Soal dan Pembahasan Fluida Statis dan dinamis

hari ini kita akan membahas Contoh Soal Fluida statis dan Dinamis.

1.Perhatikan Gambar dibawah ini:

Sebuah pipa U berisi air dan minyak dalam keadaan stabil seperti gambar diatas. Jika massa jenis air 1 g/cm3 tinggi minyak 9 cm dan tinggi air 7 cm. Massa jenis minyak adalah? (UN 2013/2014)

Jawab

Diketahui:

Rho air = 1 g/cm3

h air = 7 cm

h minyak = 9 cm

g = 10 m/s2

Ditanyakan:

Rho minyak = …?

Tekanan hidrostatis memiliki nilai yang sama pada kedalaman yang sama.

P air = P minyak

(Rho air) x (g) x (h air) = (Rho minyak) x (g) x (h minyak)

(Rho air) x (h air) = (Rho minyak) x (h minyak)

(1 g/cm3)(7 cm) = (Rho minyak)(9 cm)

Rho minyak = 7/9

Rho minyak = 0,78 g/cm3

Jadi Rho minyak adalah 0,78 g/cm3.

2. Gaya Archimedes yang bekerja pada benda saat dimasukkan ke dalam fluida ditentukan oleh

Pembahasan :

sesuai dengan rumus gaya archimedes:

F = ρ.g.V_{benda yang tercelup}

F = gaya archimedes

ρ = massa jenis benda

V_{benda yang tercelup} = volume banda yang tercelup di dalam fluida/ cairan

Sebuah pipa berbentuk seperti gambar dibawah ini:

Jika luas penampang besar 10 cm2 dan luas penampang kecil 5 cm2. Apabila kecepatan aliran air pada pipa besar 2 m/s dengan tekanan 40 kPa, tekanan pada pipa kecil sebesar? (UN 2013/2014)

Jawab

Diketahui:

A1 = 10 cm2

A2 = 5 cm2

v1 = 2 m/s

P1 = 40 kPa = 40.000 Pa

Rho air = 1000 kg/m3

g = 10 m/s2

h1 = 0 cm

h2 = 60 cm = 0,6 m

Ditanyakan:

P2 = …?

Penyelesaian

Kecepatan aliran air pada pipa kecil (v2) dapat dicari menggunakan asas kontinuitas.

A1v1 = A2v2

(10)(2) = (5)(v2)

20 = 5v2

v2 = 4 m/s

Persamaan Bernoulli pada fluida dinamis adalah:

40.000 + (1.000)(10)(0) + 1/2(1.000)(2)^2 = P2 + (1.000)(10(0,6) + 1/2(1.000)(4)^2

40.000 + 0 + 2000 = P2 + 6.000 + 8.000

42.000 = P2 + 14.000

P2 = 28.000 Pa.

Jadi tekanan pada pipa kecil adalah 28.000 Pa atau 28 kPa.

4. Sepotong kaca di udara memiliki berat 25 N. Jika dimasukkan ke dalam air beratnya menjadi 15 N. Bila massa jenis air adalah 10³ kg/m³ dan percepatan gravitasinya 10 m/s² maka massa jenis kaca adalah ….

Pembahasan:

Gaya Archimedes = berat di udara – berat di air

F_A = W_diudara – W _{di fluida}

ρ.g.V_{benda yang tercelup} = 25 – 15

1000.10.V = 10

V = 10^-3

—————————————————————

ρ = m/v

ρ = 2,5/10^-3

ρ = 2,5.10³kg/m³

5.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

6.Perhatikan Gambar dibawah ini:

Sebuah bak besar berisi air, terdapat sebuah lubang seperti gambar diatas. Jika g = 10 m/s2, h2 = 40 cm dan Tinggi Bak 85 cm, maka berakah kecepatan semburan air dari lubang tersebut? (UN 2012/2013)

Jawab

Diketahui:

h = 85 cm

h2 = 40 cm

g = 10 m/s2

Ditanyakan:

v = …?

Penyelesaian

v = √ 2 g h

v = √ 2 g (h – h2)

v = √ (2)(10)(85 – 40)

v = √ 900

v = 30 cm/s.

Jadi kecepatan semburan air adalah 30 cm/s.

7.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.

8. Sebuah gabus dimasukkan dalam air ternyata 75 % volume gabus tercelup dalam air, maka massa jenis gabus adalah ….

JAWAB:

ρ_(air).g.V_{(benda yang tercelup)} = ρ _(benda).g.V _(benda)

1000 . 10 . 0,75 V = ρ . 10 . V

ρ = 750 kg/m³ = 0,75 gr/cm³

9. Perhatikan Gambar berikut ini:

Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya angkat ke atas maksimal seperti gambar diatas. Jika v adalah kecepatan aliran udara dan p adalah tekanan udara, sesuai dengan asas bernoulli rancangan tersebut dibuat agar? (UN 2011/2012)

Jawab

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat bagian atas (Va) lebih besar dari pada Sisi bagian bawah sayap (Vb). Oleh karena itu tekana bagia atas (Pa) lebih kecil dari pada tekanan bagian bawah (Pb). Inilah yang dikatakan oleh asas Bernoulli.

Va > Vb sehingga Pa < Pb

10.Sebuah ban mobil berisi udara digunakan sebagai pengapung di dalam air, volume ban 0,1 m³ dan massanya 1 kg. jika massa jenis air 1 gr/cm³ dan percepatan gravitasi g = 10 m/s², maka ban dapat menahan dan mengapungkan beban maksimum sebesar ….

JAWAB :

gaya achimedes air = berat ban + berat beban

ρ.g.V = m.g + m.g

1000 . 0,1 = 1 + m

m = 99 kg

Artikel Lainnya

Tinggalkan Balasan Batalkan balasan