Fluida dinamis

Fluida dinamis

Soal No. 1Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari sebuah kran seperti gambar berikut!

Jika luas penampang kran dengan diameter D2 adalah 2 cm2 dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s tentukan:a) Debit airb) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

PembahasanData :A2 = 2 cm2 = 2 x 104 m2v2 = 10 m/s

a) Debit airQ = A2v2 = (2 x 104)(10) Q = 2 x 103 m3/s

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi emberData :V = 20 liter = 20 x 103 m3Q = 2 x 103 m3/s t = V / Q t = ( 20 x 103 m3)/(2 x 103 m3/s )t = 10 sekon

Soal No. 2Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m2 , luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!

PembahasanPersamaan kontinuitasA1v1 = A2v2 (5)(15) = (2)v2 v2 = 37,5 m/s

Soal No. 3Tangki 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 airc) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

Pembahasana) Kecepatan keluarnya air v = (2gh)v = (2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai airX = 2(hH)X = 2(3,2 x 10) = 82 m

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanaht = (2H/g)t = (2(10)/(10)) = 2 sekon

Soal No. 4Untuk mengukur kecepatan aliran air pada sebuah pipa horizontal digunakan alat seperti diperlihatkan gambar berikut ini!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 cm2 dan luas penampang pipa kecil adalah 3 cm2 serta perbedaan ketinggian air pada dua pipa vertikal adalah 20 cm tentukan :a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besarb) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil

Pembahasana) kecepatan air saat mengalir pada pipa besarv1 = A2 [(2gh) : (A12 A22) ]v1 = (3) [ (2 x 10 x 0,2) : (52 32) ]v1 = 3 [ (4) : (16) ]v1 = 1,5 m/s

Tips :Satuan A biarkan dalam cm2 , g dan h harus dalam m/s2 dan m. v akan memiliki satuan m/s.

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecilA1v1 = A2v2 (3 / 2)(5) = (v2)(3)v2 = 2,5 m/s

Soal No. 5Pipa 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 105 Pa. Tentukan :a) Kecepatan air pada pipa kecilb) Selisih tekanan pada kedua pipa c) Tekanan pada pipa kecil(air = 1000 kg/m3)

PembahasanData :h1 = 5 mh2 = 1 mv1 = 36 km/jam = 10 m/sP1 = 9,1 x 105 PaA1 : A2 = 4 : 1

a) Kecepatan air pada pipa kecilPersamaan Kontinuitas :A1v1 = A2v2 (4)(10) = (1)(v2)v2 = 40 m/s

b) Selisih tekanan pada kedua pipa Dari Persamaan Bernoulli :P1 + 1/2 v12 + gh1 = P2 + 1/2 v22 + gh2P1 P2 = 1/2 (v22 v12) + g(h2 h1)P1 P2 = 1/2(1000)(402 102) + (1000)(10)(1 5) P1 P2 = (500)(1500) 40000 = 750000 40000P1 P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecilP1 P2 = 7,1 x 1059,1 x 105 P2 = 7,1 x 105P2 = 2,0 x 105 Pa6.. Sebuah kolam air berdinding bujursangkar dengan panjang 15 m, tingginya 7,5m.Tentukanlah tekanan air 4,5 m di bawah permukaan air!

Jawab:

P =r .g . h = 103. 10 . 4,5P = 4,5.104N/m27. Air mengalir sepanjang pipa horisontal, penampang tidak sama besar. Pada tempat dengan kecepatan air 35 cm/det tekanannya adalah 1 cmHg. Tentukanlah tekanan pada bagian pipa dimana kecepatan aliran airnya 65 cm/det.(g = 980 cm/det2) !

Jawab:

P1= 1 cmHg = 1.13,6.980 dyne/cm2P1= 13328 dyne/cm2v1= 35 cm/det; v2= 65 cm/det

Prinsip Bernoulli:P1+ pgy1+ 1/2rv12= P2+rgy2+ 1/2rv22Karena y1= y2(pipa horisontal), maka:

P1- P2= 1/2r(V22- V12)P1- P2= 1/2 1 (652 352)P1- P2= 1/2 3000P1- P2= 1500 dyne/cm2

Jadi:

P2= P1- 1500P2= 13328 1500P2= 11828 dyne/cmP2= 0,87 cmHg

fluida statis

Soal No. 1Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.

Jika massa jenis air 1000 kg/m3 , percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan tekanan udara luar 105 N/m, tentukan :a) tekanan hidrostatis yang dialami ikanb) tekanan total yang dialami ikan

Pembahasana) tekanan hidrostatis yang dialami ikan

b) tekanan total yang dialami ikan

Soal No. 2Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!

PembahasanHukum Pascal Data :F1 = FF2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 NA1 : A2 = 1 : 250

Soal No. 3Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!

Jika ketinggian minyak h2 adalah 27,2 cm, massa jenis minyak 0,8 gr/cm3 dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm3 tentukan ketinggian air raksa (h1)!

PembahasanTekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.

Soal No. 4Sebuah 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!

PembahasanGaya-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.

Soal No. 5Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas ukur seperti terlihat pada gambar berikut:

Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan berat semu benda di dalam air!

PembahasanData :mb = 500 g = 0,5 kgmf = 200 g = 0,2 kg

Berat benda di fluida (berat semu) adalah berat benda di udara dikurangi gaya apung (Archimides) yang diterima benda. Besarnya gaya apung sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3).

"

6. sebuah benda terapung di atas permukaan air yg berlapiskan minyak dgn 50% volume benda berada di dlam air, 30% di dalam minyak, dan sisanya di atas permukaan minyak. Jika masa jenis minyak 0,8 gr/cm3. berapa massa jenis benda tersebut?"

Jawaban:Pada keadaan terapung, terjadi kesetimbangan antara gaya berat benda (w) dengan gaya ke atas Archimedes (Fa).........w = Fa...................................Fa = gaya ke atas oleh air dan oleh minyak....mb g = a g Vta + m g Vtm........b = benda, a = air, m = minyak, t = tercelupb Vb g = a g Vta + m g Vtm........ = m/V --> m = V...b Vb = a Vta.. + m Vtm...b Vb = 1 (0,5 Vb) + (0,8)(0,3 Vb)...b Vb = 0,5 Vb + 0,24 Vb...b Vb = 0,74 Vb........b = 0,74 gr/cm^3

Massa jenis benda 0,74 gr/cm^36.

7 Suatu benda diudara memiliki berat 95N. bend atersebut kemudian ditimbang di dalam air dan beratnya menjadi 87N. tentukan besarnya gaya arcimedes yang bekerja!

8. Sebuah drum silinder yang berjari-jari penampang 50cm dengan penampang atas terbuka berisi minyak tanah setinggi 80cm. jika massa jenis minyak = 0,8gr/cm3 dan tekanan udara di luar sebesar 1 atm, maka hitunglah:a. tekanan yang dialami oleh dasar drum,b. tekanan hidrostatis pada titik yang berada 10 cm dari dasar drum!

9. Sebutkan tiga contoh alat yang bekerja berdasarkan hukum pascal!

10. Jika sebongkah batuan pada gambar bekerja dengan tekanan 50.000Pa, maka massa bongkahan itu adalah .

a. 10.000 kg

.