Soal Dan Penyelesaian Fisika SMA: - Saatnya mempelajari perihal persamaan kontinuitas, aturan Bernoulli, tabung pitot, venturimeter, dan lain-lain. Berikut yaitu soal dan Jawaban Fisika dari Pak Dimpun perihal Fluida Dinamis yang kami lengkapi dengan Pembahasan ringkas. Semoga bermanfaat.
1. Perhatikan gambar!
Air dipompa dengan kompresor bertekanan 120 k Pa memasuki pipa bab bawah (I) berdiameter 12cm dan mengalir ke atas dengan kecepatan 1 m/s (g = 10 m/s² dan massa jenis air 1.000 kg/m³). Tekanan air pada pipa bab atas (II) yang diameternya 6 cm adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\left (\frac{r_{2}}{r_{1}} \right )^{2}\\\frac{1}{V_{2}}=\left (\frac{6}{12} \right )^{2}\\\frac{1}{V_{2}}=\left (\frac{1}{2} \right )^{2}\\V_{2}=4ms^{-1}$
Lalu cari $P_2$ dengan persamaan Bernoulli.
$\\P_1 + \frac{1}{2}\rho v_{2}^{1} + \rho .g.h_1 = P_2 + \frac{1}{2}\rho v_{2}^{2} + \rho .g.h_2 \\ 120.10^3 + \frac{1}{2}. 10^3 . 1^2 + 10^3 .10.0 = P_2 + \frac{1}{2}. 10^3 . 4^2 + 10^3 .10.2\\ 120.500 = P_2 + 8000 + 20000\\ P2 = 92.500 Pa\\ P2 = 92,5 k Pa$
2. Kecepatan air pada pipa berdiameter 6 cm yaitu 4 m/s. Maka kecepatan air pada pipa yang berafiliasi diameter 4 cm bila pipa dalam keadaan datar adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai persamaan kontinuitas untuk mengetahui laju anutan atau kecepatan air.
$\\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\left (\frac{d_{2}}{d_{1}} \right )^{2} \\\frac{4}{V_{2}}=\left (\frac{4}{6} \right )^{2} \\\frac{4}{V_{2}}=\left (\frac{2}{3} \right )^{2}\\V_{2}=9ms^{-1}$
3. Pipa silindrik yang lurus mempunyai dua macam penampang, masing-masing dengan luas 200 mm² dan 100 mm². Pipa tersebut diletakkan secara horizontal, sedangkan air di dalamnya mengalir dari arah penampang besar ke penampang kecil. Apabila kecepatan arus penampang besar yaitu 2 m/s, maka kecepatan arus di penampang kecil...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai persamaan kontinuitas.
$\\A_1.v_1 = A_2.v_2\\200. 2 = 100. v_2\\400 = 100 . v_2\\ v_2 = \frac{400}{100}=4ms^{-1}$
4. Suatu fluida ideal mengalir melalui pipa datar AB. Jika luas penampang A dua kali penampang B dan kecepatan anutan di A yaitu v, maka kecepatan anutan fluida di B adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Luas penampang di A sama dengan 2 kali luas penampang B. Berarti perbandingan luas penampang A dan B yaitu 2:1.
Memakai persamaan kontinuitas.
$\\A_1.v_1 = A_2.v_2\\ 2 . v = 1 . v_2\\ v_2 = 2v$
5. Dari sebuah tangki air terbuka berisi air dari kran berada pada ketinggian air menyerupai pada gambar (g = 10 m/s²).
Kecepatan air keluar bila kran dibuka adalah....
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\v = \sqrt{2 g (h_1-h_2)}\\ v = \sqrt{2. 10 (7-2)}\\ v = \sqrt{100}\\ v = 10ms^{-1}$
6. Luas penampang pipa air = 0,5 cm². Jika kecepatan anutan air = 1 m/s, volume air yang keluar selama 5 menit adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
volume air yang keluar selama 5 menit.
$\\V = Q . t=A. v.t\\ V= 0,5 . 100 . (5 x 60)\\ V= 50 . 300\\ V= 15.000 cm^{3}\\ V= 15 liter\\ V= 0,015 m^{3}$
7. Pipa masing-masing ujungnya berjari-jari 2 cm dan 4 cm. Jika kecepatan air pada penampang kecil 2,0 m/s, kecepatan air pada penampang besar adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai persamaan kontinuitas.
$\\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\left (\frac{r_{2}}{r_{1}} \right )^{2}\\\frac{2}{V_{2}}=\left (\frac{4}{2} \right )^{2}\\\frac{2}{V_{2}}=\left (2 \right )^{2}\\V_{2}=0,5ms^{-1}$
8. Air mengalir ke dalam kolam dengan debit 10-4 m³/s. Akan tetapi, kolam tersebut bocor di bab bawah melalui lubang yang luasnya 1 cm². Ketinggian maksimum air dalam kolam adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Cari kecepatan keluarnya air dari lubang.
$\\Q = A . v\\ v = \frac{Q}{A} \\v = \frac{10^{-4}}{10^{-4}} \\ v = 1 ms^{-1}$ Lalu cari ketinggiannya.
$\\v = \sqrt{2.g.h}\\ 1 = \sqrt{2.10.h}\\ 1^2 = 20.h\\ h = \frac{1}{20}\\ h = 0,05 m= 5 cm$
9. Pada bab bawah sebuah tangki air terdapat lubang sehingga air memencar keluar membentuk sudut 60° menyerupai terlihat pada gambar.
Jika jarak pancar air $\displaystyle x = 80\sqrt {3}$ cm, untuk g = 10 m/s², tinggi air (h) dalam tangki adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\x = 2gh . \frac{sin 2\theta }{g} \\ 0,8\sqrt 3 = 2h . sin 2(60)\\ 0,8\sqrt 3 = 2h .\frac{1}{2}\sqrt {3} \\ h = 0,8 m\\ h = 80 cm$ Dapat juga dihitung dengan: $\\h = \frac{x}{2sin 2\theta }\\h=\frac{0,8\sqrt{3} }{2sin 2(60) } \\h= \frac{0,8\sqrt {3}}{2(\frac{1}{2}\sqrt {3})} \\h= 0,8 m\\ h = 80 cm$
10. Anggap udara mengalir horizontal melalui sebuah sayap pesawat terbang. Kecepatan anutan udara di bab atas sayap yaitu 40 m/s, sedangkan di bab bawah yaitu 30 m/s. Jika luas total kedua sayap yaitu 10 m² dan diketahui massa jenis udara luar 1,2 kg/m³, besar gaya angkat pada sayap pesawat adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\F = \frac{1}{2} .\rho . (V_{1}^{2} - V_{2}^{2}) . A\\ F = \frac{1}{2} . 1,2 (40^2 - 30^2) . 10\\ F = \frac{1}{2} . 1,2 . 700 . 10\\ F = 4200 N$
11. Air mengalir dalam venturimeter menyerupai tampak pada gambar berikut.
Jika kecepatan anutan air pada penampang I sebesar 2 m/s dan g = 10 m/s², besar kecepatan anutan air pada penampang II adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\\frac{1}{2} . \rho (v_{2}^{2} - v_{1}^{2}) = \rho . g . h\\ \frac{1}{2} (v_{2}^{2} - v_{1}^{2}) = g . h\\ v_{2}^{2} - v_{1}^{2} = g . h . 2\\ v_{2}^{2} - 2^2 = 10 . 0,1 . 2\\ v_{2}^{2} -4 = 2 \\v_{2}^{2} = 6\\ v_2 = \sqrt{6}ms^{-1}$
12. Air terjun setinggi 10 m dipakai untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) berdaya listrik 1.000 W. Jika efisiensi generator 80% dan g = 10 m/s², debit air yang hingga ke kincir adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\P = \eta . Q . \rho . g . h\\ 1000 = 0,8 . Q . 1000. 10. 10\\ 1 = 80 Q\\ Q = \frac{1}{80} \\ Q = 0,0125 m^3/s\\ Q = 0,0125 x 1000 liter\\ Q = 12,5 L/s\\$
13. Gaya angkat pada pesawat terbang timbul karena:
1. Tekanan udara di depan sayap lebih besar daripada di belakang sayap.
2. Kecepatan udara di atas sayap lebih besar daripada di bawah sayap.
3. Kecepatan udara di belakang sayap lebih besar daripada di depan sayap.
4. Tekanan udara di atas sayap lebih kecil daripada di bawah sayap.
Pernyataan yang benar adalah...
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 1, 3, dan 4
d. 2, 3, dan 4
e. 2 dan 4
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Menurut persamaan Bernoulli, pada tempat bawah sayap yang mempunyai kecepatan lebih rendah, tekanan lebih besar sehingga gaya angkat pesawat besar. Berarti pernyataan yang sempurna sesuai persamaan tersebut yaitu 2 dan 4
SOAL DAN PENYELESAIAN FLUIDA DINAMIS
1. Perhatikan gambar!
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\left (\frac{r_{2}}{r_{1}} \right )^{2}\\\frac{1}{V_{2}}=\left (\frac{6}{12} \right )^{2}\\\frac{1}{V_{2}}=\left (\frac{1}{2} \right )^{2}\\V_{2}=4ms^{-1}$
Lalu cari $P_2$ dengan persamaan Bernoulli.
$\\P_1 + \frac{1}{2}\rho v_{2}^{1} + \rho .g.h_1 = P_2 + \frac{1}{2}\rho v_{2}^{2} + \rho .g.h_2 \\ 120.10^3 + \frac{1}{2}. 10^3 . 1^2 + 10^3 .10.0 = P_2 + \frac{1}{2}. 10^3 . 4^2 + 10^3 .10.2\\ 120.500 = P_2 + 8000 + 20000\\ P2 = 92.500 Pa\\ P2 = 92,5 k Pa$
2. Kecepatan air pada pipa berdiameter 6 cm yaitu 4 m/s. Maka kecepatan air pada pipa yang berafiliasi diameter 4 cm bila pipa dalam keadaan datar adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai persamaan kontinuitas untuk mengetahui laju anutan atau kecepatan air.
$\\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\left (\frac{d_{2}}{d_{1}} \right )^{2} \\\frac{4}{V_{2}}=\left (\frac{4}{6} \right )^{2} \\\frac{4}{V_{2}}=\left (\frac{2}{3} \right )^{2}\\V_{2}=9ms^{-1}$
3. Pipa silindrik yang lurus mempunyai dua macam penampang, masing-masing dengan luas 200 mm² dan 100 mm². Pipa tersebut diletakkan secara horizontal, sedangkan air di dalamnya mengalir dari arah penampang besar ke penampang kecil. Apabila kecepatan arus penampang besar yaitu 2 m/s, maka kecepatan arus di penampang kecil...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai persamaan kontinuitas.
$\\A_1.v_1 = A_2.v_2\\200. 2 = 100. v_2\\400 = 100 . v_2\\ v_2 = \frac{400}{100}=4ms^{-1}$
4. Suatu fluida ideal mengalir melalui pipa datar AB. Jika luas penampang A dua kali penampang B dan kecepatan anutan di A yaitu v, maka kecepatan anutan fluida di B adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Luas penampang di A sama dengan 2 kali luas penampang B. Berarti perbandingan luas penampang A dan B yaitu 2:1.
Memakai persamaan kontinuitas.
$\\A_1.v_1 = A_2.v_2\\ 2 . v = 1 . v_2\\ v_2 = 2v$
5. Dari sebuah tangki air terbuka berisi air dari kran berada pada ketinggian air menyerupai pada gambar (g = 10 m/s²).
Kecepatan air keluar bila kran dibuka adalah.... Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\v = \sqrt{2 g (h_1-h_2)}\\ v = \sqrt{2. 10 (7-2)}\\ v = \sqrt{100}\\ v = 10ms^{-1}$
6. Luas penampang pipa air = 0,5 cm². Jika kecepatan anutan air = 1 m/s, volume air yang keluar selama 5 menit adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
volume air yang keluar selama 5 menit.
$\\V = Q . t=A. v.t\\ V= 0,5 . 100 . (5 x 60)\\ V= 50 . 300\\ V= 15.000 cm^{3}\\ V= 15 liter\\ V= 0,015 m^{3}$
7. Pipa masing-masing ujungnya berjari-jari 2 cm dan 4 cm. Jika kecepatan air pada penampang kecil 2,0 m/s, kecepatan air pada penampang besar adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai persamaan kontinuitas.
$\\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\left (\frac{r_{2}}{r_{1}} \right )^{2}\\\frac{2}{V_{2}}=\left (\frac{4}{2} \right )^{2}\\\frac{2}{V_{2}}=\left (2 \right )^{2}\\V_{2}=0,5ms^{-1}$
8. Air mengalir ke dalam kolam dengan debit 10-4 m³/s. Akan tetapi, kolam tersebut bocor di bab bawah melalui lubang yang luasnya 1 cm². Ketinggian maksimum air dalam kolam adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Cari kecepatan keluarnya air dari lubang.
$\\Q = A . v\\ v = \frac{Q}{A} \\v = \frac{10^{-4}}{10^{-4}} \\ v = 1 ms^{-1}$ Lalu cari ketinggiannya.
$\\v = \sqrt{2.g.h}\\ 1 = \sqrt{2.10.h}\\ 1^2 = 20.h\\ h = \frac{1}{20}\\ h = 0,05 m= 5 cm$
9. Pada bab bawah sebuah tangki air terdapat lubang sehingga air memencar keluar membentuk sudut 60° menyerupai terlihat pada gambar.
Jika jarak pancar air $\displaystyle x = 80\sqrt {3}$ cm, untuk g = 10 m/s², tinggi air (h) dalam tangki adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\x = 2gh . \frac{sin 2\theta }{g} \\ 0,8\sqrt 3 = 2h . sin 2(60)\\ 0,8\sqrt 3 = 2h .\frac{1}{2}\sqrt {3} \\ h = 0,8 m\\ h = 80 cm$ Dapat juga dihitung dengan: $\\h = \frac{x}{2sin 2\theta }\\h=\frac{0,8\sqrt{3} }{2sin 2(60) } \\h= \frac{0,8\sqrt {3}}{2(\frac{1}{2}\sqrt {3})} \\h= 0,8 m\\ h = 80 cm$
10. Anggap udara mengalir horizontal melalui sebuah sayap pesawat terbang. Kecepatan anutan udara di bab atas sayap yaitu 40 m/s, sedangkan di bab bawah yaitu 30 m/s. Jika luas total kedua sayap yaitu 10 m² dan diketahui massa jenis udara luar 1,2 kg/m³, besar gaya angkat pada sayap pesawat adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\F = \frac{1}{2} .\rho . (V_{1}^{2} - V_{2}^{2}) . A\\ F = \frac{1}{2} . 1,2 (40^2 - 30^2) . 10\\ F = \frac{1}{2} . 1,2 . 700 . 10\\ F = 4200 N$
11. Air mengalir dalam venturimeter menyerupai tampak pada gambar berikut.
Jika kecepatan anutan air pada penampang I sebesar 2 m/s dan g = 10 m/s², besar kecepatan anutan air pada penampang II adalah...Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\\frac{1}{2} . \rho (v_{2}^{2} - v_{1}^{2}) = \rho . g . h\\ \frac{1}{2} (v_{2}^{2} - v_{1}^{2}) = g . h\\ v_{2}^{2} - v_{1}^{2} = g . h . 2\\ v_{2}^{2} - 2^2 = 10 . 0,1 . 2\\ v_{2}^{2} -4 = 2 \\v_{2}^{2} = 6\\ v_2 = \sqrt{6}ms^{-1}$
12. Air terjun setinggi 10 m dipakai untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) berdaya listrik 1.000 W. Jika efisiensi generator 80% dan g = 10 m/s², debit air yang hingga ke kincir adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
$\\P = \eta . Q . \rho . g . h\\ 1000 = 0,8 . Q . 1000. 10. 10\\ 1 = 80 Q\\ Q = \frac{1}{80} \\ Q = 0,0125 m^3/s\\ Q = 0,0125 x 1000 liter\\ Q = 12,5 L/s\\$
13. Gaya angkat pada pesawat terbang timbul karena:
1. Tekanan udara di depan sayap lebih besar daripada di belakang sayap.
2. Kecepatan udara di atas sayap lebih besar daripada di bawah sayap.
3. Kecepatan udara di belakang sayap lebih besar daripada di depan sayap.
4. Tekanan udara di atas sayap lebih kecil daripada di bawah sayap.
Pernyataan yang benar adalah...
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 1, 3, dan 4
d. 2, 3, dan 4
e. 2 dan 4
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Menurut persamaan Bernoulli, pada tempat bawah sayap yang mempunyai kecepatan lebih rendah, tekanan lebih besar sehingga gaya angkat pesawat besar. Berarti pernyataan yang sempurna sesuai persamaan tersebut yaitu 2 dan 4
Post a Comment (0)