RANGKUMAN FISIKA(Fluida dan Termodinamika)

D

I

S

U

S

U

N

OLEH

Kelompok :

Nama : 1.Veni Try Rulita

2.Revandra

3.Arwinda Rahma

4.Dheliela Ritra Hirga

5.Dwi Anggraini

6.Padli Januari

7.Abdul Mutolib

8.Rahmad Ridwan

9.Rahmat Firdaus

10.Rusdin

Guru pembimbing : Drs.Sumanto,M.si

SMA KARYA IBU PALEMBANG

TAHUN 2011-2012

Kata Pengantar

Fisika ? Yes I Can !

Judul di atas merupakan cermin dari sikapmu yang telah memilih jurusan IPA sebagai pembuka jalan untuk merintis masa depan yang lebih cemerlang.Judul itu juga mencerminkan bahwa kamu adalah generasi yang optimistis,berani menerima tantangan,selalu tanggap terhadap keadaan, dan siap menyelesaikan masalah dengan penuh tanggung jawab.Demikian juga dengan belajar,tidak ada istilah malas dan menyerah pada permasalahan.Siap menghadapi apa pun yang ada pada pelajaran fisika. “ Yes,I can ! “ adalah semboyan yang paling tepat.

Fisika bukanlah hal yang menakutkan tetapi sesuatu yang asyik untuk dipelajari,dipahami,dan dikembangkan.Kamu tidak percaya ? Coba saja pelajari dan praktikan apa-apa yang ada di rangkuman ini.Dengan belajar rangkuman ini,kamu dapat mengetahui bagaimana fisika mengungkapkan fenomena kejadian alam, dan kamu diajak berlatih membangun pengetahuan fisika dengan teknologi untuk diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

Kamu tentu tidak asing lagi dengan nama Sir Isaac Newton.Dia adalah seorang tokoh fisika klasik dari inggris.Dia terkenal ulet,rajin,dan pantang menyerah dalam mewujudkan ide-ide maupun penelitiannya.Banyak sumbangan pemikiran yang diberikan Newton demi kemajuan ilmu fisika,Khususnya fisika klasik.Rangkuman ini juga berupaya yang diberikan Newton-Newton muda dari Indonesia yang juga memiliki pemikiran cemerlang dalam mengembangkan ilmu fisika.Dan itu adalah kalian semua.

Jika kamu tekun berlatih mengerjakan soal-soal dalam buku ini,percayalah ,Fisika bukan lagi mata pelajaran yang mudah menguap dari memori kamu !

Sukses Untuk Kamu !

Palembang,April 2011

Penulis

BAB 2 FLUIDA

A.Fluida Statis

Fluida tidak mengalir biasa disebut fluida statis.Zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan disebut fluida.

1.Besaran-besaran pada fluida.

A.Massa jenis

Besaran massa jenis merupakan karakteristik suatu bahan.Sebagai contoh, 1kg kapas akan lebih banyak dibandingkan 1kg gula karena massa jenis gula lebih besar dari massa jenis kapas.Massa jenis merupakan massa per satuan volume yang di simbolkan

ρ=mv

ket : ρ = massa jenis (kg/m3)

m = massa (kg)

v = volume(m3 ¿

Contoh soal :

1.Air pada suhu 4oc dan tekanan 1 atm memiliki massa jenis 1000 kg/m3.Tentukan massa 1 liter air yang berada dalam botol ?

Penyelesaian:

Dik: m= 0,6 kg

Dit: ρ=¿ . . . ?

d= 10 cm

r= 5cm = 0,05 m

Jawab:

Vbola = 43

π r3

= 43

. 3,14 . 0,053

= 43

. 3,14 . 0,000125

= 0,000523

= o ,6

0,000523 = 1147,2 kg/m3

Jadi , ρ=mv

B.Tekanan

Tekanan adalah gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang itu.

P = FA

Ket = P = Tekanan (Pa atau N/M 2

F = Gaya (N)

A = Luas bidang tekan (m2)

2.Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis yaitu tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair .

Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah.Semakin tinggi permukaan zat cair dalam wadah ,zat cair tersebut akan semakin berat sehingga tekanan yang dikerjakan zat cair pada dasar wadah akan semakin besar.

A.Tekanan hidrostatis pada bejana berisi gabungan Fluida .

Ph = ∑i=1

N

❑ρighi atau Ph = ρ .g.h

B.Tekanan hidrostatis pada pipa U berisi gabungan Fluida

P2 = ( h1

h2) p1

Ket = Ph = Tekanan hidrostatik (N/m2)

ρ = Massa jenis fluida ( kg/m3)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

h = Tinggi (m)

Contoh soal :

1.Sebuah wadah berisi air (ρ =1000 kg/m3¿¿ setinggi 70 cm.Tekanan hidrostatis yang bekerja pada dasar wadah tersebut sebesar ……….. Pa .

Penyelesaian :

Dik : ρ = 1000 kg/m3 Dit : Ph = ……… ?

g = 9,8 m/s2

h = 70 cm = 0,7 m

Jawab :

Ph = . g . h

= 1000 . 9,8 .0,7

= 6860 Pa

2.Pipa U semula berisi air dengan massa jenis 1000 kg/m3.Kemudian pada salah satu kaki dituangkan minyak yang massa jenisnya 800 kg/m3.Apabila perbedaan tinggi air pada kedua kaki 10 cm,berapa tinggi minyak yang dituangkan ?

Penyelesaian :

Dik : ρa = 1000 kg/m3

ρm = 800 kg/m3

ha = 10 cm = 0,1 m

Dit : hm = …………….. ?

Jawab :hm = ( ρaρm ) h2

= ( 1oookg /m3

800kg /m3 ) 0,1 m

= 12,5 m

3.Tekanan Absolut

Penunjukan tekanan dalam ruang tertutup oleh alat ukur tekanan disebut tekanan terukur atau tekanan gauge.Alat ukur tekanan pada alat semprot dinamakan manometer tertutp udara dibumi atau yang dinamakan atmosfer memiliki tekanan ke segala arah.

Tekanan mutlak dirumuskan =

. PG = P - PA Ket : P = Tekanan mutlak

PA= Tekanan atmosfer

PG = Tekanan terukur

Tekanan hidrostatik =

P = PO + ρgh

Contoh soal =

1.Jika tekanan dipermukaan sebuah danau 1 atm, tentukan tekanan pada kedalaman 10 m.

Penyelesaian :

PO=PA = 1 Atm = 101 Pa

g = 9,8 m/s2 = 9,8 N/Kg

Jawab :

Tekanan pada kedalaman 10 m adalah :

P = PO + ρgh

= ( 101 x 103 Pa ) + ( 103 kg/m3)( 9,8 N/kg )( 10 m )

= ( 101 x 103 Pa ) + ( 9,8 x 104 Pa )

= 199 x 103 Pa

= 199 kPa = 1,97 atm

2.Sebuah silet panjangnya 4,3 cm diletakkan dipermukaan air hingga terapung.Apabila massa silet 0,25 gram dan g = 10 m/s2.Berapa besar tegangan permukaan air ?

Penyelesaian :

Dik : ℓ = 4,3 cm = 4,3 x 10−2 m

g = 10 m/s2

m = 0,25 g = 2,5 x 10−4 kg

Dit : … ?

Jawab : = Fl

= m. gl

= (2,5 x10−4 kg)(10m / s2)

4,3 x 10−2m = 0,058 N/m

= ( 101 x 103 Pa ) + ( 9,8 x 104 Pa )

= (101 x 103 Pa ) + ( 9,8 x 103 Pa )

= 199 x 103 Pa

= 199 kPa= 1,97 atm

2.Hitunglah tekanan pada kedalaman 9 meter dibawah permukaan air.Anggap tekanan udara pada permukaan air 1 atmosfer .

Penyelesaian :

Dik = h = 9 m Dit : P total …………… ?

ρ = 1 kg/cm3 = 1000 kg/m3

Po = 1 atm = 1,01325 x 105 N/m2

Jawab :

P total = P = Po + Ph = Po + ρgh

= 1,01325 x 105 + ( 1000 . 9,8 . 9 )

= 189 . 525 N/m2

4.Tegangan permukaan

Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu permukaan persatuan panjang permukaan pada arah tegak lurus terhadap gaya tersebut .

Tegangan permukaan zat cair dirumuskan.

… = fl

Ket : … = tegangan permukaan ( N/m2 )

F = gaya ( N )

l = Panjang permukaan ( m )

Pada selaput tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya bekerja pada suatu permukaan persatuan panjang permukaan pada arah tegak lurus terhadap gaya tersebut.

Besar tegangan permukaan suatu benda dipengaruhi oleh selaput sabun dirumuskan =

….. = w

2L

Ket =

… = Tegangan permukaan zat cair ( N/m )

L = panjang kawat penutup ( m)

W = Berat kawat penutup ( N )

Contoh soal :

1.Sekeping kaca yang lebarnya 10 cm dicelupkan ke dalam air, kemudian diangkat perlahan-lahan pada saat kaca akan terlepas,air yang menempel pada kaca terangkat kurang lebih 2cc.Hitung besar tegangan permukaan ?

Penyelesaian :

Dik : L = 10cm = 10−1 m Dit : ….. = …………… ?

V = 2 . 10−6 m3

ρair = 1kg / cm3 = 103 kg/m3

g = 9,8 m/s2

Jawab :

… = f

2L

= 19,6 .10−3

2 .10−1 = 9,8 . 10−2 n/m

5.Kapilaritas

Kapilaritas merupakan peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler ( pipa sempit ).Gejala kapilaritas banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.Contoh gejala kapilaritas yang bermanfaat adalah peristiwa naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor dan pengisapan air pada tumbuh-tumbuhan.Disamping menguntungkan ternyata kapilaritas ada juga yang merugikan misalnya naiknya air melalui dinding rumah pada waktu hujan.

Rumus :

h = 2cos θρgr

h = kenaikan dan penurunan permukaan fluida pada pipa kapiler .

θ = sudut kontak

r = jari-jari pipa kapiler

Contoh soal :

1 . Sebuah pipa kapiler dengan diameter 0,6 mm.Dimasukkan dalam pipa dan sudut kontaknya 60°.Tentukan permukaan air tersebut !

Penyelesaian :

Dik : D = 0,6 mm Dit : … = …………. ?

r = 0,3 mm = 0,3 x 10−3 m atau 3 x 10−4 m

θ = 60° = 0,5

h = 4cm = 4 x 10−2 m

Jawab :

h = 2…cos∝ρgr

2 … cosθ = h ρgr

… = h ρgr2cos θ

= 4 4 x 10−2 .1000.10 .3 x10−4

2.0,5

= 12 x 10−2

= 0,12 N/m

2.Sebuah pipa kapiler memiliki diameter 0,6 mm . Dimasukkan ke dalam air dengan sudut kontak 45°.Jika tegangan permukaan sebesar 0,05 N/m maka tinggi air pada pipa kapiler adalah ?

Penyelesaian

Dik : D = 0,6 mm Dit : h ……. ?

r = 0,3 mm = 0,3 x 10−3 m atau 3 x10−4 m

θ = 45°

… = 0,05 N/m

Jawab :

h = 2…cos Lρgr

= 2 .0,05 cos45

1000.10 .3 x10−4

= 0,01.0,7

3

= 0,024 m

= 2,4 cm

B.Hukum-hukum Dasar Fluida Statik

A.Hukum Pascal .

Bunyi Hukum Pascal :

“ Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dank e dinding bejana .

Rumus : P1 = P2

F1

A1 = F2

A2 Ket : P1 , P2 = Tekanan pada piston 1 dan 2

F1, F2 = Gaya tekan pada piston 1 dan 2

A1 , A2 = Luas penampang pada piston 1 dan 2

Contoh soal :

1.Sebuah pompa hidrolik memiliki dua penghisap yang luasnya masing-masing 1cm2 dan 100 cm2.Pada penghisap yang kecil di tekan dengan gaya 5n, berapa besar gaya yang bekerja pada penghisap yang besar ?

Penyelesaian :

Dik : A1 = 1 cm2 = 0,0001 m2 Dit : f 2 …….. ?

F1 = 5 N

A2 = 100 cm2 = 0,1 m2

Jawab :

P1 = P2

F1

A1 = F2

A2

= 5

0,0001 = F2

0,01

= 0,0001 F2 = 0,05

F2= 0,05

0,0001 = 500 N

2.Luas penampang A adalah 13

kali luas penampang B.Jika gaya yang bekerja pada piston A

sebesar 6n,gaya pada piston B sebesar ……………. N.

Penyelesaian :

Dik : A1 = 13

Dit : F2 ………. ?

A2 = 1

F1 = 6 N

Jawab :

F1

A1 = F2

A2

F2 = F1 . A 2

A1

= 6 .113

= 613

= 6 .31

= 18 n

B.Hukum Archimedes

Bunyi Hukum Archimedes :

‘’ Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu Fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat Fluida yang dipndahkan .

Rumus :

F A = ρ .g .h

Ket :

F A = Gaya ke atas ( N )

ρ= Massa jenis fluida ( kg/m3)

g = Percepatan gravitasi ( m/s2 )

v = Volume benda yang tercelup ( m3 )

Contoh soal :

1.Sebuah benda dengan massa 8kg dimasukkan ke dalam air ρair = 1000 kg/m3.Jika di dalam air berat benda menjai 50 n.Maka besar Volume adalah ………….. ?

Penyelesaian :

Dik : m = 8kg Dit : v ………. ?

ρ = 1000 kg/m3

W s = 50 n

g = 10 m/dt 2

Jawab :

F A = m . g - w5 Jadi, F A = ρ .g . v

= 8 . 10 – 50 30 = 1000 . 10 v

= 80 – 50 = 30 n v = 30

10000

= 3 x 10−3 m3 = 3 dm3 = 3 liter

2.Sebuah batu yang volumenya 2m3 berada di dalam air.Apabila massa jenis air 1000 kg/m3 dan g = 10 m/s2.Berapa gaya ke atas yang dialami batu ?

Penyelesaian :

Dik : v = 2m3 Dit : F2 ……….. ?

ρ = 1000 kg/m3

g = 10 m/s2

Jawab :

F A = ρ .g . v

= 1000 . 10 .2

= 20000 N

7.Penerapan Hukum Dasar Fluida Statik .

A.Penerapan Hukum Pascal .

1.Dongkrak Hidrolik dan Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil.

Persamaan yang berlaku pada dongkrak hidrolik atau lift ( pengangkat ) hidrolik yaitu perbandingan gaya yang diberikan untuk mengangkat beban pada dongkrak sama dengan perbandingan luas silinder tekan dengan luas silinder beban .

Rumus pada dongkrak hidrolik dan mesinnya .

F1

A1 = F2

A2 Ket : F1 = Gaya tekan untuk beban

F2 = Berat beban

A1 = Luas penampang silinder tekan

A2 = Luas penampang silinder beban

2.Rem hidrolik

Prinsip kerja rem hidrolik sama dengan prinsip kerja mesin pengangkat mobil atau dongkrak hidrolik.Perbandingan luas silinder utama dengan silinder rem menentukan keuntungan mekanik.Semakin besar keuntungan mekanik,semakin ringan saat menginjak pedal rem .

B.Penerapan Hukum Archimedes .

1.Mengapung,Melayang,dan Tenggelam .

a)Mengapung

Benda mengapung jika gaya apung lebih besar daripada berat benda.Syarat benda mengapung :

ρF ¿ ρb

Ket :

ρF = Massa jenis fluida ( kg/m3 )

ρb = Massa jenis benda ( kg/m3 )

b) Melayang

Benda akan melayang jika gaya apung sama dengan berat benda .

Syarat benda melayang : ρF = ρb

C )Tenggelam

Benda akan tenggelam jika gaya apung lebih kecil daripada berat benda .

B ¿ W

ρF gV b ¿ ρb gV b

ρF ¿ ρb

Contoh soal :

1.Sebuah gabus memiliki kerapatan 250 kg/m3 dan volume 8cm3 dimasukkan ke dalam air.Jika kerapatan air 1000 kg/m3 , tentukan volume gabus yang tenggelam .

Penyelesaian :

Dik : Gabus dalam air Dit : V g (Volume gabus yang tenggelam ) ?

V = 8 cm3

ρg = 250 kg/m3

ρair = 1000 kg/m3

Jawab :

B = w

ρa gV g & = ρggV g

V g& = ( ρgρa ) V g = ( 250kg /m3

1000kg /m3 ) (8cm3 )

= 2 cm3

2.Hidrometer

Hidrometer diunakan untuk mengukur massa jenis atau kerapatan fluida,khususnya zat cair.Sebuah hydrometer dengan panjang L,luas penampang A,dan massanya M,maka massa jenis hydrometer dalam g/cm3.

ρh = mv

= mAL

Ketika ditempatkan di air,Hidrometer akan seimbang saat mAL

bagian volumenya

tebenam.Karena hidrometer dengan panjang sama, maka panjang hydrometer yang terbenam :

X = ρL = ( mAL ) L = mA

Contoh soal :

Sebuah hydrometer dengan panjang 15 cm,Massa 20 g,dan luas penampang 1,44 cm2.Dimana tanda strip 1,00 dituliskan ?

Penyelesaian :

X = MA

= 20,0 g

1,44cm2 = 13,9

Jadi,tanda strip 1,00 dituliskan pada 13,9 dari ujung.

3.Kapal laut

Kapal laut dibuat berongga ,sehingga volume kapal menjadi besar,akibatnya volume air yang dipindahkan juga besar.Dengan demikian gaya apung kapal juga besar,maka kapal tidak tenggelam,kapal yang saraf penampang akan lebih besar volume kapal tenggelam dari pada volume kapal kosong.

4.Kapal Selam

Kapal selam memiliki rongga atau tangki yang dilengkapi dengan katup air dan katup udara.Supaya dapat tenggelam,maka katup air pada tangki dibuka sehingga air masuk dan udara dikeluarkan melewati katup udara.Akibatnya,kapal bertambah berat sehingga gaya apung lebih kecil dari gaya beratnya,akibatnya kapal menyelam.Sebaliknya untuk dapat muncul lagi dipermukaan , air dalam tangki dipompa dan udara masuk lewat katup udara ke dalamnya.Dengan cara ini gaya apung lebih besar daripada berat kapal,sehingga kapal terapung.

B.Fluida Dinamis

Hidrodinamika meupakan ilmu yang mempelajari tentang fluida bergerak.Sebelum mempelajari fluida bergerak perlu diketahui fluida ideal dan jenis-jenis aliran fluida.

1.Fluida Ideal

Fluida ideal yaitu fluida yang tidak kompresibel,berpindah tanpa mengalami gesekan,dan alirannya stationer.

a. Tidak kompresibel,artinya bahwa dengan adanya perubahan tekanan,volume fluida tidak berubah.

b. Tidak mengalami gesekan,artinya bahwa pada saat fluida mengalir,gesekan antara fluida dengan dinding tempat mengalir dapat diabadikan.

c. Aliran stasioner,artinya tiap partikel fluida mempunyai garis alir tertentu dan untuk luas penampang yang sama mempunyai laju aliran yang sama.

2.Jenis aliran Fluida

Ada beberapa jenis aliran fluida.Lintasan yang ditempuh suatu fluida yang sedang bergerak disebut garis alir.Berikut ini beberapa jenis aliran fluida.

a. Aliran lurus atau lamier yaitu aliran fluida mulus.Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus.Pada aliran ini partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan lintasan ini tidak saling bersilangan.Aliran laminar dijumpai pada air yang dialirkan melalui pipa atau silang.

b. Aliran turbulen yaitu yang ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran tak menentu dan menyerupai pusaran.Aliran turbulen serimg di jumpai di sungai-sungai dan selokan-selokan.

3.Persamaan Kontinuitas

Debit aliran yaitu besaran yang merupakan laju volume atau jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu.

Rumus :

Q =∆v∆ t

Ket : Q = Debit aliran ( m3/s )

∆ v = Perubahan volume fluida (m3 )

∆ t = Selang waktu ( S )

Mengingat volume fluida yang mengalir merupakan perkalian antara luas penampang dengan jarak aliran fluida debit dirumuskan :

Q = Av Ket : A = Luas penampang pipa ( m2 )

V = Laju aliran fluida ( m/s )

Dengan persamaan kontinuitas ditulis :

Q1 = Q2 = A1 V 1 = A2 V 2 =V 1

t1 = V 2

t 2

Contoh soal :

1.Air mengalir melalui pipa yang berdiameter 10cm dengan kelajuan 2m/s .Berapakah debit air tersebut.

Penyelesaian :

Dik : d = 10 cm Dit : Q …………. ?

r = 5 cm = 0,05 m

v = 2 m/s

Jawab :

Q = Av

= (π r2 ) v

= ( 3,14 ) (0,05 m ¿¿2 ( 2 m/s )

= 0,0157 m3/s .

2.Apabila A1 : A2 = 10 : 1 , dan kecepatan air yang keluar dari A2.Sebesar 5 m/s.Debit aliran air tersebut sebesar ……….. Liter/sekon.

Penyelesaian :

Dik : A1 = 10 cm2 = 0,001 m2 Dit : V 1 ……….. ?

A2 = cm2 = 0,0001 m2

V 2 = 5 m/s

Jawab :

V 1 = A2

A1 .V 2

= 0,00010,001

. 5

= 0,5

4.Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli menyatakan hubungan bersaran fluida dalam pipa antara tekanan,ketinggian,dan laju dinamika.

Hukum Bernoulli dirumuskan :

P + ρgh + 12

pv2 = konstan

Ket :

P = Tekanan (Pa )

ρ = Massa jenis fluida ( kg/m3 )

h = Tinggi pipa ( m )

v = Laju fluida (m/s )

g = Percepatan Gravitasi bumi ( m/s2 )

Contoh soal :

1.Sebuah tempat air diberi lubang kecil di bawahnya jika jarak permukaan air dengan lubang 1,8 m dan g = 10 m/s2 ,Tentukan kecepatan air yang keluar dari lubang ?

Penyelesaian :

P1 + 12

ρ V 12 + ρ gh = P2 +

12

ρ V 22 + ρ gh2

P1 = P2 , V 1 = 0, dan h2 = 0 , sehingga ρ gh1 = 12

ρV 22

gh1= 12

V 22 ( h1 = 1,8 m )

V 2 = √ 2 gh1

g = √ 2 .10 .1,8

10 = √36 = 6 m/s

2.Air mengalir melalui sebuah pipa yang berbentuk corong garis tengah lubang corong tempat air masuk 30 cm,sedangkan garis tengah lubang corong tempat air keluar 15 cm.Daripada pusat lubang pipa yang kecil lebih rendah 60 cm.Daripada pusat lubang yang besar kecepatan aliran air dalam pipa itu 140 liter/s.Sedangkan tekanannya pada lubang yang besar 77,5 cm Hg.Berapakah tekanannya pada lubang yang kecil ?

Penyelesaian :

Dik : r1 = 15 cm Dit : P2 …………. ?

r1 = 7,5 cm

( h1– h2 ) = 60cm

P1 = 77,5 cm H g

Q2 = 140 L/S

Jawab : P1 + 12

ρ V 12 + ρ gh1 = P2 +

12

ρ V 22 + ρgh2

Q1 = A2 . V 2 P1 = P2,V 1=0, dan h2 = 0, sehingga

140 = π ( 7,5¿¿2 ρgh1 = 12

ρV 22

V 2 = 140000π ¿¿ = 793 cm/s gh1 =

12

V 22 ( h1 = 1,8 m )

A1 V 1 = A2 V 2 V 2 = √ 2 gh1

g = √ 2.10 .1,8

10 = √36 = 6 m/s

π (15¿¿2 V 1 = π ( 7,5¿¿2 793

V 1 = 198 cm/s

2.Air mengalir melalui sebuah pipa yang berbentuk corong.Garis tengah lubang corong tempat air masuk 30 cm,sedangkan garis tengah, lubang corong tempat air keluar 15cm.Letak pusat lubang pipa yang kecil lebih rendah 60cm daripada pusat lubang yang besar .Kecepatan aliran air dalam pipa itu 140 liter/s,sedangkan tekanannya pada lubang yang besar 77,5 cm hg.Berapakah tekanannya pada lubang yang kecil ?

Penyelesaian :

Dik : r1 = 15 cm Dit : P2 ……………….. ?

r2 = 7,5 cm

( h1 - h2 ) = 60 cm

P1 = 77,5 cm hg

Q2 = 140 L/s

Jawab :

Q1 = A2 V 2

140 = π ( 7,5¿¿2 V 2

V 2 = 140000π ¿¿ = 793 cm/s

A1 V 1 = A2 V 2

V 1= 198 cm/s

P1 + 12

ρgh1 = P2+ 12

ρV 22 + ρg h2

P2 = P1 + 12

ρV 12 + ρgh1 -

12

ρV 22 - ρgh2 - ρg h2

P2 = 77,5 + 12

( 1982 - 7932 ) + 980 ( 60 )

P2 = 59,9 cmHg

5.Penerapan Hukum Dasar Fluida Dinamis Pada Masalah Fisika Sehari-Hari.

a. Persamaan Kontinuitas

1.Slang Penyemprotan

Ujung slang di tekan yang berarti memperkecil penampang agar diperoleh laju aliran yang lebih besar.

2.Penyempitan Pembuluh Darah

Pada penyempitan pembuluh darah yang mengalami penyempitan,laju aliran darah pada pembuluh yang , menyempit akan lebih besar daripada laju aliran pada pembuluh normal.

b.Penerapan Hukum Bernouli

1.Teorema Toricelli ( Laju Efflux )

Laju air yang menyembur dari lubang sama dengan air yang jatuh bebas dari ketinggian h.Laju air yang menyembur dari lubang dinamakan laju efflux.Fenomena ini dinamakan dengan teorema Toricelli.

V 2 = √2gh

Ket : V = laju air (m/s)

g = Percepatan gravitasi bumi ( m/s2)

h = Vietinggian (m)

2.Efek Venturi

Efek Venturi terjadi pada fluida yang mengalir melalui sebuah pipa yang menyempit kemudian melebar lagi pada ketinggian yang sama .

Efek Venturi menyatakan : Bila laju fluida bertambah,tekanan berkurang.

P + 12

ρV 2 = Konstan

Ket : P = tekanan ( Pa )

ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

h = laju fluida (m/s)

Contoh soal :

Minyak dengan kerapatan 800 kg/m3 mengalir pada tabung Venturi dengan laju 2 m/s pada tekanan 100kPa.Bagian menyempit memiliki jari-jari separuh jari-jari yang besar .Tentukan :

a.Kecepatan di pipa yang sempit,

b.Tekanan di pipa yang lebih sempit,

Penyelesaian :

Dik : Aliran minyak pada tabung Venturi Dit : a.V 2 ……….. ?

ρ = 800 kg/m3 b. P2……….. ?

v = 2 m/s

P1 = 100 kPa

r2 = 12

r1

Jawab :

a.Laju minyak di pipa sempit b.Tekanan pada pipa sempit

A2 V 2 = A1 V 1 P1 + 12

ρV 12 = P2 +

12

ρV 22

π r22 V 2 = π r1

2 V 1 P2 = P1 + 12

ρ ( V 12 - V 2

2 )

V 2 = ( r1

r2)2 V 1 = 100 kPa +

12

( 800 kg/m3 ) (2 m/s¿¿2 - (8 m/s)

=( r1

12 r1

)2 (2m /s ) = 100 kPa – 24 kPa

= 8 m/s = 76 kPa

3.Venturimeter

Venturimeter merupakan alat pengukur laju aliran suatu fluida dalam sebuah pipa.Venturimeter ada dua macam,yaitu Venturimeter tanpa manometer dan Venturimeter dengan manometer.

a.Venturimeter tanpa manometer

V 1 = A2 √ 2 ρHg ghρf (A1

2−A22)

Ket : V 1 = Laju fluida pada penampang besar (m/s)

A1 = Luas penampang besar ( m2 )

A2 = Luas penampang kecil ( m2 )

ρf = massa jenis fluida ( kg/m3)

ρHg = massa jenis Hg ( kg/m3)

h = Selisih tinggi permukaan Hg (m)

Contoh soal :

Tabung pitot digunakan untuk mengukur laju gas dalam implantasi ion.Jika massa jenis zat cair 4000 kg/m3,percepatan gravitasi 10 m/s,dan selisih ketinggian zat cair pada pipa U mencapai 25 cm serta massa jenis gas 100kg/m3 , maka tentukan laju gas tersebut ?

Penyelesaian :

Dik : ρHg = 4000 kg/m3 Dit : V ……………… ?

g = 10 m/s2

h = 25 cm = 0,25 m

ρf = 100 kg/m3

Jawab :

V = √2 ρHg gh

= √2 (4000 ) (10 )(0,25)

= √200

= 10√2 m/s

b.Venturimeter tanpa manometer

V 1 = A2 √ 2∆ Pρf ¿¿

¿

Ket : ∆ P = Selisih tekanan ( n/m2)

4.Tabung pilot

Tabung pilot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara.Alat ini dilengkapi dengan manometer raksa.

Kelajuan aliran fluida dirumuskan :

V = √ 2 ghρ*ρ

Ket : V = Kecepatan udara ( m/s )

g = Percepatan gravitasi ( m/s2 )

h = Beda tinggi zat cair manometer ( m )

ρ = massa jenis udara yang mengalir ( kg/m3 )

ρ = massa jenis zat cair manometer ( kg/m3 )

Contoh soal :

1.Sebuah pipa pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran udara yang melalui sebuah terowongan.Pipa pitot itu dilengkapi dengan ,manometer alcohol ( ρ = 800 kg/m3 ¿.Apabila ternyata beda tinggi pada kedua kaki manometer 18 cm dan massa jenis udara 1,2 kg/m3

,berapakah kecepatan aliran udara tersbut ? ( g =10 m/s2 )

Penyelesaian :

Dik : ρudara = 1,2 kg/m3 Dit : V ……………… ?

ρalkohol = 800 kg/m3

h = 18 cm = 0,18m

g = 10 m/s2

Jawab :

V = √ 2 gh ρalkoholρudara

= √ 2(10m

s2 ) (0,18m )(800kg /m3)

1,2kg/m3

= √2.400 = 20 √6 m/s

5.Penyemprot

Tekanan pada udara yang bertiup dengan laju tinggi diatas tabung vertical penyemprot parfum lebih kecil daripada tekanan udara normal yang bekerja pada permukaan cairan didalam botol tersebut.Akibatnya parfum di dorong ke atas tabung karena tekanan yang diperkecil di atasnya.

6.Gaya Angkat Pada Sayap Pesawat Terbang

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat bagian sisi atas lebih besar daripada bagian sisi bawah.

F1 - F2 = 12

ρ ( V 22 - V 1

2 ) A

Ket :

F1 = Gaya pada bagian bawah sayap ( N )

F2 = Gaya pada bagian atas sayap ( N )

ρ = Massa jenis udara bagian bawah sayap ( m/s )

V 1 = Kelajuan udara bagian bawah sayap ( m/s )

V 2 = Kelajuan udara bagian atas sayap ( m/s )

A = Luas penampang sayap ( m2 )

Contoh soal :

1.Sebuah pesawat terbang yang mempunyai sayap dengan tertentu.Apabila kelajuan alian udara di bagian atas dan di bagian bawah sayap berturut-turut 340 m/s dan 300 m/s,tentukan gaya angkat pesawat terbang tersebut ! ( ρudara = 1,3 kg/m3 )

Penyelesaian :

Dik : A = 80 m2 Dit : gaya angkat pesawat terbang ( F1 -F2 )

V 1 = 300 m/s

V 2 = 340 m/s

ρudara = 1,3 kg/m3

Jawab :

F1 - F2 = 12

ρ ( V 22 - V 1

2 ) A

= 12

( 1,3 ) ( 340 ) – ( 300 ) ( 80 )

= 1,33 X 106 n