contoh fluida

7/26/2019 contoh fluida

1/18

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 D2adalah 2 cm2dan kecepatan aliran air di kran

adalah 10 m/s tentukan:

a) Debit air

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Pembahasan

Data :

A2= 2 cm2= 2 x 104m2

v2= 10 m/s

a) Debit air

Q = A2v2= (2 x 104)(10)

Q = 2 x 103m3/s

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Data :V = 20 liter = 20 x 103m3

Q = 2 x 103m3/s

t = V / Q

t = ( 20 x 103m3)/(2 x 103m3/s )

t = 10 sekon


2/18

Soal No. 2

Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m2, luas penampang pipa kecil adalah 2 m2dan

kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada

pipa kecil!

Pembahasan

Persamaan kontinuitas

A1v1= A2v2

(5)(15) = (2)v2

v2= 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


3/18

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) = 82 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 cm2dan luas penampang pipa kecil adalah 3

cm2serta 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

v1= A2 [(2gh) : (A12 A2

2) ]

a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar

v1= A2 [(2gh) : (A12 A2

2) ]

v1= (3) [ (2 x 10 x 0,2) : (52 32) ]


4/18

v1= 3 [ (4) : (16) ]

v1= 1,5 m/s

Tips :

Satuan A biarkan dalam cm2, g dan h harus dalam m/s2dan m.vakan memiliki satuan m/s.

Bisa juga dengan format rumus berikut:

dimana

a = luas penampang pipa kecilA = luas penampang pipa besar

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil

A1v1= A2v2

(3 / 2)(5) = (v2)(3)

v2= 2,5 m/s

Soal No. 5

Pada gambar di bawah air mengalir melewati pipa venturimeter.

Jika luas penampang A1dan A2masing-masing 5 cm2dan 4 cm2maka kecepatan air memasuki

pipa venturimeter adalah....

A. 3 m/s

B. 4 m/s


5/18

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 105Pa. Tentukan :

a) Kecepatan air pada pipa kecil

b) Selisih tekanan pada kedua pipa

c) Tekanan pada pipa kecil

(air= 1000 kg/m3)

Pembahasan

Data :

h1= 5 m

h2= 1 m

v1= 36 km/jam = 10 m/sP1= 9,1 x 10

5Pa

A1: A2= 4 : 1

a) Kecepatan air pada pipa kecil

Persamaan Kontinuitas :


6/18

A1v1= A2v2

(4)(10) = (1) (v2)

v2= 40 m/s

b) Selisih tekanan pada kedua pipaDari Persamaan Bernoulli :

P1+1/2v1

2+ gh1= P2+1/2v2

2+ gh2

P1 P2=1/2(v2

2v12) + g(h2 h1)

P1 P2=1/2(1000)(40

2 102) + (1000)(10)(1 5)

P1 P2= (500)(1500) 40000 = 750000 40000

P1 P2= 710000 Pa = 7,1 x 105Pa

c) Tekanan pada pipa kecil

P1 P2= 7,1 x 105

9,1 x 105 P2= 7,1 x 105

P2= 2,0 x 105Pa

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/sB. 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.


7/18

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:

D1= 12 cm

D2= 8 cm

v1= 10 cm/s

v2= ........


8/18

Soal No. 8

Perhatikan gambar!

Jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil, kecepatan aliran fluida

pada pipa kecil adalah....A. 1 m.s1

B. 4 m.s1

C. 8 m.s1

D. 16 m.s1

E. 20 m.s1

(UN Fisika SMA 2012 A86)

Pembahasan

Persamaan kontinuitas

Data soal:

V1= 4

D1= 2

D2= 1

V2=...?

Soal No. 9

Sebuah pesawat dilengkapi dengan dua buah sayap masing-masing seluas 40 m2. 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/m3!


9/18

Pembahasan

Gaya angkat pada sayap pesawat:

dimana:

A = luas total penampang sayap

= massa jenis udara

a= kelajuan aliran udara di atas sayap

b= kelajuan aliran udara di bawah sayapF = gaya angkat pada kedua sayap

Data soal:

Luas total kedua sayap

A = 2 x 40 = 80 m2

Kecepatan udara di atas dan di bawah sayap:

a= 250 m/s

b= 200 m/s

Massa jenis udara

= 1,2 kg/m3

F =.....

Soal No. 10

Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui sebesar 1100 kN.


10/18

Pesawat tersebut memiliki luas penampang sayap sebesar 80 m2. Jika kecepatan aliran udara

di bawah sayap adalah 250 m/s dan massa jenis udara luar adalah 1,0 kg/m3tentukan

kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat!

Pembahasan

Data soal:

A = 80 m2

b= 250 m/s

= 1,0 kg/m3

F = 1100 kN = 1100 000 N

a=......

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.


11/18

Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah tekanan udara, maka sesuai azas Bernoulli

rancangan tersebut dibuat agar....(UN Fisika 2012)

A. vA> vBsehingga PA> PB

B. vA> vBsehingga PA< PB

C. vA< vBsehingga PA< PB

D. vA< vBsehingga PA> PB

E. vA> vBsehingga PA= PB

Pembahasan

Desain sayap pesawat supaya gaya ke atas maksimal:

Tekanan Bawah > Tekanan Atas, PB> PAsama juga PA vB

Jawab: B. vA> vBsehingga PA< PB

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 .


12/18

Jika kecepatan gravitasi bumi 10 m/s2tentukan:

a) kecepatan keluarnya air

b) waktu yang diperlukan untuk sampai ke tanah

c) nilai cos

d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) saat saluran dibuka

(Gunakan sin = 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.


13/18

c) nilai cos

Nilai sinus telah diketahui, menentukan nilai cosinus

d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) saat saluran dibukaJarak mendatar jatuhnya air

Soal No. 13

Untuk mengukur kelajuan aliran minyak yang memiliki massa jenis 800 kg/m3digunakan

venturimeter yang dihubungkan dengan manometer ditunjukkan gambar berikut.


14/18

Luas penampang pipa besar adalah 5 cm2sedangkan luas penampang pipa yang lebih kecil 3

cm2. Jika beda ketinggian Hg pada manometer adalah 20 cm, tentukan kelajuan minyak saat

memasuki pipa, gunakan g = 10 m/s2dan massa jenis Hg adalah 13600 kg/m3.

Pembahasan

Rumus untuk venturimeter dengan manometer, di soal cairan pengisi manometer adalah air

raksa / Hg:

dengan

v1= 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

' = massa jenis Hg atau cairan lain pengisi manometer

= massa jenis fluida yang hendak diukur kelajuannya

Data:

A = 5 cm2

a = 3 cm2

h = 20 cm = 0,2 mg = 10 m/s2

diperoleh hasil:


15/18

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/m3.

Jika massa jenis udara yang diukur adalah 1 kg/m3dan perbedaan level cairan pada tabung U

adalah h = 25 cm, tentukan kelajuan aliran udara yang terukur!

Pembahasan

Misalkan kelajuan udara di A adalah vAdan kelajuan udara di B adalah vB.


16/18

Udara masuk melalui lubang depan dan saat di B aliran udara tertahan hingga kecepatannya

nol.

Dari hukum Bernoulli:

Dengan kondisi:

Kecepatan di B vB= 0, dan perbedaan tinggi antara A dan B dianggap tidak signifikan, diambil

ha= hbsehingga gha- ghb= 0

dengan adalah massa jenis udara yang diukur, selanjutnya dinamakan u.

Dari pipa U, perbedaan tinggi yang terjadi pada cairan di pipa U diakibatkan perbedaantekanan.

gabungkan i dan ii


17/18

dengan vaadalah kelajuan aliran udara yang diukur, selanjutnya dinamakanv,

Data soal:

u= 1 kg/m3

zc= 800 kg/m3

h = 25 cm = 0,25 m

g = percepatan gravitasi = 10 m/s2

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/m3.


18/18

Jika kelajuan udara yang diukur adalah 80 m/s massa jenis udara 0,5 kg/m3tentukan perbedaan

tinggi cairan dalam pipa, gunakan g = 10 m/s2!

Pembahasan

Dengan rumus yang sama dengan nomor sebelumnya:

Dicari perbedaan tinggi cairan atau h

contoh fluida

Documents

Transcript of contoh fluida