kΔx arahnya ke atas. Ketiganya dalam kondisi seimbang.
Karena seluruh balok berada di dalam air, maka volume air yang dipindahkan sama dengan volume balok. Dengan massa jenis air ρa =1000 kg/m3 dan g = 10 m/s2diperoleh hasil:
Soal No. 16
Sebuah pipa U yang diisi minyak dan air dalam keadaan stabil tampak seperti gambar.
Massa jenis air = 1000 kg.m– 3, dan massa jenis minyak 800 kg.m– 3, maka perbedaan ketinggian (Δ h) adalah….. A. 8 cm B. 6 cm C. 5 cm D. 4 cm E. 2 cm Pembahasan
Tekanan hidrostatis di titik A sama dengan tekanan hidrostatis di titik B. Cari ketinggian air, kemudian selisihnya dengan tinggi minyak:
10 soal dan pembahasan fisika kelas 10 tentang
fluida statis
Soal No. 1
Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari sebuah kran seperti gambar berikut!
Jika luas penampang kran dengan diameter D2 adalah 2 cm2 dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s tentukan:
a) Debit air
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember Pembahasan
Data :
A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2 v2 = 10 m/s
a) Debit air
Q = A2v2 = (2 x 10−4)(10) Q = 2 x 10−3 m3/s
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember Data : V = 20 liter = 20 x 10−3 m3 Q = 2 x 10−3 m3/s t = V / Q t = ( 20 x 10−3 m3)/(2 x 10−3 m3/s ) t = 10 sekon Soal No. 2
Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m2 , luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!
Pembahasan Persamaan kontinuitas A1v1 = A2v2 (5)(15) = (2) v2 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 cm2 dan luas penampang pipa kecil adalah 3 cm2 serta perbedaan ketinggian air pada dua pipa vertikal adalah 20 cm tentukan :
a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil Pembahasan
Rumus kecepatan fluida memasuki pipa venturimetar pada soal di atas v1 = A2√ [(2gh) : (A12 − A22) ]
a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar
v1 = A2√ [(2gh) : (A12 − A22) ] v1 = (3) √ [ (2 x 10 x 0,2) : (52 − 32) ] v1 = 3 √ [ (4) : (16) ] v1 = 1,5 m/sTips :
Satuan A biarkan dalam cm2 , g dan h harus dalam m/s2 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 A1v1 = A2v2
(3 / 2)(5) = (v2)(3) v2 = 2,5 m/s Soal No. 5
Pada gambar di bawah air mengalir melewati pipa venturimeter.
Jika luas penampang A1 dan A2 masing-masing 5 cm2 dan 4 cm2 maka kecepatan air memasuki pipa venturimeter adalah…. 3 m/s B. 4 m/s C. 5 m/s D. 9 m/s E. 25 m/s Pembahasan
Seperti soal sebelumnya, silakan dicoba, jawabannya 4 m/s. Soal No. 6
Pipa untuk menyalurkan air menempel pada sebuah dinding rumah seperti terlihat pada gambar berikut! Perbandingan luas penampang pipa besar dan pipa kecil adalah 4 : 1.
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 105 Pa. Tentukan :
a) Kecepatan air pada pipa kecil b) Selisih tekanan pada kedua pipa
c) Tekanan pada pipa kecil (Ï air = 1000 kg/m3) Pembahasan Data : h1 = 5 m h2 = 1 m v1 = 36 km/jam = 10 m/s P1 = 9,1 x 105 Pa A1 : A2 = 4 : 1
a) Kecepatan air pada pipa kecil Persamaan Kontinuitas :
A1v1 = A2v2 (4)(10) = (1) (v2) v2 = 40 m/s
b) Selisih tekanan pada kedua pipa Dari Persamaan Bernoulli :
P1 + 1/2 Ï v12 + Ï gh1 = P2 + 1/2 Ï v22 + Ï gh2
P1 − P2 = 1/2 Ï (v22 − v12) + Ï g(h2 − h1)
P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5) P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000 P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa
c) Tekanan pada pipa kecil P1 − P2 = 7,1 x 105 9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105 P2 = 2,0 x 105 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
B. 4,4 cm/s C. 2,25 cm/s D. 0,44 cm/s E. 0,225 cm/s
(Soal UAN Fisika 2004) Pembahasan
Rumus menentukan kecepatan diketahui diameter pipa Dari persamaan kontinuitas
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: D1 = 12 cm D2 = 8 cm v1 = 10 cm/s v2 = …….. Soal No. 8 Perhatikan gambar!
Jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil, kecepatan aliran fluida pada pipa kecil adalah…. A. 1 m.s−1 B. 4 m.s−1 C. 8 m.s−1 D. 16 m.s−1 E. 20 m.s−1
(UN Fisika SMA 2012 A86) Pembahasan Persamaan kontinuitas Data soal: V1 = 4 D1 = 2 D2 = 1 V2 =…? Soal No. 9
Sebuah pesawat dilengkapi dengan dua buah sayap masing-masing seluas 40 m2. 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/m3!
Pembahasan
Gaya angkat pada sayap pesawat: dimana:
A = luas total penampang sayap
Ï = massa jenis udara
νa = kelajuan aliran udara di atas sayap νb = kelajuan aliran udara di bawah sayap F = gaya angkat pada kedua sayap
Data soal:
Luas total kedua sayap A = 2 x 40 = 80 m2
Kecepatan udara di atas dan di bawah sayap: νa = 250 m/s
νb = 200 m/s Massa jenis udara
Ï = 1,2 kg/m3
F =….. Soal No. 10
Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui sebesar 1100 kN.
Pesawat tersebut memiliki luas penampang sayap sebesar 80 m2. Jika kecepatan aliran udara di bawah sayap adalah 250 m/s dan massa jenis udara luar adalah 1,0 kg/m3 tentukan kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat!
Pembahasan Data soal: A = 80 m2 νb = 250 m/s Ï = 1,0 kg/m3 F = 1100 kN = 1100 000 N νa =……
oal Fluida Statis adalah kumpulan beberapa soal yang menyangkut konsep
dasar dari fluida statis.
Soal fluida statis
meliputi sub topik: tekanan
hidrostatis, hukum Pascal dan hukum Archimedes.
Fluida statis dipelajari di
SMA kelas X pada semester 1 ( Kurikulum 2013).
Soal Fluida Statis untuk persiapan UH, US, UN dan SBMPTN
Soal No 1
Sebuah kolam renang dalamnya 5,2 m berisi penuh air. Jika massa jenis air 1
gr/cm
3dan percepatan gravitasi g = 10 m/s
2, maka tekanan hidrostatis suatu
titik yang berada 40 cm di atas dasar bak adalah...
a.3,5 kPa
b.4,0 kPa
c.5,6 kPa
d.48 kPa
e.52 kPa
Pembahasan:
Tekanan Hidrostatis Ph = ρ g h
Dengan
h = (5,2 – 0,4) = 4,8 m
ρ = 1 gr/cm
3= 1000 kg/m
3Ph = 1000. 10. 4,8
Ph = 48.000 N/m
2= 48.000 Pa = 48 kPa
Soal No 2
Pada bejana U terdapat air dan minyak yang ditunjukan oleh gambar.
Prediksi Soal UN Fisika tentang Fluida
Jika massa jenis air 1 gr/cm
3,maka massa jenis minyak adalah...gr/cm
3a.1,67
b.1,6
c.0,75
d.0,6
e.0,4
Pembahasan:
Ph (1) = Ph (2)
ρair g h1 = ρm g h2 1.10. 6 = ρm 10. 8 ρm = 0,75gr/cm3 Soal No 3Sebuah Dongkrak Hidrolik dengan sebuah beban
Jika sebuah dongkrak hidrolik memiliki luas penampang A
1400 cm
2dan luas
penampang A
21000 cm
2. Jika berat benda adalah 120 N, maka gaya F yang
dibutuhkan adalah...
a.12 N
b.24 N
c.48 N
d.60 N
e.100 N
Pembahasan:
Soal No 4Gaya apung yang bekerja pada suatu benda dalam fluida adalah
1). sebanding dengan kerapatan zat cair
2). sebanding dengan kerapatan benda
3). sebanding dengan volume benda yang masuk pada zat cair
4). sebanding dengan massa benda
Dari empat pernyataan di atas yang benar adalah
a. 1, 2, 3
b. 1 dan 3
c. 2 dan 4
d. 4 saja
e. 1,2,3,4
Pembahasan:
FA=
ρ
f. V
c. g
F
A= Gaya Apung (Gaya Archimedes)
ρ
f= Kerapatan zat cair/ massa jenis zat cair
V
c= Volume benda yang tercelup (masuk) ke dalam air
Jadi, dari pilihan jawaban yang benar ada pada 1 dan 3.
Soal No 5
Sebuah benda di udara beratnya 100 N, volume benda adalah 2000 cm
3. Jika
massa jenis minyak 0,8 gr/ cm
3dan g = 10 m/s
2, maka berat benda itu dalam
minyak adalah... N
a.16 b.64 c.80 d. 84 e.100
Pembahasan:
Berat dalam fluida (berat semu)
Wf = Wu - Fa
Fa = ρf Vc g = 800. 10. 2. 10-3 = 16 N
Wf = Wu - Fa
Wf = 100 - 16 = 84 N
Soal No 6
Apakah hukum Archimedes dapat digunakan untuk benda yang sedang jatuh bebas?
Pembahasan:
Tidak. Karena benda yang jatuh bebas akan kehilangan seluruh beratnya. Resultan
gaya antara gaya berat benda dan gaya ke atas menjadi nol. Hal ini menyebabkan
hukum Archimedes tidak berarti.
Soal No 7
Perhatikan peralatan berikut!
1. Dongkrak hidrolik
2. Balon Udara
3. Pompa hidrolik
4. Kapal Selam
Penerapan hukum Pascal dalam kehidupan sehari-hari adalah...
a. 1, 2, 3
b. 1 dan 3
c. 2 dan 4
d. 4 saja
e. Semua benar
Pembahasan:
pompa hidrolik.
Soal No 8 (Soal Fluida Statis, SPMB 2006)
Sebuah pompa air dengan luas penampang pipa sebesar 75 cm
2ingin digunakan
untuk memompa air dari kedalaman 8 m (perhatikan gambar).
Jika percepatan gravitasi 10 m/
s
2dan pada saat memompa timbul gaya gesekan pada
penghisap sebesar 20 N sedangkan gesekan-gesekan lain diabaikan, maka gaya
minimum yang diperlukan untuk memompa adalah...
a. 124 N
b. 120 N
c. 116 N
d. 100 N
e. 40 N
Pembahasan
Diketahui:
Gaya gesek f = 20 N
Luas penampang pipa A = 75 cm
2g = 10 m/s
2p air = 1000 kg/m
3Ditanya: F?
Jawab:
Ringkasan materi dan Pembahasan soal UN tentang
fluida statis dan dinamis
Ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang fluida ini mencakup fluida statis dan fluida dinamis. Bahasan fluida statis meliputi tekanan hidrostatis, prinsip Pascal dan hukum Archimedes,. Pada bahasanfluida dinamis meliputi persamaan kontinuitas, asas Bernoulli dan venturimeter. Ringkasan ini dilengkapi dengan soal-soal latihan untuk mengukur tingkap pemahaan sehingga pas buat menghadapi ujian nasional, ulangan harian atau ujian lainnya. Soal-soal yang diambil adalah soal-soal ujian nasional dari berbagai tahun agar bervariasi. Berikut ini pembahasan soal UN mengenai fluida statis dan fluida dinamis.
FLUIDA STATIS
Tekanan
Tekanan adalah salah satu besaran fisika yang menyatakan gaya persatuan luas permukaan.
Keterangan:
P = tekanan (N/m2 atau Pascal).
F = gaya (N).
A = luas permukaan (m2).
Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang terjadi didalam zat cair.
Keterangan:
P = tekanan hidostatis (Pa). ρ = massa jenis zat cair (kg/m3).
g = percepatan gravitasi (10 m/s2).
h = kedalaman (m).
Prinsip Pascal
Jika suatu zat cair dikenakan tekanan maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya.
Keterangan:
F1 = gaya pada pipa 1 (N).
F2 = gaya pada pipa 2 (N).
A1 = luas penampang 1 (m2).
A2 = luas penampang 2 (m2).
Hukum Archimedes
Sebuah benda yang sebagian atau keseluruhan dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan zat benda
tersebut.
Keterangan:
FA = gaya ke atas atau gaya apung (N).
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3).
g = percepatan gravitasi (m/s2).
V = volume benda tercelup (m3).
Benda yang tercelup ke dalam zat cair.
Gambar diatas menunjukkan gaya-gaya yang bekerja pada benda yang tercelup sebagian ke dalam zat cair. Untuk keadaan seperti gambar berlaku:
Atau,
Keterangan:
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
ρb = massa jenis benda (kg/m3).
V = volume benda tercelup (m3).
Vb = volume benda (m3).
FLUIDA DINAMIS
Persamaan Kontinuitas
Keterangan:
A1 = luas penampang pipa 1 (m2).
A2 = luas penampang pipa 2 (m2).
v1 = laju fluida pipa 1 (m/s).
v2 = laju fluida pipa 2 (m/s).
Penerapan Asas Bernoulli
1) Kecepatan zat cair yang keluar dari wadah yang bocor.
dan
Keterangan:
v = laju zat cair yang keluar dari lubang bocor (m/s). h1 = jarak lubang ke permukaan zat cair (m).
h2 = jarak lubang ke dasar zat cair (m). x = jarak pancaran.
CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN
Nomor 1 (UN 2013)
Sebuah bak penampungan berisi air setinggi 1 meter (g = 10 m/s2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran (lihat gambar).
Kelajuan air yang keluar dari lubang tersebut adalah...A. 1 m/s B. 2 m/s C. 4 m/s D. 8 m/s E. 10 m/s Pembahasan v = √2gh = √ 2 . 10 m/s2 . (1 - 0,2) m v = √ 20 m/s2 . 0,8 m = √ 16 m2/s2 v = 4 m/s Jawaban: C Nomor 2 (UN 2013) Perhatikan alat-alat berikut: 1) gaya angkat pesawat 2) semprotan obat nyamuk
3) kapal laut tidak tenggelam di laut 4) pengukuran suhu dengan termometer
Yang berkaitan dengan penerapan asas Bernoulli adalah.... A. 1, 2, 3, dan 4
B. 1, 2, dan 3 C. 1 dan 2
D. 3 dan 4 E. 4 saja
Jawaban: C
Nomor 3 (UN 2012)
Sayap pesawat terbang dirancang dirancang agar memiliki gaya ke atas maksimal seperti gambar.
Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P tekanan udara, maka sesuai asas Bernoulli rangcangan tersebut dibuat agar...
A. vA > vB sehingga PA > PB B. vA > vB sehingga PA < PB C. vA < vB sehingga PA > PB D. vA < vB sehingga PA < PB E. vA < vB sehingga PA = PB Pembahasan
Tekanan berbanding terbalik dengan kecepatan fluida. Sehingga jika kecepatan fluida besar maka tekanan kecil dan sebaliknya.
Jawaban: B
Nomor 4
Perhatikan gambar di bawah!
Kaki kanan diisi dengan raksa (massa jenis 13,6 gr/cm3). Kaki kiri diisi dengan zat cair yang tidak tercampur dengan raksa. Masssa jenis cairan tersebut adalah...
A. 11,7 gr/cm3 B. 9,4 gr/cm3 C. 2,6 gr/cm3 D. 1,9 gr/cm3 E. 1,6 gr/cm3 Pembahasan
Untuk menghitung massa jenis cairan: ρ1 . h1 = ρ2 . h2 13,6 gr/cm3 . 12 cm = ρ 2 . 14 cm ρ2 = 11,7 gr/cm3 Jawaban: A Nomor 5
Sebuah benda terapung pada suatu zat cair dengan bagian benda itu tercelup. Bila massa jenis benda 0,6 gr/cm3 , maka massa jenis zat cair tersebut adalah...
A. 1800 kg/m3 B. 1500 kg/m3 C. 1200 kg/m3 D. 900 kg/m3 E. 600 kg/m3 Pembahasan
Untuk menghitung massa jenis cairan: ρ . V = ρb . Vb
ρ. 1/3 Vb = 0,6 gr/cm3 . Vb ρ2 = 1,2 gr/cm3 = 1200 kg/m3 Jawaban: C
Nomor 6
Didalam bejana yang berisia air mengapung segumpal es yang massa jenisnya 0,9 gr/cm3. Volume es yang tercelup ke dalam air 0,18 m3. Volume seluruh es adalah..(massa jenis air 1 gr/cm3) A. 0,2 m3 B. 0,25 m3 C. 0,3 m3 D. 0,41 m3 E. 0,5 m3 Pembahasan
Untuk menghitung volume es: ρ . V = ρb . Vb
1 gr/cm3 . 0,18 m3 = 0,9 gr/cm3 . V
bVb = 0,2 m3 Jawaban: A
Nomor 7
Air mengalir melalui pipa yang bentuknya seperti gambar.
Bila diketahui luas penampang A1 dua kali luas penampang A2, maka vA : vBadalah...
A. 1 : 4 B. 1 : 2 C. 1 : 1 D. 2 : 1 E. 4 : 1 Pembahasan
Gunakan persamaan kontinuitas A1 . v1 = A2 . v2
vA : vB = 1 : 2 Jawaban: B
Nomor 8
Dari sebuah tangki terbuka berisi air dari kran berada pada ketinggian air seperti pada gambar!
Kecepatan air keluar jika kran terbuka adalah... A. 6,3 m/s B. 10,0 m/s C. 11,8 m/s D. 12,0 m/s E. 15,5 m/s Pembahasan
Untuk menghitung kecepatan v gunakan:
Jawaban: B
Nomor 9
Sebuah bak penampungan air setinggi 200 cm (g = 10 m/s2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran (lihat gambar).
Kelajuan air yang keluar dari lubang kebocoran adalah... A. 4,0 m/s
B. 6,0 m/s C. 20 m/s D. 36 m/s E. 40 m/s
Pembahasan
Untuk menghitung kecepatan v gunakan:
Jawaban: B
Nomor 10
Sebuah tangki berisi zat cair ideal. Pada dindingnya terdapat dua lubang kecil sehingga zat cair memancar seperti gambar.
Perbandingan x1 dengan x2 adalah... A. 2 : 3 B. 3 : 5 C. 2 : 5 D. 4 : 5 E. 3 : 4 Pembahasan
Untuk menghitung perbandingan x1 dan x2, maka hitung terlebih dahulu: x1 = 2 √h . h2 = 2√0,2 . 0,8 = 2 . 0,4 = 0,8 m
x2 = 2 √h . h2 = 2√0,5 . 0,5 = 2 . 0,5 = 1 m
Maka perbandingan x1 : x2 = 0,8 : 1 = 8 : 10 = 4 : 5 Jawaban: D
Nomor 11
Gambar dibawah merupakan penampang melintang sebuah sayap pesawat terbang yang sedang bergerak dilandasan pacu dengan laju v m/s. Garis di atas dan di bawah sayap menggambarkan aliran udara.
Pesawat terangkat jika... A. v2 > v1 sehingga p1 < p2 B. v2 > v1 sehingga p1 > p2 C. v1 > v2 sehingga p1 < p2 D. v1 > v2 sehingga p1 > p2 E. v1 < v2 sehingga p1 < p2 Pembahasan
Tekanan fluida bertambah jika kelajuan berkurang. Jawaban: C
Nomor 12
Gambar berikut menunjukkan penampang sayap pesawat.
Ketika pesawat akan mendarat, pilot harus mengatur posisi sayap agar...
A. F1 = F2 B. v1 > v2 C. v1 < v2 D. v1 = v2 E. F1 > F2 Pembahasan
Jawaban: B
Nomor 13
Pada gambar dibawah air mengalir dalam venturimeter.
Jika g = 10 m/s2, luas penampang A
1 dan A2 masing-masing 5 cm2 dan 3 cm2, maka kecepatan air yang masuk venturimeter adalah...
A. 3 m/s B. 4 m/s C. 5 m/s D. 9 m/s E. 25 m/s Pembahasan
Untuk menghitung kelajuan air yang masuk pipa:
v = 5 m/s Jawaban: C
Soal latihan fluida
Nomor 1
Sebuah balok es terapung di dalam bejana berisi air. Jika diketahui massa jenis es dan air masing-masing adalah 0,90 gram/cm3 dan 1 gram/cm3 maka bagian es yang terendam dalam air adalah...
A. 90 % B. 75 % C. 65 % D. 25 % E. 10 % Nomor 2
Rapat massa air tawar 1,0 g/cm3 dan rapat massa air laut adalah 1,03 g/cm3. Sebuah perahu akan....
A. lebih tinggi di air tawar
B. sama tinggi dikedua macam air C. lebih tinggi di air laut.
D. di air mana lebih tinggi tergantung bentuk perahu.
E. di air mana lebih tinggi tergantung luas permukaan perahu. Nomor 3
Balok kayu berukuran 4 x 10 x 20 cm3 dimasukkan ke dalam gelas ukur berisi air. Ternyata kayu itu terapung dengan bagian yang tercelup kedalam air memiliki volume 720 cm3. Dengan rapat air 1 gr/cm3, rapat kayu itu adalah...
A. 1,125 g/cm3 B. 0,9 g/cm3 C. 0,8 g/cm3 D. 8/9 g/cm3 E. 1/9 g/cm3
Berikut adalah Soal dan Pembahasan Fluida Statis yang sudah dilengkapi dengan pembahasan. Bab Fluida Statis ini sendiri masuk di kelas XI SMA.
Soal Dan Pembahasan Fluida Statis Soal Dan Jawaban Fluida Statis Contoh Soal Fluida Statis Soal Soal Fluida Statis
Soal No. 1
Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.
Jika massa jenis air 1000 kg/m3 , percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 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
Soal No. 2
Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!
Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!
Pembahasan Hukum Pascal Data : F1 = F F2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 N A1 : A2 = 1 : 250 Soal No. 3
Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!
Jika ketinggian minyak h2 adalah 27,2 cm, massa jenis minyak 0,8 gr/cm3 dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm3 tentukan ketinggian air raksa (h1)!
Pembahasan
Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.
Soal No. 4
Sebuah benda tercelup sebagian dalam cairan yang memiliki massa jenis 0,75 gr/cm3 seperti ditunjukkan oleh gambar berikut!
Jika volume benda yang tercelup adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan massa jenis benda tersebut!
Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja pada benda diatas adalah gaya berat yang berarah ke bawah dan gaya apung / gaya Archimides dengan arah ke atas. Kedua gaya dalam kondisi seimbang.
Soal No. 5
Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas ukur seperti terlihat pada gambar berikut:
Jika percepatan 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 apung (Archimides) yang diterima benda. Besarnya gaya apung sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3).
Sekian artikel kami mengenai Soal dan Pembahasan Fluida Statis. Semoga dapat dijadikan referensi sebagai bahan belajar.