Jawaban Soal UK BAB 3 Fisika Kelas XI (Fluida Statik)

Dalam bab 3 ini, kita mempelajari tentang fluida statik, yaitu seperti tekanan hidrostatik, hukum pascal, gaya archimedes, dan tegangan permukaan. Berikut adalah jawaban soal UK BAB 3 fisika kelas XI:

1). Tekanan hidrostatik bergantung pada:
(1) tinggi permukaan zat cair;
(2) luas permukaan zat cair;
(3) percepatan gravitasi bumi;
(4) massa jenis zat cair.
Pernyataan yang benar adalah.....
a. (1) dan (2)
b. (1) dan (3)
c. (1), (2), dan (4)
d. (1), (3), dan (4)
e. semua benar

Jawab: Rumus dari tekanan hidrostatik adalah P = ρ.g.h. Dengan keterangan ρ adalah massa jenis zat cair, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah kedalaman atau tinggi permukaan.
Jadi jawabannya adalah (1), (3), (4), => (D)

2). Sebuah kolam renang mempunyai kedalaman 5 m dan luas permukaan kolam 50 m². Jika tekanan udara luar 10⁵ Pa, percepatan gravitasi 10 m/s², dan massa jenis air 10³ kg/m³, tekanan total pada dasar kolam adalah....
a. 1,1 x 10⁵ Pa
b. 1,2 x 10⁵ Pa
c. 1,5 x 10⁵ Pa
d. 2,0 x 10⁵ Pa
e. 2,5 x 10⁵ Pa

Diketahui:
h = 5 m
A = 50 m²
Po = 10⁵ Pa
g = 10 m/s²
ρ = 10³ kg/m³ => 1000 kg/m³

Ditanya: Ptotal??

Jawab: 
P = F/A
P = ρ (Ah) g : A=> sesuai rumus (atau bisa juga ρ.g.h)

Ptotal = Po + P air
Ptotal = 10⁵ + ρ (Ah) g : A
Ptotal = 10⁵ + 1000 (50.5) 10 : 50
Ptotal = 10⁵ + 1000 (250) 10 : 50
Ptotal = 10⁵ + 1000 (2500) : 50
Ptotal = 10⁵ + 2500000 : 50
Ptotal =  10⁵ + 50000
Ptotal = 100000 + 50000
Ptotal = 150000
Ptotal = 1,5 x 10⁵ Pa (Jawaban: C)


3). Perhatikan gambar berikut.
Jika tekanan udara luar 1 atm,besarnya tekanan udara dalam tabung P adalah.... (Diketahui: Selisih permukaan raksa adalah 2cm).
a. 73 cmHg
b. 74 cmHg
c. 75 cmHg
d. 76 cmHg
e. 78 cmHg

Diketahui: 
P udara luar = Pbar = 1 atm = 76cmHg
selisih tinggi = (Δh) = 2 cm

Ditanyakan: P gas?

Jawab:
Pgas = Pbar - Δh
Pgas = 76cmHg - 2cmHg
Pgas = 74cmHg (Jawaban: B)

4). Sebuah gelas dimasukkan dengan arah terbalik ke dalam air. Ternyata, air tidak dapat masuk sepenuhnya ke dalam gelas seperti terlihat pada gambar berikut.
Perbedaan tinggi air di dalam dan di luar gelas 4 cm. Jika tekanan udara luar 10⁵ Pa dan g = 10 m/s², tekanan udara di dalam gelas adalah....
a. 1,04 x 10⁵ Pa
b. 1,004 x 10⁵ Pa
c. 1,0004 x 10⁵ Pa
d. 1,4 x 10⁵ Pa
e. 5,0 x 10⁵ Pa

Diketahui:
Δh = 4 cm = 0,04 m
Po = 10⁵ Pa
g = 10 m/s²
ρ = karena itu adalah air, maka massa jenisnya 1000 kg/m³

Ditanya: Tekanan udara di dalam gelas (Pa)?

Jawab:
Pa = Po + ρ.g.h
Pa = 10⁵ + 1000.10. 0,04
Pa = 10⁵ + 400
Pa = 100000 + 400
Pa = 100400
Pa = 1,004 x 10⁵ Pa (Jawaban: B)

5). Sebuah bejana berhubungan mula-mula berisi air dalam keadaan setimbang. Kemudian, pada salah satu kakinya diisi minyak sehingga air terdesak 2 cm dari keadaan setimbangnya. Jika massa jenis air 1gcm³ dan massa jenis minyak 0,8 gcm³, tinggi minyak di dalam bejana adalah...
a. 1,6 cm
b. 2,0 cm
c. 2,5 cm
d. 4,0 cm
e. 5,0 cm

Diketahui:
Mula-mula air dalam keadaan setimbang. Lalu setelah diisi oleh minyak, air terdesak 2cm dari keadaan setimbangnya. Berarti,
ha = 2cm (tinggi air)
ρa = 1gcm³ (massa jenis air)
ρm = 0,8gcm³ (massa jenis minyak)

Ditanya: hm (tinggi minyak)?

Jawab: 
Pair = Pminyak
ρa.g.ha = ρm.g.hm
1.10.2 = 0,8.10.hm
20 = 8 hm
hm = 20/8
hm = 2.5 cm (Jawaban: C)

6). Perhatikan gambar berikut.
Selisih tinggi air 4 cm. Massa jenis air 1 gc/m³, massa jenis minyak 0,8 gc/m³, dan massa jenis alkohol 0,64 gc/m³. Adapun tinggi permukaan air pada kaki A dan kaki B sama, tinggi kolom cairan alkohol yang harus dituangkan ke dalam kaki A adalah....
a. 3,125 cm
b. 4,000 cm
c. 4,500 cm
d. 6,250 cm
e. 6,400 cm

Diketahui:
ha = 4 cm (tinggi air)
ρa = 1g/cm³ (massa jenis air)
ρm = 0,8g/cm³  (massa jenis minyak)
ρA = 0,64g/cm³  (massa jenis alkohol)

Ditanya: Tinggi alkohol (hA)?

Jawab:
Tinggi permukaan air pada kaki A dan kaki B sama, berarti tinggi minyak dan tinggi alkohol adalah sama. Berarti kita tidak perlu menambahkan tekanan minyak pada rumus.
ρa.g.ha = ρA.g.hA
1.10.4 = 0,64.10.hA
40 = 6,4hA
hA = 40/6,4
hA = 6,250 cm (Jawaban: D)

7). Semakin dalam seseorang menyelam di dalam sebuah kolam....
a. Tekanan hidrostatik yang dialami tetap, gaya ke atasnya juga tetap.
b. Tekanan hidrostatik yang dialami bertambah, gaya ke atas juga bertambah.
c. Tekanan hidrostatik yang dialami tetap, gaya ke atasnya bertambah.
d. Tekanan hidrostatik yang dialami bertambah, gaya ke atasnya tetap.
e. Tekanan hidrostatik yang dialami bertambah, gaya ke atasnya berkurang.

Jawab:
Semakin dalam seseorang menyelam, maka semakin besar juga tekanan air terhadap orang tersebut. Lalu menurut hukum Archimedes, gaya ke atasnya juga semakin bertambah jika semakin dalam menyelam. (Jawaban: B)

8). Sebuah balok kayu massanya m dan volumenya V dicelupkan ke dalam air yang mempunyai massa jenis 1 gc/m³. Volume balok yang tampak di atas permukaan air sebesar 20%. Dari data tersebut, dapat ditentukan massa jenis balok kayu adalah....
a. 0,2 g/cm³
b. 0,4 g/cm³
c. 0,6 g/cm³
d. 0,8 g/cm³
e. 1,2 g/cm³

Jawab:
Cara menentukannya adalah:
ρ balok / ρ air = V tenggelam / V total
ρ balok / 1 = 80% V / 100% V (Volume total adalah 100%, karena diketahui volume balok yang tampak adalah 20%, maka volume balok tenggelam adalah 100%-20%=80%).
ρ balok = 0,8 g/cm³ (Jawaban: D)

9). Sebuah bendungan menampung air dengan ketinggian 5 meter.
Jika panjang dinding bendungan 40 meter, besarnya gaya yang dibutuhkan oleh dinding bendungan untuk menahan air adalah...
a. 1,00 x 10⁴ N
b. 2,50 x 10⁵ N
c. 5,00 x 10⁶ N
d. 1,00 x 10⁷ N
e. 2,50 x 10⁷ N

Diketahui:
h = 5m
P = 40m
A = p.h = 40.5 = 200 m²
massa jenis air (ρ) = 10³ kg/m³ => 1000 kg/m³

Diketahui: F (gaya)?

Jawab: 
P = F/A
ρ.g.h = F/200
1000.10.5 = F/200
50000 = F/200
F = 50000 x 200
F = 10000000
F = 1,00 x 10⁷ N

10). Dari gambar berikut, massa jenis air 1 g/cm³ dan massa jenis minyak 0,8 g/cm³.
Kubus dengan panjang sisinya 10 cm, berada 20% di dalam air. Massa kubus kayu tersebut adalah....
a. 440 gram
b. 640 gram
c. 840 gram
d. 940 gram
e. 1.040 gram

Diketahui:
ρ air = 1 g/cm³
ρ minyak = 0,8 g/cm³
S kubus = 10 cm
Volume = 20% tenggelam dalam air (0,2 Vb)
Volume = 80% berada di minyak (0,8 Vb)

Ditanya: Massa kubus (m) ?

Jawab:
massa benda belum diketahui:
m = ρ . Vb
W = ρ . Vb . g

W kubus = F air + F minyak
ρ kubus. g . V b = ρ air . g . V air + ρ minyak . g . V minyak (Coret g masing-masing)
ρ kubus. Vb = 1 . 0,2 Vb + 0,8 . 0,8 Vb
ρ kubus .Vb= 0,2Vb + 0,64 Vb
ρ kubus .Vb = 0,84 Vb
ρ kubus  = 0,84 Vb / Vb
ρ kubus = 0,84 g/cm³

m = ρ x Vb
m = 0,84 . S x S x S (rumus volume kubus)
m = 0,84 . 10 x 10 x 10
m = 0,84 x 1000
m = 840 gram (Jawaban: C)

11). Sebuah benda jika ditimbang di udara massanya 40 kg. Jika ditimbang di dalam air, massanya seolah-olah menjadi 25 kg. Akan tetapi, jika ditimbang di dalam suatu cairan lain, massanya seolah-olah menjadi 10 kg. Jika massa jenis air 1 g/cm³, massa jenis cairan tersebut adalah....
a. 1,0 g/cm³
b. 1,5 g/cm³
c. 2,0 g/cm³
d. 2,5 g/cm³
e. 3,0 g/cm³

Diketahui:
m diudara = 40 kg => W diudara = 40 x 10 = 400 N
m di air = 25 kg => W di air = 25 x 10 = 250 N
massa jenis air = 1 g/cm³ = > 1000 kg/m³

Ditanya: Jika ditimbang di cairan lain, massanya seolah-olah 10 kg. Berapa massa jenis cairan tersebut? (W dicairan lain = 10 x 10 = 100 N)

Jawab:
FA = ρ . g. V
Wdiudara - Wdiair = ρ . g .V
400 - 250 = 1000.10.V
150 = 10000V
V = 150/10000
V = 0,015 m³
V = 15000 cm³

FA = ρ . g. V
Wdiudara - Wdicairanlain = ρ . g. V
400 N - 100 N = ρ . 10 m/s² . 0,015 m³
300 N = ρ , 0,15 m⁴/s²
ρ = 300N/ 0,15 m⁴/s²
ρ = 2000 kg/m³
ρ = 2,0 g/cm³ (Jawaban: C)

12). Buyung, massanya 10 kg, duduk di atas sebuah pelampung yang terbuat dari ban dalam mobil. Ternyata, 80% ban tersebut masuk ke dalam air. Jika massa ban adalah 2 kg dan massa jenis air 1 g/cm³, volume ban yang dipakai sebagai pelampung sebesar....
a. 8 dm³
b. 12 dm³
c. 15 dm³
d. 80 dm³
e. 120 dm³

Diketahui:
m Buyung = 10 kg
Vfluida = 0,8 Vban (80% yang tercelup)
m Ban = 2 kg
massa jenis air (ρ) = 1 g/cm³ => 1000 kg/m³

Ditanya: Volume Ban (Vban)?

Jawab:
FA = w
ρ air x g x Vfluida = (massa buyung + massa ban) x g
1000 x 10 x 0,8 Vban = (10 + 2) x 10
8000 Vban = 12 x 10
8000 Vban = 120
Vban = 120/8000
Vban = 0,015 m³
Vban = 15 dm³ (Jawaban: C)

13). Sebuah ban dalam mobil digunakan sebagai alat apung di dalam sebuah kolam renang. Massa ban 2 kg dan volumenya 5 x 10^-2 m³. Jika diketahui massa jenis air 10³ kg/m³, massa maksimum seseorang yang masih dapat terangkat oleh ban tersebut adalah...
a. 25 kg
b. 32 kg
c. 48 kg
d. 52 kg
e. 68 kg

Diketahui:
m Ban = 2 kg
V ban = 5 x 10^-2 m³
massa jenis air (ρ) = 10³ kg/m³ => 1000 kg/m³

Ditanya: Massa maksimum yang dapat terangkat?

Jawab:
FA = W
ρ . g. V = (m Ban + m) . g => (g nya dicoret masing-masing)
1000. 5 x 10^-2 = 2 + m
m = 1000. 5 x 10^-2 - 2
m = 1000 . 0,05 - 2
m = 50 - 2
m = 48 kg (Jawaban: C)

14). Balon udara volumenya 500 m³ berisi gas yang mempunyai massa jenis 0,1 kg/m³. Jika massa jenis udara disekitar balon 1,1 kg/m³ dan massa balon 225 kg, beban maksimum yang dapat diangkat oleh balon udara tersebut adalah....
a. 25 kg
b. 225 kg
c. 250 kg
d. 275 kg
e. 500 kg

Diketahui:
Vbalon = 500 m³
massa jenis balon (ρ) = 0,1 kg/m³
massa jenis udara sekitar balon (ρ) = 1,1 kg/m³
m Balon = 225 kg

Ditanya: Beban maksimum yang dapat diangkat?

Jawab:
Jika massa balon = 225 kg itu hanya berat karet balonnya, bukan termasuk gas maka:
FA = Wbalon + Wgas + Wbeban
ρudara . V. g = m Balon . g + ρgas. V. g + m Beban . g (g nya saling coret)
1,1 . 500 = 225 + 0,1.500 + m Beban
550 = 225 + 50 + m Beban
550 = 275 + m Beban
m Beban = 550 - 275
m Beban = 275 kg (Jawaban: D)

15). Serangga dapat berdiri di atas permukaan air akibat adanya....
a. gaya Archimedes
b. gaya Pascal
c. gaya regangan
d. tegangan permukaan
e. sifat kapilaritas

Jawab:
Serangga dapat berdiri di atas permukaan air akibat adanya tegangan permukaan. Tegangan permukaan itu sendiri disebabkan oleh adanya interaksi molekul-molekul zat cair di permukaan zat cair. Contoh: Ketika serangga hinggap di permukaan air tanpa tenggelam, hal ini disebabkan karena gaya berat serangga tersebut masih lebih kecil dibandingkan tegangan permukaan air, sehingga serangga tersebut masih bisa ditahan oleh gaya atau tegangan permukaan air. (Jawaban: D)