Contoh Soal Fluida Dinamis dan Pembahasannya

tirto.id - Ujian Akhir Semester (UAS) akan segera tiba. Salah satu mata pelajaran yang akan diujikan adalah Fisika. Materi Fisika pada kelas 11 yang kerap keluar saat ujian adalah Fluida Dinamis. Supaya bisa mendapatkan nilai maksimal, siswa disarankan untuk berlatih mengerjakan contoh soal dan pembahasannya.

Materi Fluida Dinamis dipelajari dalam mata pelajaran fisika guna memahami konsep dan hukum dalam Fluida Dinamis. Setelah memahami materi ini, siswa diharapkan dapat memecahkan permasalahan dalam kehidupan sehari hari khususnya yang ada hubungannya dengan teknologi.

Mengutip Modul Fluida Dinamis Kelas 11 yang disusun oleh Kusrini, Fluida Dinamis merupakan zat yang bisa mengalami perubahan perubahan bentuk secara terus menerus bila terkena tekanan atau gaya geser walaupun relatif kecil atau biasa disebut zat mengalir.

Dalam fluida dinamis, aliran fluida dapat dibedakan menjadi aliran laminar dan turbulen, tergantung pada kecepatan dan karakteristik medium aliran. Salah satu prinsip utama dalam fluida dinamis adalah hukum Bernoulli, yang menyatakan bahwa pada aliran fluida ideal (tanpa gesekan dan tak termampatkan), jumlah dari tekanan, energi kinetik, dan energi potensial per satuan volume adalah konstan di sepanjang garis aliran.

Konsep tersebut menjelaskan banyak fenomena, seperti mengapa pesawat bisa terbang atau bagaimana semprotan parfum bekerja. Pemahaman Fluida Dinamis penting dalam berbagai bidang, seperti teknik mesin, penerbangan, kedokteran, dan teknik sipil.

Contoh Soal Fluida Dinamis dan Pembahasannya

Berlatih soal merupakan salah satu cara yang efektif dalam memahami berbagai materi pelajaran tidak terkecuali dalam materi Fluida Dinamis. Berikut ini adalah contoh soal Fluida Dinamis lengkap dengan jawaban dan pembahasannya.

1. Bak kosong dengan volume 1 m3 diisi air dari kran yang memiliki luas penampang 2 cm2 dengan kecepatan aliran 10 m/s. Bak tersebut akan terisi penuh dalam waktu …

A. 250 sekon

B. 500 sekon

C. 600 sekon

D. 750 sekon

E. 800 sekon

Pembahasan :

Q = Av

Q = (2 x 10-4)(10)

Q = 2 x 10-3 m3/s

Q = V/t

t = V/Q

t = (1)/( 2 x 10-3 m3/s) = 0,5 x 103 s = 500 s

Jawaban B.

2. Timba diisi air yang mengalir dari sebuah pipa paralon dengan luas penampang 8 cm2 dan kecepatan aliran 6 m/s. Volume air dalam timba setelah diisi selama 2 menit (120 s) adalah …

A. 120 liter

B. 136 liter

C. 338 liter

D. 467 liter

E. 567 liter

Pembahasan :

Q = Av

Q = (8 x 10-4)(6)

Q = 48 x 10-4 m3/s

Q = V/t

V = Qt

V = (48 x 10-4)(120) = 576 x 10-3 m3 = 576 dm3 = 576 liter

Jawaban E.

3. Di dalam pipa mendatar yang memiliki penampang 10 cm2, air mengalir dengan debit 10 cm3/s saat tekanan 2 dyne/cm2. Tekanan air pada pipa yang penampangnya 5 cm2 adalah …

A. 0,5 dyne/cm2

B. 1,5 dyne/cm2

C. 2,5 dyne/cm2

D. 3,0 dyne/cm2

E. 3,5 dyne/cm2

Pembahasan :

*Mencari nilai v1 dan v1 , jika Q1 = Q2 diketahui

Q1 = A1 .v1

10 = (10).v1

v1 = 1 cm/s

Q2 = A2 .v2

10 = (5).v2

v2 = 2 cm/s

*Tekanan P2 , ρair = 1000 kg/m3 = 1 gr/cm3

P1-P2 = (1/2) (ρ)(v22-v12) + ρgΔy

2-P2 = (1/2) (1)(22-12) + ρg(0)

2-P2 =0,5(4-1)

2-P2 = 1,5

P2 = 0,5 dyne/cm3

Jawaban A.

4. Pada tabung pitot dialirkan gas dengan kelajuan v, sehingga perbedaan ketinggian raksa pada kedua kaki manometer adalah 2 cm. Jika massa jenis gas sebesar 3, 4 kg/m3 dan massa jenis raksa 13600 kg/m3, maka besar nilai v adalah …

A. 30 m/s

B. 40 m/s

C. 50 m/s

D. 60 m/s

E. 90 m/s

Pembahasan :

v = akar ((2.ρ’gh)/ρ)

v = akar ((2.ρ’gh)/ρ)

v = akar ((2.(13600)(10)(0,02))/3,4)

v = akar (1600)

v = 40 m/s

ρ’ adalah massa jenis pada manometer dan ρ adalah massa jenis gas.

Jawaban B.

5. Sebuah pesawat terbang perlu dipercepat untuk mencapai kelajuan tertentu sebelum lepas landas. Pada kondisi ini, perubahan momentum dari udara tegak lurus ke bawah terhadap sayap dan sama besar dengan berat pesawat. Kelajuan udara mengecil seiring dengan bertambahnya kelembapan udara. Pernyataan berikut ini yang benar adalah

A. di hari yang lembab, kelajuan minimal lepas landas harus lebih besar karena kelembaban udara lebih kecil

B. pada hari yang lembab, kelajuan minimal lepas landas harus lebih kecil karena udara mengembun dan mempunyai gaya hambat

C. kelajuan minimum lepas landas harus konstan untuk hari lembab maupun kering

D. di hari yang kering, kelajuan minimum lepas landas harus lebih besar karena kelajuan udara sekitar lebih besar

E. di hari yang kering, kelajuan minimum lepas landas harus lebih kecil karena tidak ada pendingin sehingga massa pesawat menurun.

Pembahasan :

Saat pesawat terbang stabil, gaya angkat ke atas (Fa ) = gaya berat pesawat (Fb )

Fa = Fg

Fa = ΔP.A

Fa = (1/2) (ρ)(v22 – v12).A

Fa = (1/2) (ρ)( Δv).A

Saat kelembapan udara meningkat atau menurun, massa jenis akan berubah. Akibatnya gaya angkat ke atas akan berubah membesar atau mengecil. Sedangkan, gaya berat Fg tidak berubah. Gaya angkat Fa akan tetap nilainya walau kelembapan udara mengecil, jika kelajuan diperbesar, dimana udara lembab = kelembapannya kecil.

Jadi, saat hari lembab ρ=kecil dan kelajuan harus diperbesar.

Jawaban A.