10 Soal Essay Fluida Statis dan Dinamis, beserta jawaban pembahasan

Hai teman-teman, di bawah ini akan disajikan 10 Soal Essay Fluida Statis dan Dinamis, beserta jawaban pembahasan. Semoga saja 10 Soal Essay Fluida Statis dan Dinamis, beserta jawaban pembahasan ini memberikan banyak manfaat untuk kita semua.

Soal No. 1)  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)
Jawaban
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 = …?
Pembahasan:
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.
Soal No. 2)  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 ….
Jawaban:
Gaya Archimedes = berat di udara – berat di air
FA = Wdiudara – W di fluida
ρ.g.Vbenda yang tercelup  = 25 – 15
1000.10.V = 10
V = 10-3
—————————————————————
ρ = m/v
ρ = 2,5/10-3
ρ = 2,5.10kg/m³
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

Jawaban
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) 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)
Jawaban:
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.
Soal No. 5)  Gaya Archimedes yang bekerja pada benda saat dimasukkan ke dalam fluida ditentukan oleh
Jawaban:
sesuai dengan rumus gaya archimedes:
F = ρ.g.Vbenda yang tercelup
F = gaya archimedes
ρ = massa jenis benda
Vbenda yang tercelup = volume banda yang tercelup di dalam fluida/ cairan
Soal No. 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?
Jawaban:
Diketahui:
h = 85 cm
h2 = 40 cm
g = 10 m/s2
Ditanyakan:
v = …?
Pembahasan
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.
Soal No. 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!

Jawaban:
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.

Soal No. 8) 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 …
Jawaban:
gaya achimedes air = berat ban + berat beban
 ρ.g.V =  m.g + m.g
1000 . 0,1 = 1 + m
m = 99 kg

Soal No. 9) Sebuah gabus dimasukkan dalam air ternyata 75 % volume gabus tercelup dalam air, maka massa jenis gabus adalah ….

Jawaban:

 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
Soal No. 10) 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?
Jawaban:
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 Contoh Soal Essay Fisika ( Fluida Dinamis) dan Jawaban

Hai kawan-kawan, admin akan memberikan 10 Contoh Soal Essay Fisika ( Fluida Dinamis) dan Jawaban. Semoga 10 Contoh Soal Essay Fisika ( Fluida Dinamis) dan Jawaban ini bermanfaat banyak untuk kita semua.

Soal No. 1). 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 105 Pa. Tentukan :
a) Kecepatan air pada pipa kecil
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
c) Tekanan pada pipa kecil
(ρair = 1000 kg/m3)

Jawaban
Data :
h1 = 5 m
h2 = 1 m
v1 = 36 km/jam = 10 m/s
P1 = 9,1 x 105 Pa
A1 : A2 = 4 : 1

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

b) Selisih tekanan pada kedua pipa
Dari Persamaan Bernoulli :
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1)
P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5)
P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000
P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecil
P1 − P2 = 7,1 x 105
9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105
P2 = 2,0 x 105 Pa

Soal No. 2). Ahmad 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 air
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Jawaban
Data :
A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2
v2 = 10 m/s

a) Debit air
Q = A2v2 = (2 x 10−4)(10)
Q = 2 x 10−3 m3/s

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
Data :
V = 20 liter = 20 x 10−3 m3
Q = 2 x 10−3 m3/s
t = V / Q
t = ( 20 x 10−3 m3)/(2 x 10−3 m3/s )
t = 10 sekon

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

Jawaban
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). Pipa 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!

Jawaban
Persamaan kontinuitas
A1v1 = A2v2
(5)(15) = (2) v2
v2 = 37,5 m/s

Soal No. 5). Untuk 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 besar
b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil

Jawaban
Rumus kecepatan fluida memasuki pipa venturimetar pada soal di atas

v1 = A2√ [(2gh) : (A12 − A22) ]

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

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil
A1v1 = A2v2
(3 / 2)(5) = (v2)(3)
v2 = 2,5 m/s

Soal No. 6). Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran. Jika g = 10 ms-2, maka kecepatan semburan air dari kran adalah…

Jawaban

Diketahui :

Ketinggian (h) = 85 cm – 40 cm = 45 cm = 0,45 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kecepatan semburan air dari kran (v)

Teorema Torricelli menyatakan bahwa kecepatan semburan air melalui lubang yang berjarak h dari permukaan air sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h.

Kecepatan semburan air dihitung menggunakan rumus gerak jatuh bebas vt2 = 2 g h

vt2 = 2 g h = 2(10)(0,45) = 9

vt = √9 = 3 m/s

Jawaban yang benar adalah A.

Soal No. 7). Sebuah bak penampungan berisi air dan pada dinding terdapat lubang. Kelajuan air saat keluar dari lubang tersebut adalah… (g = 10 ms-2)

Pembahasan

Diketahui :

Ketinggian (h) = 1,5 m – 0,25 m = 1,25 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)

Jawaban :

vt2 = 2 g h = 2(10)(1,25) = 25

vt = √25 = 5 m/s

Soal No. 8). 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….

Jawaban
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:
D1 = 12 cm
D2 = 8 cm
v1 = 10 cm/s
v2 = ……..

 

Soal No. 9). Perhatikan gambar!

Jawaban:
Persamaan kontinuitas
Data soal:
V1 = 4
D1 = 2
D2 = 1
V2 =…?

Soal No. 10). 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!

Jawaban
Gaya angkat pada sayap pesawat:

dimana:
A = luas total penampang sayap
ρ = massa jenis udara
νa = kelajuan aliran udara di atas sayap
νb = kelajuan aliran udara di bawah sayap
F = 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:
νa = 250 m/s
νb = 200 m/s
Massa jenis udara
ρ = 1,2 kg/m3
F =…..

 

 

Contoh Soal Essay dan Jawaban Fisika Fluida Dinamis

Hai kawan-kawan, berikut ini akan diberikan contoh Soal Essay dan Jawaban Fisika Fluida Dinamis. Semoga contoh Soal Essay dan Jawaban Fisika Fluida Dinamis ini bermanfaat banyak.

Yang dimaksud Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).

Sebutkan Ciri-Ciri Fluida Dinamis!

  • aliran fluida adalah aliran stsioner yaitu kecepatan dan arah gerak partikel pluida yang melalui suatu titik tertentu selalu tetap
  • tak bergantung waktu (tunak), artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu, dan membentuk aliran leminer (berlapis)
  • fluid dianggap tidak kompetibel
  • fluid dianggap bergerak tanpa gesekan, walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan)

Soal No. 1). Suatu pipa mengalirkan air dengan debit 0,2 m3/s. Massa air yang keluar dari pipa tersebut selama 5 s adalah ….

Jawaban:

Q0,2V=Vt=V5=1m2

Massa jenis air ρ = 1000 kg/m3, maka masa air yang keluar :

ρ1000m=mV=m1=1.000kg

Soal No. 2). Perhatikan gambar berikut.
fluida dinamis
Besar kecepatan air yang mengalir pada penampang 1 (v1) jika besar v2 = 10 m/s adalah ….

Jawaban:

Dengan menggunakan persamaan kontinuitas :

Q1A1v114πd21v1d21v162v1v1=Q2=A2v2=14πd22v2=d22v2=3210=9036=2,5m/s

Soal No. 3). Sebuah selang dengan luas penampang 2 cm2 mengalirkan air dengan kecepatan 4 m/s. Selang tersebut diarahkan vertikal dan ujungnya diperkecil hingga luas penampangnya menjadi 12 kalinya. Tinggi maksimum yang dapat dicapai air adalah ….

Jawaban:

A1v124v2=A2v2=(122)v2=8m/s

Tinggi maksimum yang dicapai air :

v2t0220hh=v2o2gh=82210h=64=6420=3,2m

Soal No. 4). Perhatikan gambar berikut.
fluida dinamis tangki bocor
Gambar tersebut memperlihatkan air yang memancar dari sebuah tangki air yang diletakkan pada suatu ketinggian tertentu. Besar x pada gambar tersebut adalah ….

Jawaban
Diketahui :
h1 = 80 cm = 0,8 m
h2 = 18 cm = 0,18 m

v=2gh1−−−−√=2100,8−−−−−−−−√=16−−√=4m/s

Waktu yang dibutuhkan air untuk jatuh ke tanah :

h21,81,8t2=12gt2=1210t2=5t2=0,36t=0,6s

Besar x pada gambar :

x=vt=40,6=2,4m

Soal No. 5). Gambar berikut memperlihatkan air yang mengalir melewati pipa venturimeter.
pipa venturi tanpa manometer
Jika luas A1 dan A2 berturut-turut 5 cm2 dan 4 cm2, kecepatan air pada luasan yang lebih kecil adalah ….

Jawaban:
Menggunakan rumus pipa venturi tanpa manometer

v1=2gh(A21A221)−−−−−−−−⎷=2100,8(52421)−−−−−−−−−⎷=16(25161)−−−−−−−−√=16916−−−√=434=163m/s

Kecepatan air pada luasan yang lebih kecil :

v1A11655v2=v2A2=v24=6,67m/s

Soal No. 6).  Tekanan yang dibutuhkan oleh sebuah pompa yang diletakkan di atas tanah untuk menghantarkan air pada ketinggian 5 m di atas tanah agar dapat keluar dengan kecepatan 2 m/s adalah sebesar ….

Jawaban

P1=ρgh2+12ρv22=1000105+12100022=50.000+2.000=5,2×104Pa

Soal No. 7). Perhatikan gambar berikut.
sayap pesawat terbang
Gambar tersebut menunjukkan penampang melintang sebuah sayap pesawat. Hal yang menyebabkan sayap pesawat terangkat ke atas adalah …

Jawaban:
Agar pesawat terbang dapat terangkat ke atas maka kecepatan aliran udara di atas sayap harus lebih besar daripada kecepatan aliran udara di bawah sayap. Sehingga tekanan udara di bawah sayap lebih besar dari pada tekanan udara di atas sayap.

Soal No. 8). Perhatikan gambar berikut.
fluida dinamis
Jika luas penampang A adalah dua kali penampang B, maka vBvA sama dengan ….

Jawaban
Menggunakan rumus kontinuitas

AAvAvBvA=A2v2=AAAB=2ABABv2=2

Soal No. 9). Sebuah pipa silinder mempunyai dua macam penampang masing-masing dengan luas 300 mm2 dan 200 mm2. Pipa tersebut diletakkan secara mendatar, sedangkan air di dalamnya mengalir dari penampang besar ke penampang kecil. Apabila kecepatan air pada penampang besar 3 m/s, kecepatan air pada penampang kecil adalah ….

Jawaban:
Menggunakan rumus kontinuitas :

A1v13003v2=A2v2=200v2=4,5m/s