KELAS : XI IPA
Disusun oleh Nurkhodijah
KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KI 2 : Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli, santun, ramah lingkungan, gotong royong, kerjasama, cinta damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak
terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di
sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
1.1
Bertambah keimanannya dengan menyadari hubungan keteraturan dan kompleksitas alam dan jagad raya terhadap kebesaran Tuhan yang menciptakannya Indicator : 1.1.1 Mengerjakan shalat duha saat istirahat 1.1.2
Ikut
melaksanakan
hapalan
suroh
pada
waktu
yang
dijadwalkan 1.1.3 Mengucapkan salam saat masuk dan keluar dari kelas 1.1.4 melaksanakan shalat berjamaah saat waktu yang dijadwalkan 1.2
Menyadari kebesaran Tuhan yang mengatur karakteristik benda titik dan benda tegar,fluida,gas dan gejala gelombang Indicator : 1.2.1 Mengucapkan istigfar saat ada bencana alam 1.2.2Bersukur terhadap tuhan atas apa yang dicapainya
2.1
Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan dan berdiskusi Indicator: 2.1.1 Berpartisivasi dalam kelompok 2.1.2 Mengerjakan tugas tanpa mencontek 2.1.3 Bertanggung jawab terhadap kesalahan yang dibuatnya 2.1.4Membuang sampah pada tempatnya 2.1.5 Benanyakan kepada guru atau teman saat ad yang tidak di pahami
2.2
Menghargai kerja individu dan kelompok dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi melaksanakan percobaan dan melaporkan hasil percobaan 2.2.1 menghargai pendapat temannya yang melakukan kritik atau saran dan sebagainya 2.2.2 ikut mengerjakan tugas kelompok 2.2.3mengumpulkan hasil laporan percobaan
3.7
Menerapkan prinsip fluida dinamik dalam tegnologi
Indikator : 3.7.1 Menyebutkan
hukum – hukum yang terkait dengan frinsip fluida
dinamik 3.7.2 Mencontohkan prinsip kontinuitas, dan hukum bernauli 3.7.3 Memahami pengertian kontinuitas,dan asas bernauli . 3.7. 4 Menjelaskan persamaan prinsip kontinuitas dan asas bernauli 3.7.5 Membedakan prinsip kontinuitas, dan asas bernauli. 3.7.6 Mendiskusikan hukum-hukum fluida dinamik dan penerapannya dalam tegnologi 3.7.7 Menjabarkan perumusan dari prinsip kontinuitas dan asas bernauli 3.7.8 Menyimpulkan prinsip kontinuitas,dan asas bernauli 3.7.9 Menugaskan siswa untuk menjelaskan tentang
penerapan
fluida
dinamik dalam tegnologi 3.7.10. Memecahkan soal yang berkaitan dengan fluida dinamik dalam tegnologi
4.1Memodifikasi ide/gagasan proyek sederhana yang menerapkan prinsif fluida dinamik 4.1.1 Menerapkan konsep tekanan kontinuitas, dan asas bernauli melalui percobaan 4.1.2 Mengolah data hasil percobaan kontinuitas dan azas bernaulli 4.1.3 Menganalisis data hasil percobaan prinsip kontinuitas dan azas bernaulli 4.1. 4 Menyimpulkan hasil percobaan prinsip kontinuitas dan azas bernaulli
FLUIDA DINAMIS Pada subbab ini Anda akan mempelajari hukum-hukum Fisika yang berlaku pada fluida bergerak (dinamis). Pada pembahasan mengenai fluida statis, Anda telah memahami bahwa hukum-hukum Fisika tentang fluida dalam keadaan statis bergantung pada massa jenis dan kedalaman titik pengamatan dari permukaan fluida. Tahukah Anda besaran-besaran yang berperan pada fluida dinamis? Untuk mengetahuinya, pelajarilah bahasan dalam subbab ini.
Pengertian dan definisi Fluida. Fluida adalah iatilah yang digunakan untuk menyebut segala jenis zat yang dapat mengalir. Baik itu dalam bentuk cairan ataupun gas, selama bisa mengalir maka akan di sebut fluida. Hampir semua bentuk air dan gas disebut fluida. Karena zat cair dan gas memiliki sifat fisik yang sama, yaitu dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Contoh fluida yang paling sederhana adalah air dan udara.
Fluida dinamis adalah fluida yang berada dalam kondisi bergerak atau mengalir. Contohnya adalah aliran air, angin, dll. Fluida dinamis merupakan salah satu jenis sumberdaya alam yang dapat dimanipulasi dan rekayasa untuk kesejahteraan umat. Karena begitu pentingnya zat fluida dalam menunjang kehidupan manusia, maka ilmu fisika memberikan perhatikan khusus dalam mempelajari tentang fluida dan hal-hal yang berhubungan dengannya.
1. Persamaan Kontinuitas Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka: Debit a liran 1 = Debit aliran 2, atau
Gambar (1).fluida yang mengalir Dalam mempelajari materi fluida dinamis, suatu fluida dianggap sebagai fluida ideal. Fluida ideal adalah fluida yang memiliki ciri-ciri berikut ini.
a. Fluida tidak dapat dimampatkan (incompressible), yaitu volume dan massa jenis fluida tidak berubah akibat tekanan yang diberikan kepadanya. b. Fluida tidak mengalami gesekan dengan dinding tempat fluida tersebut mengalir. c. Kecepatan aliran fluida bersifat laminer, yaitu kecepatan aliran fluida di sembarang titik berubah terhadap waktu sehingga tidak ada fluida yang memotong atau mendahului titik lainnya. Jika lintasan sebuah titik dalam aliran fluida ideal dilukiskan, akandiperoleh suatu garis yang disebut
Perhatikanlah Gambar 7.25. Suatu fluida ideal mengalir di dalam pipa. Setiap partikel fluida tersebut akan mengalir mengikuti garis aliran laminernya dan tidak dapat berpindah atau berpotongan dengan garis aliran yang lain.
Pada kenyataannya, Anda akan sulit menemukan fluida ideal. Sebagian besar aliran fluida di alam bersifat turbulen (turbulent flow). Garis aliran turbulen memiliki kecepatan aliran yang berbeda-beda di setiap titik.Debit aliran adalah besaran yang menunjukkan volume fluida yang mengalir melalui suatu penampang setiap satuan waktu. Secara matematis,persamaannya dituliskan sebagai berikut.
=
V t
=A
(1.1)
dengan:V = volume fluida yang mengalir (m3), t = waktu (s), A = luas penampang (m2),
v = kecepatan aliran (m/s), dan =
2
Q = debit aliran fluida (m3/s).
Untuk fluida sempurna (ideal), yaitu zat alir yang tidak dapat dimampatkan dan tidak memiliki kekentalan (viskositas), hasil kali laju aliran fluida dengan luas penampangnya selalu tetap. Secara matematis, dituliskan sebagai berikut:
1 1
=
2
(1.2)
Contoh
Contoh
Sebuah pipa lurus memiliki dua macam penampang, masing-masing
dengan
luaspenampang 200 m m2 dan 100 mm2. Pipa tersebut diletakkan secara horisontal,sedangkan air di dalamnya mengalir dari penampang besar ke penampang kecil.Jika kecepatan arus di penampang besar adalah 2 m/s, tentukanlah: a. kecepatan arus air di penampang kecil, dan b. volume air yang mengalir setiap menit. Jawab: Diketahui: A1 = 200 mm2, A2 = 100 mm2, dan v1= 2 m/s.
a.
1 1
=
2 2
(200 mm2) (2 m/s) = (100 mm2)v2 2 =
b.
4 m/s
=
V
t
=A
Av → V = Avt= (200 × 10– 6 m2) (2 m/s) (60 s) = 24 × 10 – 3 m3
2. Persamaan Bernoulli Perhatikanlah Gambar 7.27. Suatu fluida bergerak dari titik A yangketinggiannya h1 dari permukaan tanah ke titik B yang ketinggiannya h2 dari permukaan tanah. Pada pelajaran sebelumnya, Anda telah mempelajari
Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada suatu benda. Misalnya, pada benda yang jatuh dari ketinggian tertentu dan pada anak panah yang lepas dari busurnya. Hukum Kekekalan Energi Mekanik juga berlaku pada fluida yang bergerak, seperti pada Gambar 7.27. Menurut penelitian Bernoulli, suatu fluida yang bergerak mengubah energinya menjadi tekanan.
Secara lengkap, Hukum
Bernoulli menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi
kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal.Persamaan matematisnya, dituliskan sebagai berikut.
+
1
2
2
p1 +
+ ρgh = constant
1 2
1
2
+ ρgh1 = p2 +
dengan:
1 2
(2.1) 2
2
+ ρgh2
p = tekanan (N/m2), v = kecepatan aliran fluida (m/s), g = percepatan gravitasi (m/s2), h = ketinggian pipa dari tanah (m), dan ρ = massa jenis fluida.
(2.2)
3. Penerapan Persamaan Bernoulli
Hukum Bernoulli diterapkan dalam berbagai peralatan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut uraian mengenai cara kerja beberapa alat yang menerapkan Hukum Bernoulli.
a. Alat Ukur Venturi Alat ukur venturi (venturimeter) dipasang dalam suatu pipa aliran untuk mengukur laju aliran suatu zat cair. Suatu zat cair dengan massa jenis ρ mengalir melalui sebuah pipa dengan luas penampang A1 pada daerah (1). Pada daerah (2), luas penampang mengecil menjadi A2. Suatu tabung manometer (pipa U) berisi zat cair lain (raksa) dengan massa jenis ρ' dipasang pada pipa. Perhatikan Gambar 7.28.Kecepatan aliran zat cair di dalam pipa dapat diukur dengan persamaan.
−
2 ρ′ ρ gh
= A2
−
2 ρ(A 2 1 A2 )
(2.3)
Contoh
Pipa venturi meter yang memiliki luas penampang masing-masing 8 × 10 – 2 m2 dan 5 × 10 – 3 m2 digunakan untuk mengukur kelajuan air. Jika beda ketinggian air raksa di dalam kedua manometer adalah 0,2 m dan g = 10 m/s2, tentukanlah kelajuan air tersebut ( ρ raksa = 13.600 kg/m3). Jawab Diketahui: A1 = 8 × 10 – 2 m2, A2 = 8 × 10 – 3 m2, h = 0,2 m, dan g = 10 m/s2
= A2
ρ ρ′ −ρ − 2
−
2 13.600
gh
(A 21 A 22 )
= 5x10
3
1000
Kg 3 m
−
− − −
1000
Kg 3 m
Kg 3 (8x10 2 m )2 m
10m/s 2 (0.2m) (5x10 3 )2
.=0.44 m/s
b. Tabung Pitot (Pipa ra ) Tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran suatu gas di dalam sebuah pipa. Perhatikanlah Gambar 7.29. Misalnya udara, mengalir melalui tabung A dengan kecepatan v. Kelajuan udara v di dalam pipa dapat ditentukan dengan persamaan
2 ρ′ gh
=
ρ
(2.4)
b. Gaya Angkat pada Sayap Pesawat Terbang Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian atasnya lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk sayap tersebut menyebabkan kecepatan aliran udara bagian atas lebih besar daripada di bagian bawah sehingga tekanan udara di bawah sayap lebih besar daripada di atas sayap. Hal ini menyebabkan timbulnya daya angkat pada sayap pesawat. Agar daya angkat yang ditimbulkan pada pesawat semakin besar, sayap pesawat dimiringkan sebesar sudut tertentu terhadap arah aliran udara. Perhatikanlah Gambar 7.30.
− − 1
2
=
1
(
2
2 2
2 1 )
(2.5)
dengan:
F1 – F2= gaya angkat pesawat terbang (N), A = luas penampang sayap pesawat (m2),
v1= kecepatan udara di bagian bawah sayap (m =
2
/s),
v2= kecepatan udara di bagian atas sayap (m/s), dan ρ = massa jenis fluida (udara). Contoh
Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yang melalui bagian atas dan bagian bawah sayap pesawat yang luas permukaannya 50m2 bergerak dengan kelajuan masing-masing 320 m/s dan 300 m/s. Berapakah besarnya gaya angkat pada sayap pesawat terbang tersebut? ( ρ udara = 1,3 kg/m3) Jawab Diketahui: A = 50 m2, v2= 320 m/s, v1
− 1
2
=
1 2
= 300 m/s, dan ρ udara = 1,3 kg/m3.
− −
=
1
(
2
2 2
1 1)
3
(1.3
2
. 50
2
.320
)
300
2
) = 403.000
c.Penyemprot Nyamuk
Alat penyemprot nyamuk juga bekerja berdasarkan Hukum Bernoulli.Tinjaulah alat penyemprot nyamuk pada Gambar 7.31. Jika pengisap dari pompa ditekan maka udara yang melewati pipa sempit pada bagian A akan memiliki kelajuan besar dan tekanan kecil. Hal tersebut menyebabkan cairan obat nyamuk yang ada pada bagian B akan naik dan ikut terdorong keluar bersama udara yang tertekan oleh pengisap pompa.
d.Kebocoran Pada Dinding Tangki
Jika air di dalam tangki mengalami kebocoran akibat adanya lubang didinding tangki, seperti terlihat pada Gambar 7.32, kelajuan air yang memancar keluar dari lubang tersebut dapat dihitung berdasarkan Hukum Toricelli.
Menurut Hukum Toricelli, jika diameter lubang kebocoran pada dinding tangki sangat kecil dibandingkan diameter tangki, kelajuan air yang keluar dari lubang sama dengan kelajuan yang diperoleh jika air tersebut jatuh bebas dari ketinggian h. Perhatikanlah kembali Gambar 7.32 dengan saksama. Jarak permukaan air yang berada di dalam tangki ke lubang kebocoran dinyatakan sebagai h1, sedangkan jarak lubang kebocoran ke dasar tangki dinyatakan h2.Kecepatan aliran air pada saat kali pertama keluar dari lubang adalah
− =
2gh1
= 2 h2
h1
Contoh
Gambar di samping menunjukkan sebuah reservoir yang penuh dengan air. Pada dinding bagian bawah reservoir itubocor hingga air memancar sampai di tanah. Jika g = 10 m/s2
ℎ ℎ 1
2
= 1,8 m =5
tentukanlah: a. kecepatan air keluar dari bagian yang bocor; b. waktu yang diperlukan air sampai ke tanah; Jawab Diketahui:
ℎ
2
= 1,8 m,
ℎ
2
= 5 m, dan g
ℎ ℎ ℎ 2
= 10 m/
a. =
2
1
2(10m/
b.
2
=
1
2 )1,8 m
= 6m/s
2
2
=
2
2
=
2(5 ) 10
=1
1. 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 2. 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)
3. Sebuah pipa salah satu bagiannya berdiameter 20 cm dan bagian lainnya berdiameter 10 cm. Jika laju aliran air di bagian pipa berdiameter besar adalah 30 cm/s, maka laju aliran air di bagian pipa berdiameter lebih kecil adalah … 4. Minyak mengalir dari pipa A ke pipa B lalu ke pipa C. Perbandingan luas penampang pipa A dan luas penampang pipa C adalah 5 : 3. Jika laju aliran minyak pada pipa A sama dengan 2v, maka laju aliran minyak pada pipa C adalah … 5. Pada pesawat model kecepatan udara di bagian atas 50 m/s dan kecepatan di bagian bawah 3 40 m/s, jika massa jenis udara 1,2 Kg/m , tekanan udara bagian atas pesawat 103000 Pa. Berapakah tekanan udara dari bawah sayap ? 6.
Sebuah benda terapung pada zat cair yang massa jenisnya 800 kg/m 3. Jika ¼ bagian benda tidak tercelup dalam zat cair tersebut maka massa jenis benda adalah…
7. Berat sebuah benda di udara 5 N. Apabila benda ditimbang di dalam air (massa jenis air = 1000 kg/m3) beratnya menjadi 3,2 N. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s 2 maka massa jenis benda adalah …
8. Air mengalir melalui pipa mendatar dengan luas penampang pada masing-masing ujungnya 200mm2 dan 100mm2. Bila air mengalir dari panampang besar dengan kecepatan adalah 2 m/s, maka kecepatan air pada penampang kecil adalah …. 9. Azas Bernoulli dalam fluida bergerak menyatakan hubungan antara …. 10.
Pada gambar tersebut, G adalah generator 1.000 W yang digerakan dengan kincir angin, generator hanya menerima energi sebesar 80% dari air. Bila generator dapat bekerja normal, maka debit air yang sampai kekincir air dalah …. 11. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah …. jawaban: 12. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm 2, maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter 13. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar …. 2 3 14. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm sebesar 100 cm /s. Kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah …. 15. Suatu bak besar terbuka berisi cairan yang tinggi per mukaannya 765 cm , pada dinding bak terdapat lubang kecil yang tingginya 45 cm dari dasar bak. Bila percepatan gravitasi bumi 2 10 m/s , hitunglah jarak jatuh cairan yang bocor dari lubang tersebut! 16. Alat-alat yang prinsip kerjanya tidak berdasarkan hukum Bernoulli
a. pipa pitot b. pipa venturi c. pesawat terbang d. karburator motor 17. 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 : Daftas pustaka a) Kecepatan keluarnya air b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah
Daptar pustaka Saripudin aib.2009. Praktis Belajar Fisika.jakarta:Visindo Media Persada Soal Dan Pembahasan Fluida Dinamis.htm https://ameliaaaaakyumin137.wordpress.com/2013/11/06/fluida
Kunci Jawaban 17.
1. a. .40
/
b. 2 105 pa c. 7,1 105 pa 2. a. 1,5
b. 2,5
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
/
120 cm/s (10/3)v 103540 Pa 0,5 kg 4m/s 3
3
a. V = 12,5.10 m = 12,5L b. Q = V/t = 12,5 L/s
10. 32 m/s 11. 60 sekon 12. a. 151 liter/s b. 0,25 m/s 3 c. 55,85 cm /s 13. 151 liter/s 14. 0,25 m/s 15. 3,6 m 16. a 17. . 8 /
b. 8 2 m c. 2 s
