1. Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yang melalui bagian atas dan bagian bawah sayap yang luas permukaannya 60 m2 bergerak dengan kelajusn masing-masing 320 m/s dan 290 m/s. berapa besar gaya angkat pada pesawat tersebut? (Massa jenis udura 1.3 kg/m3).
2. Tabung pitot seperti pada gambar 7.77 digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas yang massa jenisnya 0,0068 g/cm3. Manometer diisi dengan raksa. Jika beda tinggi raksa pada kedua kaki Manometer adalah 4,5 cm dan g = 9,8 m/s2, tentukanlah :
a) Beda tekanan antara α dan β
b) Kelajuan aliran gas tersebut.
3. Debit air yang melalui sebuah pipa air adalah 3000 cm3/s. Luas penampang pipa utama dan pipa yang menyempit dari sebuah venturimeter masing-masing 40 cm2. Jika massa jenis raksa = 13,6 x 103 kg/m3 dan g = 10 m/s2, tentukan :
a) Kelajuan air pada pipa utama dan pipa yang menyempit;
b) Beda tekanan air antara kedua pipa tersebut;
c) Beda ketinggian raksa dalam kedua kaki manometer.
4. Air mengalir dalam venturimeter seperti pada gambar contoh. 7.18. pipa horizontal yang penampangnya lebih besar memiliki diameter 2 kali diameter pipa yang menyempit. Jika beda ketinggian air dalam tabung 1 dan tabung 2 adalah 30 cm,
a) Berapa kelajuan aliran air dalam pipa 1?
b) Berapa kelajuan aliran air dalam pipa 2?
(percepatan gravitasi = 9,8 m. s2).
5. Semburan air keluar secara mendatar dari sebuah lubang didekat dasar tangki pada gambar. Jika lubang memiliki diameter 3.50 mm, hitung;
a) Ketinggian h dari permukaan air dalam tangki;
b) Debit air yang memancar keluar lubang.
Ambil = dan g = 9,8 m/s2
6. Sebuah wadah diisi dengan air sampai kedalaman H = 2,5 m. Wadah disegel dengan kuat dan diatas air terdapat udara pada tekanan p1 = 1,34 x 105 Pa ( lihat gambar). Sebuah lubang dibor pada ketinggian 1,0 m diatas dasar wadah.
a) Hitunglah kelajuan semburan pertama air keluar dari lubang;
b) Jika segel bocor sehingga udara diatas air terbuka terhadap atmosfer, hitunglah kelajuan semburan sekarang.
Ambil p0 = 1,01 x 105 Pa dan g = 10 m/s2.
7. Air mengalir dari lantai pertama sebuah rumah bertingkat dua melalui pipa yang diameternya 2,80 cm. Air dialirkan kekamar mandi dilantai kedua melalui sebuah keran yang diameter pipanya 0,700 cm dan terletak 3,00 m diatas pipa lantai pertama. Jika kelajuan air dalam pipadilantai pertama adalah 0,150 m/s dan tekanannya 1,80 x 105 Pa, tentukan:
a) Kelajuan air dalam pipa yang mensuplai keran;
b) Tekanan dalam pipa tersebut.
8. sebuah pipa horizontal yang liuas penampangnya 10 cm2 disambung dengan pipa horizontal lain yang luas penampangnya 50 cm2. Kelajuan air dalam pipa kecil adalah 6,0 m/s dan tekanan air disana 200 kPa.
a) Berapa kelajuan air dalam pipa besar?
b) Berapa tekanan air dalam pipa besar?
c) Berapa debit air yang melalui pipa besar?
d) Berapa liter air yang melalui pipa besar dalam 1 menit?
Catatan: 1 m3 = 1000 dm3 = 1000 L
9. sebuah pompa air 100 watt menyedot air dari kedalaman 9 meter. Air disalurkan oleh pompa melalui sebuah pompa dan ditampung dalam sebuah bak berukuran 0,5 m3. Bak tersebut penuh setelah dialiri selama 15 menit. Tentukan efisiensi pompa tersebut.
10. Air terjun setinggi 8 m dimanfaatkan untuk memutar turbin listrik mikro hingga dibangkitkan daya keluaran generator sebesar 120 kW.Jika efisiensi generator adalah 15%, tentukan debit air terjun tersebut.
11. Sebuah pipa memiliki dua penampang yang berbeda. Diameter masing-masing penampang adalah 15 cm dan 10 cm. Jika kecepatan aliran pada penampang kecil 9,0 m/s, berapa kecepatan aliran pada penampang besar?
12. Sebuah pipa panjang memilki penampang berbeda pada empat bagian (lihat gambar). Luas penampang pipa pada bagian 1, bagian 2, bagian 3 berturut-turut adalah 150 cm2, 100 cm2 dan 50 cm2. Kecepatan aliran air pada bagian 1 adalah 8,0 m/s, sedangkan pada bagian 4 adalah 4,8 m/s. hitunglah;
a) Debit air pada tiap-tiap penampang tersebut;
b) Luas penampang pipa pada bagian 4;
c) Kecepatan aliran pada bagian 2 dan bagian 3.
13. Sebuah kelereng dengan garis tengah 1 cm dijatuhkan bebas dalam oli yang berada dalam sebuah tabung. Tentukan kecepatan terbesar yang dapat dicapai kelereng tersebut dalam oli. Massa jenis oli 800 kg . m-3, koefisien kovsefitas oli 30 x 10-3 Pa s. massa kelereng 2,6 x 10-3 kg m-3, dan percepatan gravitasi 10 m s-2.
14. jika pembuluh xylem (pipa kecil yang mengangkut bahan makanan dari tanah ke bagian atas sebuah pohon) memiliki radius 0,0010 cm, hitunglah ketinggian air yang akan naik. Anggaplah sudut konak 0o,tegangan permukaan air = 0,072 N/m, dan g = 9,8 m/s2.
15. sebuah balon yang volume totalnya 50 m3 diisi hydrogen dengan ρ = 0,08 kg/m3 . Jika ρudara = 1,3 kg/m3, hitung gaya angkat balon percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2.
Pembahasan Soal Fisika Fluida Dinamik Kelas XI
1. 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 ….
1. jawaban:
Pembahasan
Diketahui:
A1 = 200 mm2= 2.10-4m2
A2 = 100mm2= 10-4m2
v1= 2 m/s
ditanyakan v2 = …. ?
jawab:
Q1 = Q2
A1v1 = A2V2
v2 = A1v1/A2 = 2.10-4.2/10-4 = 4m/s
2. Azas Bernoulli dalam fluida bergerak menyatakan hubungan antara ….
jawab :
Dalam fluida bergerak, hubungan antara tekanan, kecepatan, dan massa jenis dinyatakan oleh Azas Bernouli.
3.
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 ….
jawaban:
Diketahui:
Pg = 103watt
ρg = 80% ρair = 0,8 ρair
h = 10 m
Ditanya Q = …. ?
Pg = η.ρ.V.g.h
1000 = 0,8.103.V.10.10
V = 12,5.103m3 = 12,5L
Q = V/t = 12,5 L/s
4. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….
jawaban:
Pembahasan:
Diketahui:
d = 5 cm = 5.10-2 m
r = 2,5 cm = 2,5.10-2 m
v = 32 m/s
Ditanya: v = …?
Jawab:
Karena memiliki besar diameter yang sama, maka kecepatan aliran fluida besarnya sama, yaitu 32 m/s.
5. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm2, maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter
jawaban
Diketahui:
h = 4,05 m
A = 0,8cm2 = 8.10-5m2
t = 1menit = 60 sekon
ditanya: V = ….?
Jawab
Ep = m.g.h = ½ mv2
v = 2.g.h = 2.10.4,05 = 9 m/s
Q = A.v = 8.10-3.9 = 7,2.10-4 m3/s
V = Q.t = 7,2.10-4.60 = 432.10-4m3 = 43,2 L
6. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….
jawaban:
Q = π.R2.v = 3,14.16.10-4.3 = 0,151 m3/s = 151 liter/s
7. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm2 sebesar 100 cm3/s. Kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah ….
jawaban: c
v = Q/A = 100/4 = 25 cm/s = 0,25 m/s
8.Air mengalir kedalam sebuah bak dengan debit tetap 0,5 liter/s. Jika bak tersebut berukuran 1x1x1 m3, maka bak tersebut akan penuh dalam waktu … menit.
10. jawaban:
Diketahui
Q = 0,5 liter/s = 5.10-4 m3/s
V = 1m3
A = 1m2
Ditanyakan: t = …. ?
Jawab:
t = V/Q = 1/5.10-4 = 2000 s = 33,3 menit
uraian
1. v1 = 2gh = 2.10.8 = 12,65 m/s
A = Q/v1 = 5.10-5 /12,65 = 3,95.10-6 m2
Q2 = A.v2 = 55,85.10-6 m3/s = 55,85 cm3/s
2. Diktetahui
Wu = 95N; Wcair = 87 N
Ditanya Fa = …. ?
Jawab:
Fa = Wu – Wcair = (95-87) = 8 N
3. Alat-alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli
a. pipa pitot
b. pipa venturi
c. pesawat terbang
d. karburator motor
4. Diketahui:
A = 25 cm2 = 25.10-4 ; v = 10 m/s
Ditanya: Q = ….?
Penyelesaian
Q = A.v = 25.10-4.10= 0,025 m3/s
Latihan Soal Fluida Dinamis
1.Suatu fluida mengalir pada sebuah pipa yang memiliki luas penampang 25 cm2dengan kecepatan 10m/s2. Hitunglah besar debit fluida tersebut
2.Sebuah kran air mempunyai luas 2 cm2. Tentukan debit air dari kran tersebut bila laju aliran air 2 m/s!
3. Perhatikan gambar berikut ini!
Tentukan kecepatan aliran air pada penampang ?
4.Debit air yang melalui sebuah lubang terletak 8 m di bawah permukaan air pada sebuah bak yang luasnya 50 cm3/s. Hitunglah debit air melalui lubang tersebut, jika diatas permukaan air diberi tambahan tekanan 2×104 N/m2!
6.Debit air yang melalui sebuah lubang terletak 8 m di bawah permukaan air pada sebuah bak yang luasnya 50 cm3/s. Hitunglah debit air melalui lubang tersebut, jika di atas permukaan air diberi tambahan tekanan 2×104 N/m2!
Para pelajar mungkin akan berlomba mencari daftar harga iPad setelah tahu bahwa ternyata iPad bermanfaat untuk menunjang pendidikan. Tak bisa dipungkiri, manfaat tersebut telah menjadikan iPad sebagai gadget yang semakin diperhitungkan dalam mendukung dunia pendidikan. Era Digital Natives telah membuat Apple berinovasi agar iPad bisa digunakan pada berbagai sektor kehidupan, termasuk sektor pendidikan. Sejumlah aplikasi pendidikan yang disediakan oleh iPad yang ditargetkan bagi para pelajar pun semakin banyak. Aplikasi-aplikasi iPad yang mendukung kreasi peajar di antaranya Zoodle Comic, iBooks, eBook Creator, WordPress and Weebly, Mind Meister, Phoster, dan iBrainstroom. Salah satu contoh aplikasi di atas yang mampu mengembangkan kreasi anak adalah Zoodle Comic. Aplikasi tersebut memancing kreasi penggunanya untuk membuat komik melalui iPad. Di lain pihak, lembaga pendidikan pasti tak menutup mata atas berkembangnya teknologi, terutama berkembangnya dunia gadget. Pastinya ereka akan mencari tahu tentang perusahaan pembuat iPad, latar belakang pembuatannya, isi seluruh aplikasinya, dan daftar harga iPad sebelum memutuskan penggunaannya di sekoolah. Lembaga pendidikan tentu saja akan mencari manfaat dari berkembangnya teknologi untuk proses pembelajaran yang lebih baik bagi siswanya. Salah satu lembaga pendidikan yang percaya bahwa iPad yang canggih mampu membantu mengembangkan pendidikan adalah sekolah Burlington High School. Burlington High School yang terletak di dekat Boston, Massachusetts, Amerika Serikat, percaya bahwa iPad yang pertama kali dirilis 2010 lalu tersebut akan sangat berguna bagi Burlington. Belum ada kabar mengenai sekolah di Indonesia yang menggunakan iPad sebagai salah satu media belajarnya. Namun, untuk memberikan informasi lebih pada Anda, di akhir bagian artikel ini akan dipaparkan daftar harga iPad terbaru per Desember 2014.
Membahs kembali tentang penggunaan iPad di Amerika, Kepala Sekolah Burlington High menganggap bahwa iPad merupakan investasi besar bagi dunia pendidikan saat ini. Ia menambahkan juga bahwa, dalam jangka panjang, buku tradisional akan tersaingi oleh iPad. Hal itu disebabkan buku tradisional yang kurang update dibandingkan eBook pada iPad. Namun, sang kepala sekolah juga mengatakan bahwa buku masih menjadi referensi bagi sekolah mereka karena tak semua sumber elektronik memuat informasi yang lengkap—buku masih menjadi kebutuhan primer. Kini, perusahaan raksasa Apple Inc. sendiri mengatakan bahwa sudah ada lebih dari 600 distrik yang punya program "iPad Program" di Chicago dan New York, Amerika Serikat. Tentu saja sekolah-sekolah akan mengecek daftar harga iPad terlebih dahulu agar bisa menyesuaikan dengan anggaran pembelanjaan mereka. 600 distrik tersebut telah memborong banyak sekali iPad untuk mendukung pembelajaran dalam melangsungkan proses pendidikan. Sejak iPad diperkenalkan ke publik oleh Steve Jobs 2010 lalu, iPad menjadi sangat populer di Amerika. Paduan handphone dan laptop yang kemudian menjadi "iPad" telah menjadi gadget baru yang lebih multifungsi. Para pelajar pun antusias dalam mengolah berbagai keperluan mereka melalui iPad.
Para pelajar di Amerika mengaku antusias dalam menggunakan iPad dalam proses pembelajaran. Melalui iPad, pelajar-pelajar tersebut menerima program interaktif dan pembawaan materi pelajaran dalam bentuk visual yang menarik. Para siswa jaman sekarang tentu peka terhadap kemajuan teknologi dan mereka semakin terangsang untuk mencoba hal-hal baru melalui iPad. Sejumlah pelajar tersebut juga mengatakan bahwa mereka tak perlu susah payah menggunakan iPad baru karena mereka sudah terbiasa menggunakan gadget, apalagi operasi penggunaan iPad juga tak sulit. Di lain pihak, para pelajar masih bersikap kritis terhadap penggunaan teknologi dalam dunia pendidikan. Bagi mereka, kunci utama suksesnya pembelajaran terletak pada kurikulum yang teruji dan guru yang berpengalaman, teknologi hanya sebagai pendukung saja. Bagi Anda yang ingin membeli iPad untuk mendukung proses belajar, berikut ini adalah daftar harga iPad terbaru.
Belajar dengan Ponsel di Sekolah
(dimuat di Opini Surya, 15 Desember 2009)
Perkembangan Teknologi Informasi dan Komunikasi (TIK) harusnya membuat pembelajaran menjadi semakin menarik dan bermutu. Kemajuan TIK memberikan berbagai fasilitas melalui produk-produk teknologi yang bermanfaat dalam kegiatan pembelajaran. Produk-produk yang dapat digunakan dalam pembelajaran antara lain televisi, radio, telepon, telepon seluler (ponsel), komputer, hingga koneksi internet. Produk-produk ini harus dapat bermanfaat secara positif dalam kegiatan pembelajaran di sekolah.
Ironisnya, tingginya melek teknologi (literacy with ICT) di kalangan siswa tidak diimbangi oleh kemampuan guru. Hanya sebagian kecil, bahkan sebagian kecil sekali, guru yang melek teknologi di atas kemampuan siswa. Memang pesatnya kemajuan teknologi sesuai dengan zamannya. Namun hal ini seharusnya bukan menjadi kendala bagi guru untuk mengembangkan diri dan memanfaatkan teknologi dalam kegiatan pembelajaran menjadi pengajar yang handal dan paham teknologi.
Tinggi daya melek teknologi siswa dibanding guru menyebabkan banyak penyimpangan dalam penggunaan TIK. Banyak video porno yang direkam dan dilakukan oleh kalangan terpelajar melalui fasilitas ponsel. Layanan internet banyak disalahgunakan oleh siswa. Kasus-kasus ini merupakan penyimpangan penggunaan teknologi karena rendahnya keterampilan teknologi yang dimiliki guru. Akhirnya, dengan kebijakan yang tidak bijak, beberapa sekolah melarang siswanya membawa ponsel ke sekolah.
Apa yang bisa dilakukan oleh ponsel dalam kegiatan pembelajaran?
Sebelum membedah daya guna ponsel dalam kegiatan pembelajaran, penting dipahami fitur-fitur yang tersedia di dalamnya. Fitur-fitur dalam ponsel di antaranya berupa telepon, pesan pendek (Short Message Service/SMS), alarm, timer hitung mundur, stopwatch, kalkulator, pemutar musik, kamera, rekaman video, rekaman suara, infrared/bluetooth, tv, hingga internet melalui berbagai koneksi). Pertanyaannya, seberapa kreatifkah guru dalam memanfaatkan fitur-fitur ini atau malah menganggapnya fitur-fitur ini tidak berguna dalam kegiatan pembelajaran?
Fitur-fitur ponsel dapat dimasukkan dalam langkah-langkah pembelajaran sebagai wujud nyata strategi pembelajaran. Tentu saja, pemanfaatan fitur-fitur ponsel harus disesuaikan dengan kompetensi dasar apa yang hendak diajarkan. Guru harus mampu memilih fitur-fitur ponsel yang dapat digunakan pada kompetensi dasar tertentu, bukan dipaksa-paksakan, dicocok-cocokkan.
Dalam kegiatan pembelajaran, layanan telepon dapat dimanfaatkan guru dalam menunjuk kelompok. Kelompok ini dapat dibentuk sebelumnya berdasarkan kemampuan tiap individu, bukan secara acak. Kelompok ini dapat diberikan tugas oleh guru seperti untuk penunjukkan presentasi. Penujukkan kelompok dapat dilakukan secara acak melalui fitur panggilan cepat di dalam ponsel. Guru harus menyimpan nomor ponsel perwakilan beberapa kelompok. Jika tiba giliran kelompok untuk presentasi, guru cukup menekan tombol 2 hingga 9. Tunggu beberapa saat dan simak telepon siapa yang berdering. Kelompok inilah yang memperoleh giliran untuk presentasi.
Layanan pesan pendek/SMS dapat digunakan guru dalam membagi tema. Langkah ini bertujuan agar tema tiap kelompok tidak diketahui oleh kelompok lain. Caranya, guru membagi siswa dalam beberapa kelompok. Guru mengirimkan SMS ke perwakilan kelompok berdasarkan beberapa tema sudah dipersiapkan sebelumnya.
Untuk membatasi waktu, guru dapat memanfaatkan alarm ponsel. Dalam kegiatan presentasi, diskusi, hingga ulangan harian dapat digunakan fitur alarm. Jatah waktu yang diberikan dapat diukur dengan objektif melalui alarm. Jatah waktu tiap kelompok/tiap siswa sama, bukan berdasarkan insting, melainkan berdasarkan alarm. Layanan yang mirip dengan alarm dalam ponsel adalah timer hitung mundur dan stopwatch. Layanan fitur stopwatch dapat digunakan dalam pembelajaran olah raga.
Kalkulator dapat dimanfaatkan guru dengan bijak. Ada saatnya guru memanfaatkan fitur ini dan ada saatnya tidak. Hal ini sangat bergantung pada kompetensi dasar bidang studi yang diberikan. Jika guru sedang membawakan kompetensi non-matematika dan ingin hasil cepat, tidak ada salahnya guru memanfaatkan layanan ini. Namun jika guru sedang melatih kompetensi hitung, guru harus memperhitungkan kembali pemakaian layanan hitung ini. Sekali lagi, guru harus bijak memanfaatkan layanan ini.
Dalam pembelajaran bahasa, layanan rekaman suara dapat digunakan guru dalam memberikan penguatan. Misalnya pembelajaran membaca puisi, membaca berita, membaca pengumuman, dll. Guru dapat menggunakan layanan rekaman suara dan diputar kembali untuk diberikan penguatan. Jika layanan suara belum cukup, guru dapat menggunakan layanan rekaman video. Melalui rekaman video guru dan siswa dapat menyimak sajian audio-visual. Guru dapat memberikan penguatan sikap dan ekspresi dalam pembelajaran berpidato, membaca puisi, hingga drama.
Layanan rekaman video juga dapat digunakan guru Bahasa Indonesia dalam menulis paragraf. Guru dapat juga memberikan tugas pada perwakilan kelompok, jika tidak semua siswa memiliki ponsel berfitur kamera, untuk memotret objek atau merekam keramaian stasiun kereta api. Lalu, guru memberikan tugas menulis paragraf. Begitu juga guru bidang studi lain, guru ekonomi dapat merekam keramaian pasar, guru olahraga memberikan masukan lay-up dalam olah raga basket yang benar, dll.
Sebagai koneksi transfer data, guru dan siswa dapat memanfaatkan fitur infrared dan bluetooth. Objek yang sudah terpotret dapat dibagi kepada siswa lain atau diserahkan pada guru. Guru atau siswa dapat metransfer langsung ke laptop untuk ditayangkan melalui LCD Proyektor. Objek ini dapat disesuaikan dengan bidang studi yang diajarkan guru.
ponsel tertentu sudah menyediakan fasitas televisi. Guru bidang studi tertentu dapat memanfaatkan televisi sebagai bahan ajar. Misalkan berita, iklan, sinetron, dll. Pemilihan bahan ajar ini harus dilakukan guru secara selektif dan benar-benar membawa manfaat dalam pencapaian tujuan belajar.
Melalui koneksi data, ponsel kini menyediakan layanan internet. Melalui internet, guru dapat mencari bahan ajar dan jutaan referensi dalam internet. Tentu jika menginginkan layar yang lebar, ponsel dapat dikoneksikan ke laptop dan ditayangkan melalui LCD Proyektor. Jika belum puas melalui koneksi ponsel, guru dapat memanfaatkan jaringan internet via kabel dan nirkabel, misal wifi.
Praktik lebih lanjut pemanfaatkan ponsel dapat dikreasikan guru. Tentu tidak semua guru dapat memanfaatkan layanan ponsel yangdapat dipadukan dengan produk TIK lainnya. Hal ini sangat bergantung pada ketersediaan infrastruktur TIK di sekolah dan daya melek guru terhadap TIK. Yang jelas, berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan produk TIK membawa dampak positif dalam kegiatan pembelajaran menuju pencapaian hasil belajar yang lebih baik.
Rumus Minimal
Debit
Q = V/t
Q = Av
Keterangan :
Q = debit (m3/s)
V = volume (m3)
t = waktu (s)
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan aliran (m/s)
1 liter = 1 dm3 = 10 3 m3
Persamaan Kontinuitas
Q1 = Q2
A1v1 = A2v2
Persamaan Bernoulli
P + 1/2 ρv2 + ρgh = Konstant
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
Keterangan :
P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2)
ρ = massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Tangki Bocor Mendatar
v = (2gh)
X = 2 (hH)
t = (2H/g)
Keterangan :
v = kecepatan keluar cairan dari lubang
X = jarak mendatar jatuhnya cairan
h = jarak permukaan cairan ke lubang bocor
H = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor
t = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah
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 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
Pembahasan
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. 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 m2 dan 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
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) = 8 2 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 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
Pembahasan
Rumus kecepatan fluida memasuki pipa venturimetar pada soal di atas
v1 = A2 [(2gh) : (A12 A22) ]
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
Tips :
Satuan A biarkan dalam cm2 , g dan h harus dalam m/s2 dan m. v akan memiliki satuan m/s.
Bisa juga dengan format rumus berikut:
dimana
a = luas penampang pipa kecil
A = 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
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 105 Pa. Tentukan :
a) Kecepatan air pada pipa kecil
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
c) Tekanan pada pipa kecil
(ρair = 1000 kg/m3)
Pembahasan
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. 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/s
B. 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.
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. 8
Perhatikan gambar!
Jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil, kecepatan aliran fluida pada pipa kecil adalah....
A. 1 m.s 1
B. 4 m.s 1
C. 8 m.s 1
D. 16 m.s 1
E. 20 m.s 1
(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!
Pembahasan
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 =.....
Soal No. 10
Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui sebesar 1100 kN.
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/m3 tentukan kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat!
Pembahasan
Data soal:
A = 80 m2
νb = 250 m/s
ρ = 1,0 kg/m3
F = 1100 kN = 1100 000 N
νa =......
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.
Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah tekanan udara, maka sesuai azas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar....(UN Fisika 2012)
A. vA > vB sehingga PA > PB
B. vA > vB sehingga PA < PB
C. vA < vB sehingga PA < PB
D. vA < vB sehingga PA > PB
E. vA > vB sehingga PA = PB
Pembahasan
Desain sayap pesawat supaya gaya ke atas maksimal:
Tekanan Bawah > Tekanan Atas, PB > PA sama juga PA
Kecepatan Bawah < Kecepatan Atas, vB < vA sama juga vA > vB
Jawab: B. vA > vB sehingga 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 α°.
Jika kecepatan gravitasi bumi 10 m/s2 tentukan:
a) kecepatan keluarnya air
b) waktu yang diperlukan untuk sampai ke tanah
c) nilai cos α
d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) saat saluran dibuka
(Gunakan sin α = 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.
c) nilai cos α
Nilai sinus α telah diketahui, menentukan nilai cosinus α
d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) saat saluran dibuka
Jarak mendatar jatuhnya air
Soal No. 13
Untuk mengukur kelajuan aliran minyak yang memiliki massa jenis 800 kg/m3 digunakan venturimeter yang dihubungkan dengan manometer ditunjukkan gambar berikut.
Luas penampang pipa besar adalah 5 cm2 sedangkan 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/s2 dan 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
ρ' = massa jenis Hg atau cairan lain pengisi manometer
ρ = massa jenis fluida yang hendak diukur kelajuannya
Data:
A = 5 cm2
a = 3 cm2
h = 20 cm = 0,2 m
g = 10 m/s2
diperoleh hasil:
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/m3 dan perbedaan level cairan pada tabung U adalah h = 25 cm, tentukan kelajuan aliran udara yang terukur!
Pembahasan
Misalkan kelajuan udara di A adalah vA dan kelajuan udara di B adalah vB.
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 = hb sehingga ρgha - ρghb = 0
dengan ρ adalah massa jenis udara yang diukur, selanjutnya dinamakan ρu.
Dari pipa U, perbedaan tinggi yang terjadi pada cairan di pipa U diakibatkan perbedaan tekanan.
gabungkan i dan ii
dengan va adalah kelajuan aliran udara yang diukur, selanjutnya dinamakan v,
Data soal:
ρu = 1 kg/m3
ρzc = 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.
Jika kelajuan udara yang diukur adalah 80 m/s massa jenis udara 0,5 kg/m3 tentukan perbedaan tinggi cairan dalam pipa, gunakan g = 10 m/s2!
Pembahasan
Dengan rumus yang sama dengan nomor sebelumnya:
Dicari perbedaan tinggi cairan atau h
Soal untuk latihan silakan di cari di bagian Try Out ya,...PEMBAHASAN SOAL FLUIDA DINAMIS
PEMBAHASAN SOAL FLUIDA DINAMIS
Contoh Soal
1. Sebuah pipa luas penampangnya 4 cm2 dan 6 cm2 dialiri air. Pada penampang yang kecil laju aliran adalah 12 m/s. Berapa laju aliran pada penampang yang besar?
Penyelesaian:
Diketahui:
A1 = 4 cm2 = 4 x 10-4 m2
A2 = 6 cm2 = 6 x 10-4 m2
v1 = 12 m/s
Ditanya: v2 ?
Jawab:
Nama : Travenia Fiolika
2. Kelajuan fluida ideal di dalam pipa berdiameter 10 cm adalah 7,5 m/s. Fluida kemudian memasuki pipa berdiameter 4 cm. Berapa laju fluida di dalam pipa tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
D1 = 10 cm = 0,1 m
D2 = 4 cm = 0,04 m
v1 = 7,5 m/s
Ditanya: v2 ?
Jawab:
3. Di dalam pipa yang berdiameter 6 cm fluida ideal mengalir dengan kelajuan 4 m/s menuju ke suatu pipa berdiameter 8 cm. Berapa kelajuan fluida pada pipa tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
D1 = 6 cm = 0,06 m
D2 = 8 cm = 0,08 m
v1 = 4 m/s
Ditanya: v2 ?
Jawab:
4. Sebuah pipa yang luas penampangnya sebesar A1 = 8 cm2 dan A2 = 10 cm2 dialiri air dengan debit 2 liter/sekon. Berapa kelajuan aliran air di A1 dan A2 ?
Penyelesaian:
Diketahui:
A1 = 8 cm2 = 8 x 10-4 m2
A2 = 10 cm2 = 10 x 10-4 m2
Q = 2 liter/sekon = 2 dm3/s = 2 x 10-3 m3/s
Ditanya: v1 dan v2 ?
Jawab:
5. Sebuah generator listrik mikrohidro akan diletakkan di bawah tebing yang mempunyai ketinggian 20 m. Agar turbin bergerak maksimal, air dari tebing dialirkan melalui sebuah pipa berdiameter 50 cm. Debit air yang melalui pipa rata-rata sebesar 20 m3/s. Jika efisiensi generator terhadap daya air sebesar 60 %, hitung daya listrik yang dihasilkan!
Penyelesaian:
Diketahui:
h = 20 m
D = 50 cm = 0,5 m
Q = 20 m3/s
η = 60 %
Ditanya: P ?
Jawab:
1. Suatu fluida mengalir melalui sebuah pipa berjari-jari 6 cm dengan kecepatan 4 m/s. Berapakah debit fluida tersebut dinyatakan dalam m3/s dan m3/jam?
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 6 cm = 6 x 10-2 m
v = 4 m/s
Ditanya: Q dalam m3/s dan m3/jam?
Jawab:
Q = v A
A = πr2 = π(6 x 10-2 m)2
= 0,0113 m2
Sehingga,
Q = v A
= 4 m/s . 0,0113 m2
= 0,045 m3/s
Sedangkan dalam satuan m3/jam:
Q=(0,045m^3)/1s=(0,045m^3)/(1×1/3600 jam)=162 m^3/jam
Pertemuan 1
Contoh Soal (Sumber: Fisika SMA, Penerbit Intan Pariwara)
1. Air mengalir melalui sebuah pipa. Diameter pipa bagian kiri A1 = 10 cm dan bagian A2 = 6 cm, serta kelajuan aliran air pada pipa bagian kiri v1 = 5 m/s.
a. Berapakah kelajuan aliran air yang mengalir melalui A2 ?
b. Berapakah kelajuan aliran air apabila diameter A2 = 4 cm ?
Penyelesaian:
Diketahui:
A1 = 10 cm = 0,1 m
A2 = 6 cm = 0,06 m
v1 = 5 m/s
Ditanya:
a. v2 ?
b. v2 jika A2 = 4 cm ?
Jawab:
a. A1 v1 = A2 v2
b. A1 v1 = A2 v2
2. Suatu zat cair mengalir melalui pipa yang mempunyai tiga penampang berbeda. Luas penampang A, B, dan C berturut-turut sebesar 100 cm2, 50 cm2, dan 200 cm2. Apabila di penampang A, kelajuan air sebesar 5 m/s, hitunglah:
a. Kelajuan air yang melalui penampang B dan C ?
b. Volume air yang mengalir melalui bagian B dan C ?
Penyelesaian:
Diketahui:
AA = 100 cm2 = 10-2 m2
AB = 50 cm2 = 5 x 10-3 m2
AC = 200 cm2 = 2 x 10-2 m2
vA = 5 m/s
Ditanya:
a. vB dan vC ?
b. VB dan Vc ?
Jawab:
a. AA vA = AB vB
b. Besarnya debit di A sama besar debit di B dan C.
QA = QB = QC = Q
Sehingga,
V = Q t = 5 x 10-2 m3/s . 60 s = 3,6 m3
[ Fluida Statis Dan Dinamis ] Hal 2
BAB II PEMBAHASAN
A.
Fluida Statis
Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis yang akan dibahas pada subbab ini di antaranya, massa jenis, tekanan, tegangan permukaan, kapilaritas, dan viskositas. Bahasan mengenai massa jenis dan tekanan telah Anda pelajari di SMP sehingga uraian materi yang disajikan dalam subbab ini hanya bertujuan mengingatkan Anda tentang materi tersebut. Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam. Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan. Cerita Fisika :
Ikan Tulang Keras
Guiyu oneiros
, Bony fish. [2]
Ikan tulang (bony fishes) memiliki kantung udara di dalam tubuhnya yang berfungsi sebagai pelampung renang. Agar dapat tetap melayang di dalam air, tekanan udara dalam kantung diatur menurut kedalaman air. Dengan menekan udara dalam kantung tersebut, tulang ikan dapat turun lebih dalam lagi. (Sumber: Jendela Iptek, 1997)
[ Fluida Statis Dan Dinamis ] Hal 3
1.
Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.
ρ =
m / V (1-1) dengan: m = massa (kg atau g), V = volume (
m
3
atau c
m
3
), dan
ρ = massa jenis (kg/
m
3
atau g/c
m
3
) Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel 1. berikut.
Tabel 1. Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
Bahan Massa Jenis (g/cm
3
) Nama Bahan Massa Jenis (g/cm
3
) Air 1,00 Gliserin 1,26 Aluminium 2,7 Kuningan 8,6 Baja 7,8 Perak 10,5 Benzena 0,9 Platina 21,4 Besi 7,8 Raksa 13,6 Emas 19,3 Tembaga 8,9 Es 0,92 Timah Hitam 11,3 Etil Alkohol 0,81 Sumber : C
ollege Physics,
1980
[ Fluida Statis Dan Dinamis ] Hal 4
2.
Tekanan Hidrostatis
Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut :
p
= F / A (1-2) dengan: F = gaya (N), A = luas permukaan (
m
2
), dan
p
= tekanan (N/
m
2
= Pascal). Persamaan (1
–
2) menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar. Dapatkah Anda memberikan beberapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari? Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Perhatikanlah Gambar 1.
Gambar 1. Dasar bejana yang terisi dengan fluida setinggi h akan mengalami tekanan hidrostatis sebesar p.
Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).
p
= F / A = gaya berat fluida / luas permukaan bejana
Rumus Tenses
Kamis, 06 Maret 2014
fluida statis dan dinamis beserta contoh soal
Fluida
Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat dimampatkan) jika diberi tekanan. Zat yang termasuk kedalam fluida adalah zat cair dan gas, dimana perbedaan keduanya terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak); dan fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang bergerak.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Setiap hari kita menghirupnya, meminumnya dan bahkan terapung atau teggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya, kapal laut mengapung di atasnya; demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang kita minum dan udara yang kita hirup juga bersirkulasi di dalam tubuh kita setiap saat, hingga kadang tidak kita sadari. Jika ingin menikmati bagaimana indahnya konsep mekanika fulida bekerja, pergilah ke pantai.
Tekanan Pada Zat Padat
Tekanan adalah gaya yang diberlakukan terhadap satuan luas tertentu. Tekanan berbanding lurus dengan gaya yang diberikannya dan berbanding terbalik dengan luas daerahnya. Semakin besar gaya maka semakin besar tekanan, kebalikan dengan luas, semain luas daerah yang ditekan maka semakin kecil tekanannya. Sesuai dengan persamaan berikut:
Rumus Tekanan pada Zat Padat
Ket:
P = Tekanan (N/m2) atau Pascal (Pa)
F = Gaya (N)
A = Luas Permukaan (m2)
Apakah buktinya bahwa dengan luas permukaan yang besar tekanan kecil? Coba tebak apa yang terjadi saat seorang perempuan menginjak tanah lumpur dengan memakai sepatu hak tinggi dengan sepatu tidak memiliki hak? jawabannya pastilah dengan memakai sepatu berhak tinggi akan membuat tanah lumpur tertekan lebih dalam dibandingkan dengan yang tidak berhak.
Atau contoh lain, manakah yang lebih sakit saat ditusuk jarum suntik ketika diobati dokter dengan ditusuk tangan telunjuk? jelas suntikan lebih sakit karena luas permukaannya sangat kecil.
Tekanan Pada Ban, gambar: ck-12.org
Semua fluida memberikan tekanan seperti udara di dalam ban. Partikel-partikel dari fluida terus bergerak ke segala arah secara acak, pergerakan tersebut menabrak partikel satu sama lain. Tabrakan ini menyebabnkan tekanan, dan tekanan yang diberikan merata ke segala arah.
Ketika partikel dikumpulkan di dalam satu bagian dari ruang tertutup, seperti partikel udara yang memasuki ban, partikel-partikel tersebut dengan cepat menyebar untuk mengisi semua ruang yang tersedia. Itu karena partikel udara selalu bergerak dari daerah tekanan tinggi ke daerah tekanan rendah. Hal ini menjelaskan mengapa udara yang masuk ban melalui lubang kecil dengan cepat mengisi ban keseluruhan.
Contoh soal Tekanan Pada Zat Padat:
1. jika seorang penari break-dancer seperti gambar diatas memiliki berat badan 500N menekan lantai dengan luas permukaan yang tersebar merata sebesar 0.75 m2 berapakah tekanan yang diberikan?
Jawaban:
= 670 Pa, or 0.67 kPa
Jenis-Jenis Fluida
Fluida digolongkan menjadi dua jenis yaitu: Fluida Statis dan Fluida Dinamis. Apa perbedaannya? Fluida statis adalah fluida dalam keadaan diam sedangkan fluida dinamis adalah fluida dalama keadaan bergerak.
1) Fluida Statis:
Berikut adalah beberapa hal yang dipelajari dalam fluida statis:
Tekanan Hidrostatis
Tekanan Mutlak
Asas Bejana Berhubungan
Hukum Pascal
Hukum Archimides
Tegangan Permukaan
Kapilaritas
2) Fluida Dinamis:
Berikut adalah materi yang dipelajari dalam fluida dinamis:
Debit Air
Persamaan Kontinuitas
Azas Bernoulli yang terdiri dari: Toricelli, Venturimeter, Manometer, dan Tabung Pitot serta Gaya Angkat Pesawat.
Viskositas
Fluida statis
Tekanan Hidrostatik
Tekanan Hidrostatik adalah tekanan pada zat cair yang diam sesuai dengan namanya (hidro: air dan statik: diam). Atau lebih lengkapnya Tekanan Hidrostatik didefinisikan sebagai tekanan yang diberikan oleh cairan pada kesetimbangan karena pengaruh gaya gravitasi. Hal ini berarti setiap benda yang berada pada zat cair yang diam, tekanannya tergantung dari besarnya gravitasi. Adakah hal lain yang mempengaruhi besarnya tekanan hidrostatik? Ya ada yaitu: kedalaman/ketinggian dan massa jenis zat cair.
Coba perhatikan gambar dan penjelasannya dibawah ini:
Dari Penjelasan penurunan rumus tekanan hidrostatik di atas diperoleh kesimpulan beberapa hal:
1. Volume tidak mempengaruhi besarnya tekanan hidrostatik
2. Besarnya tekanan hidrostatik dipengaruhi oleh kedalaman, gravitasi dan massa jenis zat cair (fluida)
Sehingga rumus tekanan hidrostatik fluida statis adalah:
Tambahan:
Massa jenis air = 1000 kg/m3 atau 1 gr/cm*3
Massa jenis raksa = 13600 kg/m3 atau 13,6 gr/cm*3
Maka, karena volume tidak berpengaruh pada besarnya tekanan hidrostatik, apapun bentuk wadahnya jika kedalamannya sama akan menghasilkan tekanan hidrostatik yang sama pula. Seperti diperlihatkan gambar berikut:
gambar: http://faculty.wwu.edu
Contoh Soal :
1. Seekor 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 ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
Pembahasan
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan
Tekanan Mutlak
Tekanan mutlak merupakan tekanan total hasil penjumlahan tekanan hidrostatik dengan tekanan atmosfer (udara). Seperti ditunjukkan rumus berikut:
Bukan hanya zat cair saja, namun udarapun memiliki tekanan yang disebut tekanan atmosfer (udara), sehingga jika dihitung secara total antara tekanan udara yang menekan zat cair dalam wadah tentu akan semakin besar.
Perhatikan gambar berikut: Pair maksud (air = udara).
gambar: http://faculty.wwu.edu
Perlu diketahui bahwa dalam keadaan normal 1 atm (satu atmosfer) = 105 Pascal
Contoh Soal:
1. Pada kedalaman 10.000 m, besar tekanan hidrostatik adalah? (massa jenis air laut = 1,025 x 103 Kg/m3)...
Jawab :
Dengan menggunakan rumus tekanan hidrostatik di atas maka jawabannya adalah:
P =0 + 1.025 x 103 (10) (10.000) = 1,025 x 108
atau setara dengan 103 atm
2. Tekanan terukur sebuah kondensor 850 Kpa, hitunglah tekanan absolutnya
Jawab :
P absolute = P terukur + P atmosfir
850 Kpa + 100 Kpa
950 Kpa absolute
Azas Bejana Berhubungan
Asas bejana berhubungan merupakan suatu peristiwa dimana jika terdapat bejana bejana berhubungan diisi oleh zat cair yang sama dan dalam keadaan setimbang maka tinggi permukaan zat cair pun sama dan bejana terletak pada sebuah bidang datar. Seperti halnya sebuah teko yang diisi air, meskipun mulut teko yang berbeda bentuk namun permukaan air tetap terlihat mendatar tidak mengikuti bentuk teko itu sendiri. Kalau begitu, apa yang akan terjadi jika dalam pipa kapiler atau bejana berhubungan tersebut diisi zat cair yang berbeda? Yang akang terjadi pada zat cair tersebut akan memiliki tinggi permukaan yang berbeda pula, dimana ketinggiannya tergantung dari massa jenis zat cair tersebut. Zat cair dengan massa jenis lebih besar akan berada pada posisi paling bawah dibandingkan dengan zat cair yang memiliki massa jenis lebih kecil.
Misalkan kita campurkan minyak dan air. Dua zat tersebut tidak akan saling bercampur. karena air memiliki massa jenis 1000 kg/m3 dan lebih besar dari minyak sebesar 800 kg/m3 maka posisi minyak berada di atas air.
Perhatikan gambar berikut: Pipa U diisi oleh zat cair yang berbeda memiliki ketinggian yang beda.
Persamaan untuk kasus ini, berlaku tekanan hidrostaik. Dimana tekanan pada bejana, tekanan zat cair akan sama pada ketinggian yang sama.
Asas Bejana Berhubungan Tidak Berlaku Disebabkan:
a. Pada bejana diisi oleh zat cair dengan massa jenis berbeda
b. Bejana dalam keadaan tertutup, baik salah satu bejana maupun keduanya.
c. Adanya unsur pipa kapiler pada bejana, yaitu pipa kecil yang memungkinkan air menaiki sisi bejana.
Aplikasi dalam kehidupan sehari-hari:
a. air di dalam teko,
b. alat pengukur kedataran suatu permukaan (water pass)
c. penyaluran air melalui selang pada tempat dengan ketinggian yang sama.
Contoh Soal:
1.
Sebuah bejana berbentuk pipa U berisi air dan zat cair lainnya dengan ketinggian yang berbeda, seperti terlihat pada gambar. Jika massa jenis air 1 gr/cm*3, berapakah massa jenis zat cair yang lain tersebut?
Jawab:
1. 8 = x .10
x = 8/10 = 0,8 gr/cm3
2. Pipa 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)!
Pembahasan
Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.
Hukum Pascal
Beberapa penelitian ilmiah paling awal pada tekanan dalam cairan dilakukan oleh matematikawan dan fisikawan Perancis bernama Blaise Pascal (1623-1662). Satuan SI dari tekanan, Pascal (Pa), adalah nama untuk dia karena penelitian pentingnya. Salah satu kontribusi besar Pascal dikenal sebagai Hukum Pascal. Hukum ini menyatakan bahwa
Perubahan tekanan pada setiap titik dalam fluida tertutup disebarkan sama pada seluruh cairan ke segala arah.
Contoh Hukum Pascal Dalam Kehidupan Sehari-hari
gambar: ck-12.org
Pasta gigi adalah cairan yang tertutup dalam tabung dengan lubang kecil di salah satu ujung. Lihatlah tabung pasta gigi seperti gambar di samping ini. Ketika setiap bagian dari tabung diperas menyemprotkan pasta gigi, keluar dari ujung terbuka. Tekanan diberikan pada tabung dan ditransmisikan secara merata ke seluruh pasta gigi. Ketika tekanan mencapai ujung terbuka, kemudian memaksa pasta gigi keluar melalui lubang tersebut.Contoh lain betapa bergunanya hukum pascal adalah prinsip kerja rem hidrolik dalam kendaraan bermotor seperti mobil. Rem hidrolik dalam mobil menggunakan cairan untuk mengirimkan tekanan, gaya yang diberikan pada pedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.
gambar: ck-12.org
Dongkrak Hidrolik: Dongkrak digunakan untuk mengangkat mobil yang akan dicuci menggunakan hukum pascal. Seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini. Saat kita mendorong salah satu piston dengan gaya f maka fluida didalamnya tertekan kemudian menyebarkan tekanan dengan merata ke segala arah, sehingga mampu menekan piston lain yang ditumpangi mobil yang kemudian terangkat.
gambar: faculty.wwu.edu
Begitupun dengan suntikan, kita memberikan tekanan pada salah satu ujung suntikan kemudian cairan keluar melalui ujung tajam jarum suntikan tersebut. Semua contoh penerapan diatas memenuhi persamaan hukum pascal sebagai berikut:
P1 = P2
F1/A1 = F2/A2
Keterangan:
P = Tekanan (Pascal)
F = Gaya (N)
A = Luas Permukaan (m*2)
* Suntikan memiliki luar penampang/permukaan lingkaran
Contoh Soal:
1. Alat pengangkat mobil yang memiliki luas pengisap masing-masing sebesar 0,10 m2 dan 2 × 10–4 m2 digunakan untuk mengangkat mobil seberat 104 N. Berapakah besar gaya yang harus diberikan pada pengisap yang kecil?
Jawab:
F1/A1 = F2/A2
104/0,1 = F1/2 × 10–4
100.000 = F1/2 × 10–4
F1 = 20 N
2. Seorang 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!
Pembahasan
Hukum Pascal
Data :
F1 = F
F2 = Wbatu = (1000)(10) = 10000 N
A1 : A2 = 1 : 250
3. Perbandingan diameter pipa kecil dan pipa besar dari sebuah alat berdasarkan hukum Pascal adalah 1 : 25. Jika alat hendak dipergunakan untuk mengangkat beban seberat 12000 Newton, tentukan besar gaya yang harus diberikan pada pipa kecil!
Pembahasan
D1 = 1
D2 = 25
F2 = 12000 N
Hukum Archimedes
Hukum Archimede adalah sebuah hukum tentang prinsip pengapungan diatas benda cair yang ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga merupakan penemu pompa spiral untuk menaikan air yang dikenal dengan istilah Sekrup Archimede. Hukum Archimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukan kedalam air. Berikut ini adalah bunyi hukum Archimedes yang sangat terkenal itu.
Bunyi Hukum Archimedes
"Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhya kedalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut"
Persamaan Hukum Archimedes :
Fa = Wu–Wa
Fa = gaya apung atau gaya ke atas (N),
Wu = gaya berat benda di udara (N),
Wa= gaya berat benda di dalam air (N)
Secara matematis ditulis :
FA = ρ.g.V
Keterangan :
FA = Tekanan Archimedes = N/M2
ρ = Massa Jenis Zat Cair = Kg/M3
g = Gravitasi = N/Kg
V = Volume Benda Tercelup = M3
KEADAAN BENDA
Tiga keadaan benda di dalam zat cair :
1. Benda terapung
Benda dikatakan terapung jika berat jenis benda lebih kecil daripada berat jenis zat cair dan Berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair.
2. Benda melayang
Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat cair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair
3. Benda Tenggelam
Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar daripada berat jenis zat cair dan berat benda lebih besar daripada gaya ke atas zat cair.
perbedaan benda terapung tenggelam dan melayang dpat dibuatkan tabel berikut ini
Terapung, Melayang, dan Tenggelam.
Pada saat benda dicelupkan ke dalam zat cair, ada gaya keatas yang dialami benda, maka jika benda (seperti balok) dimasukkan kedalam zat cair dapat terapung, melayang dan tenggelam. Syarat benda yang terapung, melayang dan tenggelam :
a). Terapung
Pada peristiwa mengapung, hanya sebagian volum benda yang tercelup di dalam fluida sehingga volum fluida yang berpindah lebih kecil dari volum total benda yang mengapung. Karena Vt (volum benda yang tercelup) lebih kecil daripada Vb (volum benda total), maka syarat benda mengapung adalah: gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
serta massa jenis benda harus lebih kecil daripada massa jenis fluida atau ρb < ρf
SECARA UMUM
pb, rata-rata = pf
w = Fa
KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung
B). Melayang
Pada peristiwa melayang, volum fluida yang dipindahkan (volum benda yang tercelup) sama dengan volum total benda yang melayang. Karena Vt (volum benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah: gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida atau ρb = ρf
SECARA UMUM
pb, rata-rata > pf
w > Fa
KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung
C). Tenggelam
Pada peristiwa tenggelam, volum benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volum total benda yang mengapung, namun benda bertumpu pada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana pada benda sebesar N. Karena Vt (volum benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda tenggelam adalah : gaya apung Fa lebih kecil daripada berat benda w atau Fa < w
massa jenis benda harus besar daripada jenis fluida atau ρb > ρf
SECARA UMUM
pb, rata-rata < pf
w = Fa
KETERANGAN
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya Apung
B. PENURUNAN RUMUS
RUMUS GAYA APUNG
Fa = Mfg
Fa = pfVbfg
Secara sistematis, hukum archimedes dapat ditulis sebagai berikut :
FA = ρa Va g
FA = gaya angkat ke atas pada benda (N)
ρ a = massa jenis zat cair (kg/m3)
Va = volume zat cair yang terdesak (m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
3. Aplikasi Hukum Archimedes
a). Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hidrometer dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Berikut ini prinsip kerja hidrometer. Hidrometer terapung di dalam cairan, sehingga berlaku:
Gaya ke atas = berat hidrometer
FA = whidrometer , dengan berat hidrometer w tetap
Vbf . ρf . g = mg , dengan Vbf = Ahbf
(Ahbf). ρf . g = mg
Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka dapat dituliskan :
m = massa hidrometer (kg),
A = luas tangkai (m2),
hf = tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair (m), dan
ρf = massa jenis zat cair (kg/m3).
b). Kapal Laut dan Kapal Selam
Badan kapal laut sebagian besar terbuat dari besi atau baja. Massa jenis besi atau baja lebih besar daripada massa jenis air. Tetapi mengapa kapal laut dapat terapung?. Agar kapal laut dapat terapung, begian dalam badan kapal laut dibuat berongga. Rongga ini berisi udara yang memilik massa jenis lebih kecil daripada air. Dengan adanya rongga ini, massa jenis rata-rata badan kapal laut dapat dibuat lebih kecil daripada massa jenis air (ρbadan kapal < ρair). Dengan massa jenis badan kapal yang lebih kecil daripada massa jenis air itu, akan diperoleh berat kapal (w) lebih kecil daripada gaya ke atas (Fa) dari air, sehingga kapal laut dapat tetap terapung di permukaan air.
c). Balon Udara
Ketika balon udara diisi gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara, berat udara yang dipindahkan sama dengan gaya ke atas pada balon. Oleh karena itu, balon terangkat ke atas.
d). Galangan Kapal
Untuk memperbaiki kerusakan kapal pada bagian bawah kapal laut, kapal harus diangkat sampai di atas permukaan laut. Untuk keperluan ini, digunakan galangan kapal. Ketika galangan berisi penuh dengan air, kapal laut bisa masuk ke dalamnya. Ketika kapal sudah berada di galangan, airdi dalam galangan bisa dikeluarkan sehingga galangan kapal naik, dan kapal bisa diperbaiki.
Contoh Soal
1. Volume sebuah kubus adalah 1.000 cm³ kubus itu tercelup dalam air tiga perempat bagian . massa jenis air tersebut sebesar 1g/cm³ . hitunglah besar gaya Archimedes yang terjadi.
2. Volume sebongkah batu adalah 2,5 dm³ dimasukin ke dalam air yang berat jenisnya 10.000 N/m² . Jika berat batu 100 N,hitunglah besar gaya ke atas dari batu tersebut.
Pembahasan Soal
1. Dik:V=1000cm³ =1/1000m³ karena 3/4 maka v=3/4*1/1000
rho air(rho itu yang p miring)=1g/cm³ = 1000kg/m³
g bumi=10N/kg
Dit : F archimedes
Jawab: F=rho air kali g bumi kali v
=1000*10*3/4*1/1000
=7,5 N
2. Dik:v=2,5dm³ =25/10000m³
W batu = 100N
massa jenis air=10000N/m³
gravitasi=10N/kg
Dit:F
Jawab:F=massa jenis kali gravitasi kali volume
= 10000 kali 10 kali 25/10000
= 250 N
3. 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!
Pembahasan
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.
4. Seorang 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!
Pembahasan
Data :
mb = 500 g = 0,5 kg
mf = 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).
Tegangan Permukaan
Tegangan Permukaan merupakan gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. egangan permukaan zat cair diakibatkan karena gaya yang bekerja pada zat cair tersebut.Dalam keadaan diam, permukaan zat cair akan membuat gaya tarik ke segala arah, kecuali ke atas. Hal itulah yang menyebabkan adanya tegangan permukaan. Oleh karena itu tegangan permukaan memiliki persmaan sebagai berikut:
Y = F/d dimana d = 2L Sehingga Y = F/2L
Keterangan:
Y = Tegangan Permukaan (N/m)
F = Gaya (N)
L = Panjang (m)
d = tempat dimana gaya itu bekerja
gambar: wikipedia
Tegangan permukaanpun bertanggung jawab atas bentuk tetesan cairan. Meskipun mudah cacat, tetesan air cenderung ditarik ke dalam bentuk bola dengan kekuatan kohesif dari lapisan permukaan. Dengan tidak adanya kekuatan lain, termasuk gravitasi, tetes hampir semua cairan akan berbentuk bulat sempurna. Bentuk bulat meminimalkan "ketegangan dinding" yang diperlukan dari lapisan permukaan sesuai dengan hukum Laplace.
1.
Gambar di atas melukiskan suatu kawat berbentuk U yang ditutup dengan kawat AB yang dapat bergerak bebas yang kemudian dimasukkan ke dalam larutan sabun. Setelah kawat diangkat dari larutan sabun ternyata kawat dapat setimbang setelah pada kawat digantungkan beban seberat 10^-3 N, jika panjang kawat AB = 10 cm dan berat kawat AB = 5.10^-4 N, berapakah besar tegangan permukaan selaput sabut tersebut?
2. Sebuah pipa kapiler dimasukkan ke dalam bak berisi minyak tanah. Tegangan permukaan minyak tanah = 10^-4 N/m. Jari-jari pipa kapiler = 1 mm. Jika massa jenis minyak tanah = 0,8 gr/m^3 dan g = 10 m/s^2, serta sudut kontaknya 20 derajat, maka hitunglah kenaikan permukaan minyak tanah dalam pipa kapiler!
Penyelesaian
Kapilaritas
Peristiwa kapilaritas adalah naik turunnya permukaan zat cair melalui pipa kapiler. kapilaritas terjadi karena gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya adhesi antara zat cair dan tabung kaca.
Seperti sebuah barometer dengan pipa kapiler yang sebagian diisi dengan air raksa, dan sebagian lagi rruang hampa udara (vakum). Perhatikan bahwa ketinggian air raksa di pusat tabung lebih tinggi dari pada tepi, membuat permukaan atas dari raksa berbentuk kubah. Pusat massa dari seluruh kolom air raksa akan sedikit lebih rendah jika permukaan atas raksa yang datar selama crossection seluruh tabung. Namun dengan berbentuk kubah memberikan luas permukaan sedikit kurang untuk seluruh massa raksa. Hal ini berguna untuk meminimalkan energi potensial total. Bentuk permukaan kubah diatas dikenal sebagai meniskus cembung. Jika sudut kontak antara cairan dengan tabung kapiler lebih dari 90 derajat maka bentuk permukaan cairan tertekan ke bawah yang disebut meniskus cekung. Perhatikan gambar di bawah ini:
warna merah sudut kontak kurang dari 90 derajat, warna biru sudut lebih dari 90 derajat, (wikipedia)
Adapun rumus/persamaan menghitung tinggi rendahnya atau naik turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler adalah:
Keterangan:
h = kenaikan atau penurunan zat cair (m),
γ = tegangan permukaan (N/m),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
r = jari-jari alas tabung/pipa (m).
Contoh soal kapilaritas
1. Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan secara vertikal ke dalam air, sudut kontaknya 60°. Jika tegangan permukaan air 0,5 N/m dan g = 10 m/s2, tentukanlah kenaikan air pada tabung.
Jawab
Diketahui: d tabung = 0,4 cm, θ = 60°, γ = 0,5 N/m, dan g = 10 m/s2.
h = 0,025m
2. Berapa tinggi air yang naik dalam pipa yang jari-jarinya 0,15 mm jika sudut kontaknya nol? γ untuk air adalah 0,073.
Penyesuaian :
Diketahui :
r = 0,15 mm = 1,5 x 10-4m, ρ =1.000 kg/m3
Jawab :
= 9,93 x 10-2m = 9,93 cm
3. Tegangan permukaan air raksa adalah 0,465 N/m. Sudut kontak air raksa dengan pipa kapiler berjari-jari 2,5 mm pada mangkuk sebesar 150°. Berapa ketinggian air raksa relatif terhadap permukaan air raksa dalam mangkuk?
Penyelesaian :
r = 2,5 mm, γ = 0,465 N/m, θ = 150,
Jawab :
Fluida Dinamis
Ciri-ciri umum fluida ideal adalah sebagai berikut:
1. Aliran fluida dapat merupakan aliran tumak (steady) atau tak tunak (non steady). Jika
kecepatan v di suatu titik adalah konstan terhadap waktu, maka aliran fluida dikatakan tunak.
Contoh aliran tunak adalah arus air yang mengalir dengan tenang (kelajuan alir rendah). Pada
aliran tak tunak, kecepatan v di suatu titik tidak konstan terhadap waktu. Contoh aliran tak tunak
adalah gelombang pasang air laut.
2. Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan (incompressible).
Jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika ditekan,
maka aliran fluida dikatakan tak termampatkan. Hampir semua zat cair yang bergerak dianggap
sebagai aliran tak termampatkan. Bahkan gas yang memiliki sifat sangat termampatkan, pada
kondisi tertentu dapat mengalami perubahan massa jenis yang dapat diabaikan. Pada kondisi ini
aliran gas dianggap sebagai aliran yang tak termampatkan.
3. Aliran fluida dpat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental (non viscous).
Garis alir adalah lintasan yang ditempuh oleh suatu partikel dalam fluida yang mengalir. Ada
dua jenis aliran fluida yaitu:
1. Aliran garis arus (laminar) adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis (lurus
melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya. Dimana kecepatan partikel fluida di tiap titik
pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu. Dengan demikian arus tidak pernah
berpotongan.
2. Aliran turbulen ditandai dengan adanya aliran berputar. Ada partikel yang arah geraknya
berbeda dan bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida.
Debit Air
Konsep awal mengenai fluida dinamis adalah tentang debit air. Apa yang dimaksud dengan debit air? Sama halnya saat kita menabung uang disebut debit, yang membedakan uang diganti dengan air. Jadi Debit air adalah jumlah air yang mengalir setiap waktu atau boleh diartikan banyaknya volume air yang mengalir setiap waktu.
Berdasarkan pengertian diatas, rumus empiris dari debit air adalah:
Q = V/t
Ket:
Q = Debit Air (m^3/s)
V = Volume (m^3)
t = waktu (s)
Jika kita hubungkan dengan kecepatan aliran air dan luas penampang pipa dan mulut kran maka persamaan diatas dapat dirubah menjadi: Karena volume V = A .h, maka
Q = A . h/t
Q = A.v
Ket:
A = luas penampang (m^2)
v = kecepatan aliran air (m/s)
Contoh Soal:
Air kran dengan luas penampang 2 cm^2 mengisi bak mandi dengan volume 10 liter dengan kecepatan 10 cm/s. Berapakah, waktu yang dibutuhkan untuk mengisi penuh bak mandi?
Jawaban:
Perhatikan gambar berikut:
kita rubah liter menjadi m^3 yaitu 0,01 m^3 serta merubah cm^2 ke m^2
Q = V/t
A . v = V/t
t = V/ A. v
t = 0,01/0,0002 . 0,1
t = 1/2 . 10^-3
t = 1000/2 = 250 sekon
2. Air mengalir dalam pipa yang jari-jari 5 cm dengan laju 10 cm/det. Berapa laju aliran volumenya?
Penyelesaian :
Diketahui :
r = 0,05 cm, v= 10 cm/det
Jawab :
Asas Kontinuitas
Saat air keran mengisi bak mandi, air mengalir dari pipa besar menuju mulut keran yang lebih kecil. Terdapat perbedaan luas antara mulut kran dengan pipa, sehingga kecepatan alitran air pun berbeda. Akan tetapi debit air yang mengalir tetap sama. Itulah yang disebut asas kontinuitas. Perhatikan gambar berikut:
Rumus Asas Kontinuitas
Q1= Q2
A1 v1 = A2 v2
Aliran air dalam pipa yang berbeda penampangnya dapat kita gambarkan sebagai berikut (Gambar 7.23). Di tempat yang penampangnya luas, maka aliran air kurang rapat dibanding bila melewati penampang yang lebih kecil.
Contoh Soal:
1. Air dikeluarkan dari botol aqua dengan luas penampang besar 5 cm^2 dan luas penampang kecil 2,5 cm^2. Berapakah kecepatan aliran air pada penampang kecil jika kcepatan air pada luas penampang besar 2 cm/s?
Perhatikan gambar berikut:
Q1= Q2
A1 v1 = A2 v2
5 . 2 = 2,5 .v2
v2 = 4 cm/s
2. Sebuah pipa panjang memilki penampang berbeda pada empat bagian (lihat gambar). Luas penampang pipa pada bagian 1, bagian 2, bagian 3 berturut-turut adalah 150 cm2, 100 cm2 dan 50 cm2. Kecepatan aliran air pada bagian 1 adalah 8,0 m/s, sedangkan pada bagian 4 adalah 4,8 m/s. hitunglah;
Debit air pada tiap-tiap penampang tersebut;
Luas penampang pipa pada bagian 4;
Kecepatan aliran pada bagian 2 dan bagian 3.
Penyelesaian
A1 = 150 cm2
V4 = 4,8 m/s
A3 = 50 cm2
A 2 = 100 cm 2
V1 = 8,0 m/s
A1. V1 = A2. V2 = A3. V3 = A4. V4
Q1 = Q2 = Q3 = Q4 Ditanya :
Q = ? tiap penampang
A4 = ?
V2 dan V3 = ?
Jawab :
1. Q1 = A1. V1
= 150 . 10-4 m2. 8 m/s
= 1200 . 10-2 m3/s
= 0,12 m3/s
Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = 0,12 m3/s
2. Q4 = Q1
A4. V4 = 1200 . 10-2 m3/s
A4 = = 2,5 . 10-2 m2
3. V2= = = 12 m/s
V3 = = = 24m/s
Bottom of Form
