SOAL DAN PEMBAHASAN FISIKA FLUIDA STATIS

 Soal nomor 1 (soal UN 2018)

(contoh soal Gaya Archimedes – aplikasi)

Sebuah patung emas yang massanya 9,65 kg dan massa jenisnya 5,15 x 10³ kg.m^-3 berada di dalam kapal yang karam di dasar laut. Patung tersebut akan diangkat ke permukaan laut dengan menggunakan tali kawat baja yang dihubungkan dengan alat penarik. Massa jenis air laut 1,03 x 10³ kg.m^-3, maka gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat patung emas tersebut ke permukaan adalah ....

A. 5,15 N

B. 20,60 N

C. 48,25 N

D. 77,20 N

E. 96,50 N

Kunci jawaban : “D”

Pembahasan :

Ilustrasi soal

Gaya minimal tali mengangkat patung adalah ketika ΣF = 0, sehingga

F_A + T = w

T = w – F_A

T = m . g – ρ_f . V . g

T = ρ_p . V . g - ρ_f . V . g

T = (ρ_p – ρ_f) . V . g

T = (ρ_p – ρ_f) . (m_p/ρ_p) . g

T = (5,15 x 10^-3 – 1,03 x 10^-3) (9,65/(5,15 x 10^-3) 10

T = 4,12 x 10^-3 (9,65/(5,15 x 10^-3) 10

T = 77,20 N

Soal nomor 2 (soal UN 2018)

(massa jenis – grafik)

Berikut ini adalah grafik hubungan antara ρ (massa jenis) dan V (volume) berbagai jenis fluida

Grafik hubungan massa jenis terhadap volume beberapa fluida

Fluida yang memiliki massa yang sama adalah ....

A. air dan minyak

B. air dan alkohol

C. alkohol dan soda

D. alkohol dan bensin

E. bensin dan soda

Kunci jawaban : “C”

Pembahasan :

m = ρ . V

perhatikan koordinatnya

Benda	ρ(kg.m-3)	V(m3)	m (kg)
Minyak	0,8	10	8
Air	1	15	15
Alkohol	0,9	20	18
Bensin	0,8	25	20
Soda	0,6	30	18

Soal nomor 3 (soal UN 2017)

(tekanan hidrostatis – gambar data)

Sebuah benda berbentuk balok dicelupkan dalam cairan A yang massa jenisnya 900 kg.m^-3 ternyata 1/3 bagian muncul di atas permukaan. Berapa bagian dari balok tersebut yang muncul jika cairan diganti dengan cairan B yang massa jenisnya 1.200 kg.m^-3?

A. ¼ bagian

B. 4/9 bagian

C. ½ bagian

D. 5/9 bagian

E. ¾ bagian

Kunci jawaban : “C”

Pembahasan :

Untuk benda terapung berlaku sifat

w = F_A

w = ρ_z V_T g

Jurus jitu :

Soal tentang perbandingan antara massa jenis zat cair dengan volume benda tercelup (berbanding terbalik). Berdasarkan persamaan di atas maka dapat dituliskan persamaan perbandingnnya sebagai berikut.

Soal nomor 4 (soal UN 2016)

(gaya Archimedes – data gambar)

Perhatikan gambar!

Dua kubus yang identik dimasukkan dalam dua zat cair (B dan C) yang massa jenisnya berbeda. Bagian kubus yang masuk ke dalam zat cair B 50% dan zat cair C 30%. Perbandingan massa jenis zat B dan C adalah ....

A. 3 : 5

B. 4 : 5

C. 5 : 4

D. 5 : 3

E . 5 : 2

Kunci jawaban : “A”

Pembahasan :

Untuk benda terapung berlaku sifat

w = F_A

w = ρ_z V_T g

Jurus jitu :

Soal tentang perbandingan antara massa jenis zat cair dengan volume benda tercelup (berbanding terbalik). Berdasarkan persamaan di atas maka dapat dituliskan persamaan perbandingnnya sebagai berikut.

baca juga : 
materi fisika kelas 10 materi kinematika gerak lurus (bagian 1)
materi fisika kelas 10 materi kinematika gerak lurus (bagian 2)

Soal nomor 5 (soal UN 2015)

(Gaya Archimedes – aplikasi)

Balok yang tingginya 40 cm dan massa jenisnya 0,75 gram.cm^-3 mengapung di atas zat cair yang massa jenisnya 1,5 gram.cm^-3, maka tinggi balok yang muncul di permukaan zat cair adalah ....

A. 10 cm

B. 20 cm

C. 40 cm

D. 60 cm

E. 80 cm

Kunci jawaban : “B”

Pembahasan :

Berlaku hukum Archimedes untuk benda terapung

w = F_A

m . g = ρ_z V_T g

ρ_b V_Tot = ρ_z V_T  (m = ρ . V)

0,75 . A . h_Tot = 1,5 . A . h_T

0,5  h_{Tot ­}= h_T

(setengah dari ketinggian total terendam di dalam air, sehingga setengahnya lagi berada di atas permukaan zat cair)

Soal nomor 6

(Gaya Archimedes – data gambar)

Benda dengan berat w dicelupkan ke dalam cairan X dan Y secara bergantian.

Pada  saat dicelupkan ke dalam cairan X ada 0,8 bagian berada di atas permukaan cairan, sedangkan pada saat di cairan Y ada 0,5 bagian. Jika massa jenis cairan X = 2000 kg.m^-3, maka massa jenis cairan Y adalah ....

A. 1600 kg.m^-3

B. 1250 kg.m^-3

C. 1000 kg.m^-3

D. 800 kg.m^-3

E. 125 kg.m^-3

Kunci jawaban : “D”

Pembahasan :

Untuk benda terapung berlaku sifat

w = F_A

w = ρ_z V_T g

Jurus jitu :

Soal tentang perbandingan antara massa jenis zat cair dengan volume benda tercelup (berbanding terbalik). Berdasarkan persamaan di atas maka dapat dituliskan persamaan perbandingnnya sebagai berikut.

Soal nomor 7

(gaya Archimedes – data gambar)

Balok kayu terapung di atas permukaan dari dua cairan yang berbeda yakni bensin (ρ_bensin = 700 kg.m^-3) dan air (ρ_air = 1000 kg.m^-3) seperti pada gambar di bawah ....

 Massa jenis balok adalah ....

A. 190 kg.m^-3

B. 300 kg.m^-3

C. 350 kg.m^-3

D. 610 kg.m^-3

E. 700 kg.m^-3

Kunci jawaban : “D”

Pembahasan :

Balok akan mendapat gaya ke atas dari kedua fluida seperti ilustrasi berikut ini

 Seperti pada soal-sal sebelumnya, untuk benda terapung berlaku

w = F_b + Fa

m . g = ρ_b V_Tb  g + ρ_a V_Ta  g

ρ_ben V_Tot = ρ_b V_Tb   + ρ_a V_Ta

ρ_ben V_Tot = 700 0,3V_Tot   + 1000 0,4V_Tot

ρ_ben  = 210   + 400

ρ_ben  = 610 kg/m³ 

baca juga : 
soal UN Fisika SMA tahun 2018 dan pembahasannya
soal UN Fisika SMA tahun 2019 dan pembahasannya

Soal nomor 8 (soal SBMPTN 2018 kode 418)

(gaya Archimedes – aplikasi)

Sebuah balok kayu bermassa 7,5 kg dan bervolume 0,01 m³ dimasukkan ke dalam air (ρ_air = 1,0 x 10³ kg/m³). Besar gaya untuk menahan balok agar terbenam seluruhnya di dalam air adalah ....

.

A. 10 N

B. 12,5 N

C. 25 N

D. 50 N

E. 100 N

Kunci jawaban : “C”

Pembahasan :

ilustrasi soal
 Karna benda dalam keadaan seimbang maka berlaku

F + w = F_A

F = F_A - w

F = ρ_f . V_T . g – m . g

F = 1000 . 0,01 . 10 – 7,5 . 10

F = 100 – 75

F = 25 N

Soal nomor 9 (soal SBMPTN 2018 kode 419)

(gaya Archimedes – aplikasi)

Sebuah balok kayu bernassa 7,5 kg dan bervolume V diikatkan ke dasar sebuah tanki yang berisi air (ρ_air = 1,0 x 10³ kg.m³ sehingga balok terbenam seluruhnya. Jika besar tegangan tali 25 N. Nilai V adalah ....

A. 0,05 m³

B. 0,04 m³

C. 0,03 m³

D. 0,02 m³

E. 0,01 m³

Kunci jawaban : “E”

Pembahasan :

Ilustrasi soal 

 Karena dalam keadaan seimbang maka berlaku

T + w = F_A

T + m . g = ρ_f . V_T . g

25 + 7,5 . 10 = 1000 . V . 10

25 + 75 = 10000 V

100 = 10000 V

0,01 m³ = V

Soal nomor 10 (soal SBMPTN 2018 kode 420)

(tekanan hidrostatis – aplikasi)

Sebuah bejana berisi fluida ideal dengan massa jenis ρ. Bejana tersebut di dalam lift laboratorium yang sedang bergerak ke atas dengan perlambatan a. perbedaan tekanan antara dua titik dalam fluida tersebut, yang terpisah pada arah vertikal sejauh Δh adalah ....

A. 0

B. ρgΔh

C. ρ(g + a)Δh

D. ρ(g – a)Δh

E. ρaΔh

Kunci jawaban : “D”

Pembahasan :

Ilustrasi soal

Untuk tekanan pada satu titik

Soal nomor 11

(tekanan hidrostatis – data tabel)

Informasi mengenai tekanan di beberapa posisi adalah sebagai berikut.

Posisi	Tekanan
5.000 m di atas permukaan laut	0,5
Tepat di permukaan laut	1
20 m di bawah permukaan laut	3

Berdasarkan informasi tersebut, simpulan manakah yang tepat?

A. tekanan pada kedalaman 10 m di bawah permukaan laut adalah 2 atm.

B. tekanan pada kedalaman 50 m di bawah permukaan laut adalah 5 atm

C. pada kedalaman tertentu di bawah laut, tekanan mendekati nol

D. pada ketinggian 25.000 m di atas permukaan laut tekanan adalah 0,75 atm

E. pada ketinggian 20.000 m di atas permukaan laut tekanan adalah nol

Kunci jawaban : “A”

Pembahasan :

Perhatikan pernyataan 3, tiap kedalaman bertambah 10 m, tekanan hidrostatisnya akan berkurang sebesar 1 atm.

Tekanan di bawah permukaan laut dapat ditentukan dengan persamaan

P_tot = P_h + Po

P_tot = 1 + 1 (turun 10 m tekanan hidrostatisnya 1 atm)

P_tot = 2 atm

Soal nomor 12

(hukum Pascal – data percobaan)

Diketahui massa jenis berbagai macam fluida dalam tabel

Fluida	Massa jenis (kg/m3)
Air	1.000
Minyak	800
Air garam	1.030
Alkohol	790
Bensin	680

Prosedur pengukuran massa jenis fluida dilakukan dengan rangkaian alat sebagai berikut.

Pegas ternyata memampat sejauh 0,4 cm. berdasarkan percobaan di atas, fluida yang diuji adalah ....

A. air

B. minyak

C. air garam

D. alkohol

E. bensin

Kunci jawaban : “A”

Pembahasan :

Pegas akan tertekan akibat adanya tekanan hidrostatis dari air

F_peg = P . A

k . Δx = ρ_f . g . h . A

100 . 4 . 10^-3 .= ρ_f . 10 . 0,2 . 2 .10^-4

4 . 10^-1 = ρ_f . 4 . 10^-4

1000 kg/m³ = ρ_f

Soal nomor 13 (soal UTBK 2019)

(tekanan – aplikasi)

Sebuah gelas ukur diisi dengan suatu cairan. Sebuah bola pingpong yang sangat ringan dibenamkan sepenuhnya ke dalam cairan itu. Perubahan tekanan hidrostatik di suatu titik dalam cairan akibat pembenaman bola pingpong itu TIDAK bergantung pada .....

A. rapat massa cairan dan volume pingpong

B. tekanan udara luar dan luas penampang gelas ukur

C. rapat massa cairan dan luas penampang gelas ukur

D. tekanan udara luar dan ketinggian titik itu dari dasar gelas ukur

E. ketinggian titik itu dari dasar gelas ukur dan percepatan gravitasi

Kunci jawaban : “B”

Pembahasan :

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang disebabkan oleh berat fluida di atasnya. Secara matematis dapat ditulis

Ph = ρ_f . g . h

ρ_f : massa jenis fluida

h : kedalaman (m)

(kedalaman : jarak antara titik dengan dasar tabung)

g : percepatan gravitasi

Soal nomor 14 (soal UM UGM 2018 kode 576)

(gaya Archimedes – aplikasi)

Sebuah kapal mengambang di permukaan air laut dengan sebagian volume kapal tadi berada di bawah permukaan air. Massa total kapal adalah 100 ton, maka volume kapal yang berada di bawah permukaan air adalah .... m³ (anggap massa jenis air laut 1,0 g/cm³)

A. 100

B. 1000

C. 10.000

D. 100.000

E. 1.000.000

Kunci jawaban : “A”

Pembahasan :

Kapal dalam keadaan terapung, sehingga berlaku

w = F_A

m . g = ρ_f . V_T . g

100.000 = 1.000 V_T

100 = V_T

Soal nomor 15 (soal SBMPTN 2015 kode 502)

(gaya Archimedes – aplikasi)

Sebuah balok plastik homogen mengapung di suatu bejana air. Seperlima bagian balok berada di atas permukaan air. Jika volume balok V dan massa air sebanyak V tersebut adalah 12 g, maka massa balok adalah .... g

A. 9,2

B. 9,4

C. 9,6

D. 9,8

E. 10,0

Kunci jawaban : “C”

Pembahasan :

Bagian benda yang tercelup di bawah air adalah

V_T = 1 – 1/5V

V_T = 4/5 V

Berdasarkan hukum Archimedes, bahwa besar gaya apung sama dengan berat zat cair yang di

F_A = w

ρ_f . V_T . g = m_b . g

(m_a/V_a) . 4/5 V = mb

(12/V) . 4/5 V = mb

12 . 4/5 = m_b

9,6 g = m_b