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:

F_A= 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,

Persamaan benda yang tercelup dalam zat cair

Keterangan:

ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)

ρ_b = massa jenis benda (kg/m³).

V = volume benda tercelup (m³).

V_b = 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).

Asas Bernoulli

Penerapan Asas Bernoulli

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

Kelajuan 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.

2) 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).

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 = ρ₂ . 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 = ρ_b . V_b

ρ. 1/3 V_b= 0,6 gr/cm³ . V_b

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 = ρ_b . V_b

1 gr/cm³. 0,18 m³= 0,9 gr/cm³ . V_b V_b= 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 v_A : v_B adalah...

A. 1 : 4

B. 1 : 2

C. 1 : 1

D. 2 : 1

E. 4 : 1

Pembahasan
Gunakan persamaan kontinuitas

A₁ . v₁ = A₂ . v₂

2A_B . v_A = A_B . v_B

v_A : v_B= 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 > v₁sehingga p₁ < p₂

B. v₂ > v₁sehingga p₁ > p₂

C. v₁ > v₂sehingga p₁ < p₂

D. v₁ > v₂sehingga p₁ > p₂

E. v₁ < v₂sehingga 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

Tekanan fluida bertambah jika kelajuan berkurang.

Jawaban: B

Nomor 13

Pada gambar dibawah air mengalir dalam venturimeter.

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:

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

Pembahasan soal fluida video youtube

.
Topik: #fluida dinamis #fluida statis #Materi ujian nasional fisika

Ringkasan materi dan Pembahasan soal UN tentang fluida statis dan dinamis