Pembahasan Soal Fluida Dinamik Fisika Kelas XI

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

200mm2 dan 100mm2. Bila air mengalir dari panampang besar dengan kecepatan adalah 2 m/s,

maka kecepatan air pada penampang kecil adalah ….

1. jawaban:PembahasanDiketahui:A1 = 200 mm2= 2.10-4m2

A2 = 100mm2= 10-4m2

v1= 2 m/sditanyakan v2 = …. ?jawab:Q1 = Q2

A1v1 = A2V2

v2 = A1v1/A2 = 2.10-4.2/10-4 = 4m/s

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

jawab :

Dalam fluida bergerak, hubungan antara tekanan, kecepatan, 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:

Pg = 103watt

ρg = 80% ρair = 0,8 ρair

h = 10 m

Ditanya Q = …. ?

Pg = η.ρ.V.g.h

1000 = 0,8.103.V.10.10

V = 12,5.103m3 = 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:

Pembahasan:

Diketahui:

d = 5 cm = 5.10-2 m

r = 2,5 cm = 2,5.10-2 m

v = 32 m/s

Ditanya: v = …?

Jawab:

Karena memiliki besar diameter yang sama, maka kecepatan 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 cm2, maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter 

jawaban

Diketahui:

h = 4,05 m

A = 0,8cm2 = 8.10-5m2

t = 1menit = 60 sekon

ditanya: V = ….?

Jawab

Ep = m.g.h = ½ mv2

v = √2.g.h = √2.10.4,05 = 9 m/s

Q = A.v = 8.10-3.9 = 7,2.10-4 m3/s

V = Q.t = 7,2.10-4.60 = 432.10-4m3 = 43,2 L

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.R2.v = 3,14.16.10-4.3 = 0,151 m3/s = 151 liter/s

7. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm2 sebesar 100 cm3/s. Kecepatan air

yang keluar dari pipa tersebut adalah …. 

jawaban: c

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

8.Air mengalir kedalam sebuah bak dengan debit tetap 0,5 liter/s. Jika bak tersebut berukuran 1x1x1

m3, maka bak tersebut akan penuh dalam waktu … menit. 

10. jawaban:

Diketahui

Q = 0,5 liter/s = 5.10-4 m3/s

V = 1m3

A = 1m2

Ditanyakan: t = …. ?

Jawab:

t = V/Q = 1/5.10-4 = 2000 s = 33,3 menit

uraian

1. v1 = √2gh = √2.10.8 = 12,65 m/s

A = Q/v1 = 5.10-5 /12,65 = 3,95.10-6 m2

Q2 = A.v2 = 55,85.10-6 m3/s = 55,85 cm3/s

2. Diktetahui

Wu = 95N; Wcair = 87 N

Ditanya Fa = …. ?

Jawab:

Fa = Wu – Wcair = (95-87) = 8 N

3. Alat-alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli

a. pipa pitot

b. pipa venturi

c. pesawat terbang

d. karburator motor

4. Diketahui:

A = 25 cm2 = 25.10-4 ; v = 10 m/s

Ditanya: Q = ….?

Penyelesaian

Q = A.v = 25.10-4.10= 0,025 m3/s

Latihan Soal Fluida Dinamik

1.Suatu fluida mengalir pada sebuah pipa yang memiliki luas penampang 25

cm2dengan kecepatan 10m/s2. Hitunglah besar debit fluida tersebut

2.Sebuah kran air mempunyai luas 2 cm2. Tentukan debit air dari kran tersebut bila laju

aliran air 2 m/s!

3. Perhatikan gambar berikut ini!

Tentukan kecepatan aliran air pada penampang ?

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

sebuah bak yang luasnya 50 cm3/s. Hitunglah debit air melalui lubang tersebut, jika

diatas permukaan air diberi tambahan tekanan 2×104 N/m2!

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

sebuah bak yang luasnya 50 cm3/s. Hitunglah debit air melalui lubang tersebut, jika di

atas permukaan air diberi tambahan tekanan 2×104 N/m2!

Soal No. 1Seekor 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 105N/m, tentukan :a) tekanan hidrostatis yang dialami ikanb) tekanan total yang dialami ikan

Pembahasana) tekanan hidrostatis yang dialami ikan 

 

b) tekanan total yang dialami ikan 

 

Soal No. 2Seorang 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!

PembahasanHukum Pascal Data :F1 = FF2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 NA1 : A2 = 1 : 250 

 

Soal No. 3Pipa 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)!

PembahasanTekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama. 

 

Soal No. 4Sebuah 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!

PembahasanGaya-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. 5Seorang 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!

PembahasanData :mb = 500 g = 0,5 kgmf = 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).

Contoh Soal dan Pembahasan tentang Fluida Dinamis, Materi mencakup debit, persamaan kontinuitas, Hukum Bernoulli dan Toricelli.

Rumus Minimal

DebitQ = V/tQ = Av

Keterangan :Q = debit (m3/s)

V = volume (m3)t = waktu (s)A = luas penampang (m2)v = kecepatan aliran (m/s)1 liter = 1 dm3 = 10−3 m3

Persamaan KontinuitasQ1 = Q2 A1v1 = A2v2 

Persamaan BernoulliP + 1/2 ρv2 + ρgh = KonstantP1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2

Keterangan :P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2)ρ = massa jenis cairan (kg/m3)g = percepatan gravitasi (m/s2)

Tangki Bocor Mendatarv = √(2gh)X = 2√(hH)t = √(2H/g)

Keterangan :v = kecepatan keluar cairan dari lubangX = jarak mendatar jatuhnya cairanh = jarak permukaan cairan ke lubang bocorH = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocort = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah

Soal No. 1Ahmad 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 airb) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

PembahasanData :A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2v2 = 10 m/s

a) Debit airQ = A2v2 = (2 x 10−4)(10) 

Q = 2 x 10−3 m3/s 

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi emberData :V = 20 liter = 20 x 10−3 m3Q = 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. 2Pipa 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!

PembahasanPersamaan kontinuitasA1v1 = A2v2 (5)(15) = (2)v2 v2 = 37,5 m/s

Soal No. 3Tangki 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 airc) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

Pembahasana) Kecepatan keluarnya air v = √(2gh)v = √(2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai airX = 2√(hH)X = 2√(3,2 x 10) = 8√2 m

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanaht = √(2H/g)t = √(2(10)/(10)) = √2 sekon

Soal No. 4Untuk 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 besarb) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil

Pembahasana) kecepatan air saat mengalir pada pipa besarv1 = A2√ [(2gh) : (A12 − A22) ]v1 = (3) √ [ (2 x 10 x 0,2) : (52 − 32) ]v1 = 3 √ [ (4) : (16) ]v1 = 1,5 m/s

Tips :Satuan A biarkan dalam cm2 , g dan h harus dalam m/s2 dan m. v akan memiliki satuan m/s.

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecilA1v1 = A2v2 (3 / 2)(5) = (v2)(3)v2 = 2,5 m/s

Soal No. 5Pipa 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 kecilb) Selisih tekanan pada kedua pipa c) Tekanan pada pipa kecil(ρair = 1000 kg/m3)

PembahasanData :h1 = 5 mh2 = 1 mv1 = 36 km/jam = 10 m/sP1 = 9,1 x 105 PaA1 : A2 = 4 : 1

a) Kecepatan air pada pipa kecilPersamaan Kontinuitas :A1v1 = A2v2 (4)(10) = (1)(v2)

v2 = 40 m/s

b) Selisih tekanan pada kedua pipa Dari Persamaan Bernoulli :P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1)P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5) P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecilP1 − P2 = 7,1 x 1059,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105P2 = 2,0 x 105 Pa