Dalam bab ke 4 ini yaitu Fluida Dinamik. Kita akan mempelajari tentang persamaan kontinuitas, hukum Bernoulli, tabung pitot, venturimeter, dan lain-lain. Berikut adalah jawaban Soal UK BAB 4 Fisika Kelas XI tentang Fluida Dinamik.
1).
a. 52,5 k Pa
b. 67,5 k Pa
c. 80,0 k Pa
d. 92,5 k Pa
e. 107,5 k Pa
Diketahui:
P1 = 120 k Pa => 120.000 Pa
v1 = 1 m/s
g = 10 m/s²
ρ = 1000 kg/m³
h1 = 0 m
h2 = 2 m
r1 = 12 cm
r2 = 6 cm
Ditanya: P2 (tekanan air pada pipa 2)?
Jawab:
Cari v2 dulu dengan persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
(π.r1²).v1 = (π.r2²). v2 => Coret masing-masing π disetiap persamaan
r1² . v1 = r2² . v2
12² . 1 = 6² . v2
144 = 36 . v2
v2 = 144 / 36
v2 = 4 m/s
Lalu cari P2 dengan persamaan Bernoulli.
P1 + ½ ρ.v1² + ρ.g.h1 = P2 + ½ ρ.v2² + ρ.g.h2
120.000 + ½ . 1000 . 1² + 1000.10.0 = P2 + ½.1000 . 4² + 1000.10.2
120.000 + 500 + 0 = P2 + 500 . 16 + 20000
120.500 = P2 + 8000 + 20000
120.500 = P2 + 28000
P2 = 120.500 - 28.000
P2 = 92.500 Pa
P2 = 92,5 k Pa (Jawaban: D)
2). Dari gambar berikut P1 dan V1 adalah tekanan dan kecepatan udara di atas sayap, P2 dan V2 adalah tekanan dan kecepatan udara di bawah sayap. Pesawat akan lepas landas.
Agar sayap pesawat dapat mengangka pesawat, maka syaratnya...
a. P1 = P2 dan V1 = V2
b. P1 < P2 dan V1 > V2
c. P1 ≥ P2 dan V1 < V2
d. P1 > P2 dan V1 > V2
e. P1 > P2 dan V1 < V2
Jawab:
Menurut persamaan Bernoulli, pada daerah bawah sayap yang memiliki kecepatan lebih rendah, tekanannya lebih besar sehingga gaya angkat pesawat besar. Berarti,
P1 < P2 dan V1 > V2 (B)
3). Kecepatan air pada pipa berdiameter 6 cm adalah 4 m/s. Maka kecepatan air pada pipa yang berhubungan diameter 4 cm adalah...
a. 4 m/s
b. 6 m/s
c. 8 m/s
d. 9 m/s
e. 10 m/s
Diketahui:
d1 = 6 cm (diameter pipa 1)
v1 = 4 m/s (kecepatan air di pipa 1)
d2 = 4 cm (diameter pipa 2)
Ditanya: v2 (kecepatan air di pipa 2) ?
Jawab:
Memakai persamaan kontinuitas untuk mengetahui laju aliran atau kecepatan air.
A1.v1 = A2.v2
1/4.π.d1² . v1 = 1/4.π.d2² . v2 (Coret 1/4 dan π masing-masing persamaan)
d1² . v1 = d2² . v2
6² . 4 = 4² . v2
36 . 4 = 16 . v2
v2 = 144/16
v2 = 9 m/s (D)
4). Perhatikan gambar berikut.
Jika VA, VB, VC adalah kecepatan mengalir zat cair di dalam pipa yang berpenampang AA, AB, AC, maka hubungan kecepatan zat cair dalam ketiga penampang pipa tersebut dapat dinyatakan...
a. VA = VB = VC
b. VA > VB > VC
c. VA ≤ VB ≥ VC
d. VA > VB > VC
e. VA < VB < VC
Jawab:
Jika semakin kecil luas penampang suatu pipa, maka kecepatan aliran yang mengalir di dalam pipa semakin cepat. Maka hubungan kecepatan zat cair dalam ketiga penampang pipa tersebut dapat dinyatakan dengan: VA < VB < VC (Jawaban: E)
5). 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 adalah 2 m/s, maka kecepatan arus di penampang kecil...
a. 1/2 m/s
b. 1 m/s
c. 2 m/s
d. 4 m/s
e. 8 m/s
Diketahui:
A1 = 200 mm² => 200 x 10-6m²
A2 = 100 mm² => 100 x 10-6m²
v1 = 2 m/s
Ditanya: v2 (kecepatan arus di penampang kecil)?
Jawab:
Memakai persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
200 x 10-6 . 2 = 100 x 10-6 . v2 (Coret masing masing 10-6 setiap persamaan)
200 . 2 = 100. v2
400 = 100 . v2
v2 = 400/100
v2 = 4 m/s (Jawaban: D)
6). Suatu fluida ideal mengalir melalui pipa AB seperti gambar tersebut. Jika luas penampang A dua kali penampang B dan kecepatan aliran di A adalah v, maka kecepatan aliran fluida di B adalah...
a. 1 v
b. 2 v
c. 3 v
d. 4 v
e. 5 v
Diketahui:
Luas penampang (A) di A = 2 kali penampang B (2B)
Kecepatan aliran di A = v
Ditanya: Kecepatan aliran di B?
Jawab:
Luas penampang di A sama dengan 2 kali luas penampang B. Berarti perbandingan luas penampang A dan B adalah 2:1.
Memakai persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
2 . v = 1 . v2
v2 = 2v /1
v2 = 2v (Jawaban: B)
7). Dari sebuah tangki air terbuka berisi air dari kran berada pada ketinggian air seperti pada gambar (g = 10 m/s²). Kecepatan air keluar jika kran dibuka adalah.... (h1 = 7m, dan h2 = 2m)
a. 6,3 m/s
b. 10,0 m/s
c. 11,8 m/s
d. 12,0 m/s
e. 15,5 m/s
Diketahui:
h1 = 7 m
h2 = 2 m
g = 10 m/s²
Ditanya: Kecepatan air yang keluar (v)?
Jawab:
v = √2 g (h1-h2)
v = √2. 10 (7-2)
v = √ 20. 5
v = √100
v = 10 m/s (Jawaban: B)
8). Luas penampang pipa air = 0,5 cm². Jika kecepatan aliran air = 1 m/s, volume air yang keluar selama 5 menit adalah...
a. 0,015 m³
b. 0,15 m³
c. 1,5 m³
d. 15 m³
e. 150 m³
Diketahui:
A = 0,5 cm²
v = 1 m/s => 100 cm/s
Ditanya: volume air yang keluar selama 5 menit?
Jawab:
Mencari Q (debit aliran) terlebih dahulu.
Q = A. v
Q = 0,5 . 100
Q = 50 cm³/s
Lalu cari volume air yang keluar selama 5 menit.
v = Q . t
v = 50 . (5 x 60s)
v = 50 . 300
v = 15.000 cm³
v = 15 liter
v = 0,015 m³ (Jawaban: A)
9). 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...
a. 0,5 m/s
b. 1,0 m/s
c. 2,0 m/s
d. 4,0 m/s
e. 8,0 m/s
Diketahui:
r1 = 2 cm
r2 = 4 cm
v1 = 2 m/s
Ditanya: v2 (kecepatan air pada penampang besar)?
Jawab:
Memakai persamaan kontinuitas.
A1.v1 = A2.v2
(π.r1²).v1 = (π.r2²). v2 => Coret masing-masing π disetiap persamaan
r1² . v1 = r2² . v2
2² . 2 = 4² . v2
4 . 2 = 16 . v2
8 = 16 . v2
v2 = 8 / 16
v2 = 0,5 m/s (Jawaban: A)
10). Air mengalir ke dalam bak dengan debit 10-4 m/s³. Akan tetapi, bak tersebut bocor di bagian bawah melalui lubang yang luasnya 1 cm². Ketinggian maksimum air dalam bak adalah...
a. 5 cm
b. 4 cm
c. 3 cm
d. 2 cm
e. 1/2 cm
Diketahui:
Q = 10-4 m/s³
A = 1 cm² => 1 x 10-4 m²
Ditanya: ketinggian maksimum air dalam bak (h) ?
Jawab:
Cari kecepatan keluarnya air dari lubang.
Q = A . v
v = Q / A
v = 10-4 /1 x 10-4
v = 1 m/s
Lalu cari ketinggiannya.
v = √2.g.h
1 = √2.10.h
1 = √20.h (kuadratkan masing-masing persamaan agar akar dihilangkan)
1² = 20.h
h = 1/20
h = 0,05 m
h = 5 cm (Jawaban: A)
11). Pada bagian bawah sebuah tangki air terdapat lubang sehingga air memencar keluar membentuk sudut 60° seperti terlihat pada gambar.
Jika jarak pancar air x = 80√3 cm, untuk g = 10 m/s², tinggi air (h) dalam tangki adalah...
a. 20 cm
b. 40 cm
c. 60 cm
d. 80 cm
e. 100 cm
Diketahui:
x = 80√3 cm = 0,8√3 m
θ = 60°
g = 10 m/s²
Ditanya: tinggi air dalam tangki (h) ?
Jawab:
Rumus jarak pancar horizontal:
x = v² . sin 2θ/g
0,8√3 = v² . sin 120°/10
0,8√3 = v² . ½√3 / 10 (angka 10 yang diruas kanan dipindah ke ruas kiri)
0,8√3 . 10 = v² . ½√3
8√3 = v² . ½√3
v² = 8√3 / ½√3
v² = 16
Rumus kecepatan pancaran:
v = √2.g.h
v² = 2.g.h
16 = 2.10.h
16 = 20.h
h = 16/20
h = 0,8 m
h = 80 cm (Jawaban: D)
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
Jawab:
Menurut persamaan Bernoulli, pada daerah bawah sayap yang memiliki kecepatan lebih rendah, tekanan lebih besar sehingga gaya angkat pesawat besar. Berarti pernyataan yang tepat sesuai persamaan tersebut adalah 2 dan 4 (Jawaban: E)
13). Anggap udara mengalir horizontal melalui sebuah sayap pesawat terbang. Kecepatan aliran udara di bagian atas sayap adalah 40 m/s, sedangkan di bagian bawah adalah 30 m/s. Jika luas total kedua sayap adalah 10 m² dan diketahui massa jenis udara luar 1,2 kg/m³, besar gaya angkat pada sayap pesawat adalah...
a. 2.100 N
b. 3.150 N
c. 4.200 N
d. 5.000 N
e. 6.250 N
Diketahui:
Vatas = 40 m/s
Vbawah = 30 m/s
A = 10 m²
ρ = 1,2 kg/m³
Ditanya: Besar gaya angkat (F angkat)?
Jawab:
F angkat = ½ .ρ . (Vatas² - Vbawah²) . A
F angkat = ½ . 1,2 (40² - 30²) . 10
F angkat = ½ . 1,2 . 700 . 10
F angkat = 4200 N (Jawaban: C)
14). Air mengalir dalam venturimeter seperti tampak pada gambar tersebut. Jika kecepatan aliran air pada penampang I sebesar 2 m/s dan g = 10 m/s², besar kecepatan aliran air pada penampang II adalah...
a. 2 m/s
b. √5 m/s
c. √6 m/s
d. 3 m/s
e. 5 m/s
Diketahui:
v1 = 2 m/s
g = 10 m/s²
h = 10 cm = 0,1 m
Ditanya: kecepatan aliran pada penampang II (v2)?
Jawab:
½ . ρ (v2² - v1²) = ρ . g . h (Coret masing-masing ρ dari setiap persamaan)
½ (v2² - v1²) = g . h (angka 1/2 dipindah ke ruas kanan)
v2² - v1² = g . h . 2
v2² - 2² = 10 . 0,1 . 2
v2² -4 = 2
v2² = 6
v2 = √6 m/s (Jawaban: C)
15). Air terjun setinggi 10 m digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) berdaya listrik 1.000 W. Jika efisiensi generator 80% dan g = 10 m/s², debit air yang sampai ke kincir adalah...
a. 12,5 L/s
b. 251 L/s
c. 27,5 L/s
d. 125 L/s
e. 250 L/s
Diketahui:
h = 10 m
P = 1000 Watt
η = 80% = 80/100 = 0,8
g = 10 m/s²
ρ = 1000 kg/m³
Ditanya: Q (debit air)?
Jawab:
P = η . Q . ρ . g . h
1000 = 0,8 . Q . 1000. 10. 10
1000 = 80.000 Q
Q = 1000/80.000
Q = 0,0125 m³/s
Karena 1m³ = 1000 liter
Q = 0,0125 x 1000 liter
Q = 12,5 L/s (Jawaban: A)