December 03, 2015
Fluida Dinamis
Sumber : Fisikastudycenter.com-
Contoh Soal dan Pembahasan tentang
Contoh Soal dan Pembahasan tentang
Fluida Dinamis, Materi Fisika kelas 2 SMA. Mencakup debit,
persamaan kontinuitas, Hukum Bernoulli dan Toricelli dan gaya
angkat pada sayap pesawat.
Rumus Minimal
Debit
Q = V/t
Q = A v
Keterangan :
Q = debit (m /s)
V = volume (m )
t = waktu (s)
A = luas penampang (m )
v = kecepatan aliran (m/s)
1 liter = 1 dm = 10 m
Persamaan Kontinuitas
Q = Q
A v = A v
Persamaan Bernoulli
P + / ρ v + ρgh = Konstant
P + / ρv + ρgh = P + / ρv + ρgh
Keterangan :
P = tekanan (Pascal = Pa = N/m )
ρ = massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m )
g = percepatan gravitasi (m/s )
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
Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan
air dari sebuah kran seperti gambar berikut!
Jika luas penampang kran dengan diameter D adalah 2 cm
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 cm = 2 x 10 m
v = 10 m/s
a) Debit air
Q = A v = (2 x 10 )(10)
Q = 2 x 10 m /s
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
Data :
V = 20 liter = 20 x 10 m
Q = 2 x 10 m /s
t = V / Q
t = ( 20 x 10 m )/(2 x 10 m /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 , luas
penampang pipa kecil adalah 2 m dan kecepatan aliran air
pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat
mengalir pada pipa kecil!
Pembahasan
Persamaan kontinuitas
A v = A v
(5)(15) = (2) v
v = 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 dan luas
penampang pipa kecil adalah 3 cm 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
v = A √ [(2gh) : (A − A ) ]
a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar
v = A √ [(2gh) : (A − A ) ]
v = (3) √ [ (2 x 10 x 0,2) : (5 − 3 ) ]
v = 3 √ [ (4) : (16) ]
v = 1,5 m/s
Tips :
Satuan A biarkan dalam cm , g dan h harus dalam m/s 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 v = A v
(3 / 2)(5) = (v )(3)
v = 2,5 m/s
Soal No. 5
Pada gambar di bawah air mengalir melewati pipa
venturimeter.
Jika luas penampang A dan A masing-masing 5 cm dan 4
cm maka kecepatan air 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
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 10 Pa. Tentukan :
a) Kecepatan air pada pipa kecil
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
c) Tekanan pada pipa kecil
(ρ = 1000 kg/m )
Pembahasan
Data :
h = 5 m
h = 1 m
v = 36 km/jam = 10 m/s
P = 9,1 x 10 Pa
A : A = 4 : 1
a) Kecepatan air pada pipa kecil
Persamaan Kontinuitas :
A v = A v
(4)(10) = (1) ( v )
v = 40 m/s
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
Dari Persamaan Bernoulli :
P + / ρv + ρgh = P + / ρv + ρgh
P − P = / ρ( v − v ) + ρg(h − h )
P − P = / (1000)(40 − 10 ) + (1000)(10)(1 − 5)
P − P = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000
P − P = 710000 Pa = 7,1 x 10 Pa
c) Tekanan pada pipa kecil
P − P = 7,1 x 10
9,1 x 10 − P = 7,1 x 10
P = 2,0 x 10 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:
D = 12 cm
D = 8 cm
v = 10 cm/s
v = ........
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
B. 4 m.s
C. 8 m.s
D. 16 m.s
E. 20 m.s
(UN Fisika SMA 2012 A86)
Pembahasan
Persamaan kontinuitas
Data soal:
V = 4
D = 2
D = 1
V =...?
Soal No. 9
Sebuah pesawat dilengkapi dengan dua buah sayap masing-
masing seluas 40 m . 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 !
Pembahasan
Gaya angkat pada sayap pesawat:
dimana:
A = luas total penampang sayap
ρ = massa jenis udara
ν = kelajuan aliran udara di atas sayap
ν = kelajuan aliran udara di bawah sayap
F = gaya angkat pada kedua sayap
Data soa l:
Luas total kedua sayap
A = 2 x 40 = 80 m
Kecepatan udara di atas dan di bawah sayap:
ν = 250 m/s
ν = 200 m/s
Massa jenis udara
ρ = 1,2 kg/m
F =.....
Soal No. 10
Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui
sebesar 1100 kN.
Pesawat tersebut memiliki luas penampang sayap sebesar 80
m . Jika kecepatan aliran udara di bawah sayap adalah 250
m/s dan massa jenis udara luar adalah 1,0 kg/m tentukan
kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat!
Pembahasan
Data soal:
A = 80 m
ν = 250 m/s
ρ = 1,0 kg/m
F = 1100 kN = 1100 000 N
ν =......
Kecepatan aliran udara di atas sayap pesawat adalah 300 m/s
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 > v sehingga P > P
B. v > v sehingga P < P
C. v < v sehingga P < P
D. v < v sehingga P > P
E. v > v sehingga P = P
Pembahasan
Desain sayap pesawat supaya gaya ke atas maksimal:
Tekanan Bawah > Tekanan Atas, P > P sama juga P <P
Kecepatan Bawah < Kecepatan Atas, v < v sama juga v >
v
Jawab: B. v > v sehingga P < P
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 tentukan:
a) kecepatan keluarnya air
b) waktu yang diperlukan untuk sampai ke tanah
c) nilai cos α
d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) saat saluran dibuka
(Gunakan sin α = 5/8 dan √39 = 6,24)
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
Untuk mengukur kelajuan aliran minyak yang memiliki massa
jenis 800 kg/m digunakan venturimeter yang dihubungkan
dengan manometer ditunjukkan gambar berikut.
Luas penampang pipa besar adalah 5 cm sedangkan luas
penampang pipa yang lebih kecil 3 cm . Jika beda ketinggian
Hg pada manometer adalah 20 cm, tentukan kelajuan minyak
saat memasuki pipa, gunakan g = 10 m/s dan massa jenis
Hg adalah 13600 kg/m .
Pembahasan
Rumus untuk venturimeter dengan manometer, di soal cairan
pengisi manometer adalah air raksa / Hg:
dengan
v = 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
a = 3 cm
h = 20 cm = 0,2 m
g = 10 m/s
diperoleh hasil:
Soal No. 14
Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran
udara. Pipa U dihubungkan pada lengan tabung dan diisi
dengan cairan yang memiliki massa jenis 800 kg/m .
Jika massa jenis udara yang diukur adalah 1 kg/m 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 dan kelajuan udara di
B adalah v .
Udara masuk melalui lubang depan dan saat di B aliran udara
tertahan hingga kecepatannya nol.
Dari hukum Bernoulli:
Dengan kondisi:
Kecepatan di B v = 0, dan perbedaan tinggi antara A dan B
dianggap tidak signifikan, diambil h = h sehingga ρgh -
ρgh = 0
dengan ρ adalah massa jenis udara yang diukur, selanjutnya
dinamakan ρ .
Dari pipa U, perbedaan tinggi yang terjadi pada cairan di pipa U
diakibatkan perbedaan tekanan.
gabungkan i dan ii
dengan v adalah kelajuan aliran udara yang diukur,
selanjutnya dinamakan v ,
Data soal:
ρ = 1 kg/m
ρ = 800 kg/m
h = 25 cm = 0,25 m
g = percepatan gravitasi = 10 m/s
diperoleh:
Soal No. 15
Pipa pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran udara.
Pipa U dihubungkan pada lengan tabung dan diisi dengan
cairan yang memiliki massa jenis 750 kg/m .
Jika kelajuan udara yang diukur adalah 80 m/s massa jenis
udara 0,5 kg/m tentukan perbedaan tinggi cairan dalam pipa,
gunakan g = 10 m/s !
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,...
Vektor
Mencari Dimensi
Listrik Statis Kelas IX SMP
GLB - GLBB Gerak Lurus
Fluida Dinamis
Cara Membaca Jangka Sorong
Fluida Statis
Suhu dan Kalor
Gelombang
Gerak Melingkar
Main Menu
Home
In English
Fisika X SMA
Fisika XI SMA
Fisika XII SMA
Fisika SMP
Olimpiade Fisika
UN Fisika SMA
UN Fisika SMP
Bank Soal UN Fisika SMA
Bank Soal UN Fisika SMP
Ilustrasi Fisika Animasi
Tips
Rumus Fisika
Tabel-Tabel
SKL UN Fisika
Materi Fisika SMA
Bank Soal Semester SMA
Bank Soal Semester SMP
Astronomi
Try Out Online
Search
© 2015 Fisika Study Center
3
3
2
3 −3 3
1 2
1 1 2 2
1 2 2
1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2
2
3
2
2
