Ringkasan materi dan Pembahasan soal UN tentang fluida statis dan dinamis

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.
Persaman tekanan
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.
Rumus tekanan hidrostatis
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.
Penggambaran prinsip Pascal

Persamaan prinsip Pascal
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.
rumus gaya apung
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.

Fluida
Gambar diatas menunjukkan gaya-gaya yang bekerja pada benda yang tercelup sebagian ke dalam zat cair. Untuk keadaan seperti gambar berlaku:

Syarat terapung

Atau,

Syarat terapung

Atau,

Persamaan benda yang tercelup dalam zat cair

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

Penggambaran Persamaan kontinuitas

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).

Asas Bernoulli

Azas Bernoulli

Penerapan Asas Bernoulli

1) Kecepatan zat cair yang keluar dari wadah yang bocor.
Zat cair yang keluar dari wadah yang bocor

Kelajuan zat cair yang keluar dari wadah yang bocor

dan

Jarak pancaran

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.

2) Pipa venturimeter.
Pipa venturimeter

Kelajuan fluida dalam pipa venturimeter

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).
Contoh soal penerapan azas bernoulli
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.
Contoh soal fluida dinamis
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!
Contoh soal tekanan hidrostatis
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/cm. 12 cm = ρ2 . 14 cm
ρ2 = 11,7 gr/cm
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 V= 0,6 gr/cm3 . Vb
ρ2 = 1,2 gr/cm= 1200 kg/m
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/cm0,18 m0,9 gr/cm3 . Vb V= 0,2 m3 
Jawaban: A

Nomor 7
Air mengalir melalui pipa yang bentuknya seperti gambar.
Contoh soal persamaan kontinuitas
Bila diketahui luas penampang A1 dua kali luas penampang A2, maka vA : vB adalah...
A.       1 : 4
B.       1 : 2
C.       1 : 1
D.       2 : 1
E.        4 : 1

Pembahasan
Gunakan persamaan kontinuitas
A1 . v1 = A2 . v2
2AB . vA = AB . vB
vA : v= 1 : 2
Jawaban: B

Nomor 8
Dari sebuah tangki terbuka berisi air dari kran berada pada ketinggian air seperti pada gambar!
Contoh soal fluida dinamis
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:
Pembahasan soal azas bernoulli
Jawaban: B

Nomor 9
Sebuah bak penampungan air setinggi 200 cm (g = 10 m/s2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran (lihat gambar).
Contoh soal azas bernoulli
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:
Pembahasan soal azas Bernoulli
Jawaban: B

Nomor 10
Sebuah tangki berisi zat cair ideal. Pada dindingnya terdapat dua lubang kecil sehingga zat cair memancar seperti gambar.
Contoh soal azas Bernoulli
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.
Contoh soal tekanan hidrostatis
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.
contoh soal gaya angkat 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
Tekanan fluida bertambah jika kelajuan berkurang.
Jawaban: B

Nomor 13
Pada gambar dibawah air mengalir dalam venturimeter.
Contoh soal pipa venturi meter
Jika g = 10 m/s2, luas penampang A1 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:
Pembahasan soal pipa venturimeter
v = 5 m/s
Jawaban: C


Nomor 14
Didalam tabung gelas terdapat minyak setinggi 20 cm. Dengan mengabaikan tekanan udara luar, tekanan yang terjadi pada dasar tabung adalah 1600 N/m2. Jika g = 10 m/s2 maka massa jenis minyak adalah...
A.8 . 102 kg/m3
B.8 . 103 kg/m3
C.8 . 104 kg/m3
D.8 . 105 kg/m3
E.8 . 106 kg/m3


Menghitung massa jenis dari tekanan hidrostatis

Nomor 15
Raksa pada bejana berhubungan mempunyai selisih permukaan 2 cm (massa jenis raksa = 13,6 gr/cm3).

Contoh soal tekanan dan pembahasan
Kaki sebelah kiri berisi zat cair setinggi 25 cm, berarti massa jenis zat cair tersebut adalah...
A.800 kg/m3
B.1030 kg/m3
C.1088 kg/m3
D.1300 kg/m3
E.1360 kg/m3

Pembahasan:
Diketahui:
h1 = 25 cm = 0,25 m
h2 = 2 cm = 0,02 m
ρRaksa = 13,6 gr /m3
Ditanya: ρzat cair
Jawab:
Tekanan hidrostatis dipengaruhi kedalaman sehingga pada kedalaman yang sama tekanan sama.
Pada kedalaman sama tekanan hidrostatis sama
menghitung massa jenis cairan dari pipa berhubungan


Nomor 16
Sebuah batu volume 0,5 m3 tercelup seluruhnya kedalam zat cair yang massa jenisnya 1,5 gr/cm3. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2 maka batu akan mendapat gaya ke atas sebesar...
A.1.500 N
B.3.000 N
C.4.500 N
D.7.500 N
E.9.000 N

Menghitung gaya apung

Nomor 17
Gambar dibawah menunjukkan sebuah benda yang terapung pada zat cair yang massa jenisnya 1200 kg/m3.
Contoh soal hukum Archimedes dan pembahasan
Bila diketahui bagian (A) adalah 1 /5 dari benda, maka massa jenis benda tersebut adalah...
A. 600 kg/m3
B. 960 kg/m3
C. 1000 kg/m3
D. 1200 kg/m3
E. 1500 kg/m3

Menghitung volume benda tercelup dan massa jenis

Nomor 18
Sebuah benda terapung pada suatu zat cair dengan 2/3 bagian benda itu tercelup. Bila massa jenis benda 0,6 gr/cm3 maka massa jenis zat cair adalah...
A. 1800 kg/m3
B. 1500 kg/m3
C. 1200 kg/m3
D. 900 kg/m3
E. 600 kg/m3

Menghitung massa jenis cairan berdasarkan benda terapung

Nomor 19
Berat sebuah benda diudara adalah 5 N. Apabila ditimbang dalam minyak (massa jenis 0,8 gr/cm3) beratnya 3,4 N. Jika g = 9,8 m/s2 maka massa jenis benda adalah...
A.800 kg/m3
B.1000 kg/m3
C.1500 kg/m3
D.1800 kg/m3
E.2500 kg/m3

Menghitung massa jenis benda jika berat diudara diketahui

 
Nomor 20
Contoh soal persamaan kontinuitas
Kecepatan fluida ideal pada penampang A1 = 20 m/s. Jika luas penampang A1 = 20 cm2 dan A2 = 5 cm2 maka kecepatan fluida pada penampang A2 adalah...
A. 1 m/s
B. 5 m/s
C. 20 m/s
D. 80 m/s
E. 100 m/s

Pembahasan contoh soal persamaan kontinuitas

 

 

Nomor 21
Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran seperti gambar. Maka kecepatan semburan air yang keluar adalah...
Contoh soal asas Bernoulli dan pembahasan

A. 3 m/s
B. 8 m/s
C. 9 m/s
D. 30 m/s
E. 900 m/s

Pembahasan:
Diketahui:
h = 85 cm
h2 = 40 cm
Ditanya: v = ...
Jawab:
a. Terlebih dahulu hitung (h1).
h1 = 85 cm – 40 cm = 45 cm = 0,45 m
b. Menghitung (v)
v = √2 . g . h1= √2 . 10 . 0,45
v = √9 = 3 m/s
Jawaban: A

Nomor 22
Gambar di bawah ini menunjukkan peristiwa kebocoran pada tangki air.
Contoh soal kecepatan pancaran air yang keluar dari wadah bocor

Kecepatan (v) air yang keluar dari lubang adalah....
A. √2 m/s
B. √10 m/s
C. √5 m/s
D. 2√5 m/s
E. 2√10 m/s

Pembahasan
Terlebih dahulu hitung (h1).
x =  2 √h1 . h2
h1 = x2 / (4h2 =(1 m)2 / 4 . 0,5 m = 1/2 m
Menghitung (v).
v =  √(2 .g . h1) = √(2 .10 m/s .1/2 m)
v = √(10 m2 / s2 = √10 m/s
Jawaban: B


Nomor 23

Contoh soal pipa venturimeter
Pada gambar di bawah, air mengalir melewati pipa venturimeter. Jika luas penampang A1 dan A2 masing-masing 5 cm2 dan 4 cm2 dan g = 10 m/s2, maka kecepatan air yang memasuki pipa venturimeter adalah...
A.3 m/s
B.4 m/s
C.5 m/s
D.9 m/s
E.25 m/s

Pembahasan soal pipa Venturimeter
Ringkasan materi dan Pembahasan soal UN tentang fluida statis dan dinamis Ringkasan materi dan Pembahasan soal UN tentang fluida statis dan dinamis Reviewed by Johan Akhmadin on Sunday, August 30, 2015 Rating: 5
Powered by Blogger.