Selasa, 22 September 2020

PEMBAHASAN SOAL FLUIDA DINAMIS

1. pada fluida dinamis seperti terjadi air PDAM yang mengalir melalui pipa sambungan dengan beragam diameter yang berbeda sampai keran. besaran yang tetap pada setiap pipa atau kran adalah...

a. kecepatan

b. tekanan

c. gaya

d. debit

e. energi kinetik

kunci jawaban: D

pembahasan:

dalam bab fluida dinamis terdapat hukum kontinuitas bahwa debit air selalu tetap. artinya debit air yang masuk harus sama dengan debit air yang keluar

2. Suatu zat cair dialirkan melalui pipa seperti tampak pada gambar disamping. Jika luas penampang A₁= 10 cm², A₂= 4 cm², dan laju zat cair v₂= 4 m/s, besar v₁ adalah...

A. 0,6 m/s

B. 1 m/s

C. 1,6 m/s

D. 2 m/s

E. 2,4 m/s

kunci jawaban:

pembahasan:

rumus hukum kontinuitas:

Q₁ = Q₂

v₁ . A₁ = v₂.A₂

v₁. 10 = 4 . 4

v₁ = 16/10 = 1,6 m/s

3. Cairan mengalir melalui pipa berdiameter 5 cm pada kelajuan 4 m/s. Ada penyempitan dengan diameter 2 cm dalam saluran pipa. Kecepatan cairan dalam penyempitan ini adalah..

A. 0,64 m/s

B. 1.6 m/s

C. 10 m/s

D. 25 m/s

E. 50 m/s

kunci jawaban:

pembahasan:

rumus hukum kontinuitas:

Q₁ = Q₂

v₁ . D₁² = v₂.D₂ ²

4 . 5² = v . 2²

v = 100/4 = 25 m/s

4. Air mengalir melewati pipa dengan berbagai diameter. Jika air mengalir dengan kelajuan 3 m/s ketika melewati pipa dengan diameter 1 cm, kelajuan air ketika melewati pipa dengan diameter 3 cm adalah...

A. 0,11 m/s

B. 0,33 m/s

C. 1 m/s

D. 3 m/s

E. 9 m/s

kunci jawaban:

pembahasan:

rumus hukum kontinuitas:

Q₁ = Q₂

v₁ . D₁² = v₂.D₂ ²

3 . 1² = v . 3²

v = 3/9 = 0,33 m/s

5. diperlukan 2 menit untuk mengisi sebuah tangki gas dengan 40 liter bensin. jika jari jari mulut pompa adalah 1cm, kelajuan rata rata bensin keluar dari mulut pompa adalah...

a. 0,27 m/s

b. 1,1 m/s

c. 10 m/s

d. 64 m/s

e. 76 m/s

kunci jawaban:

pembahasan:

rumus debit

Q = volume (V) / waktu (t)

Q = kecepatan (v) . luas penampang (A)

sehingga:

V/t = v.A

40.10^-3 / 2.60 = v . π.r²

0,33 . 10^-3= v . 3,14 . (10^-2)²

v = 1,1 m/s

6. sebuah pipa dengan luas penampang 616 cm² dipasangi keran berjari jari 3,5 cm di salah satu ujungnya. jika kecepatan zat cair di pipa adalah 0,5 m/s, dalam waktu 5 menit volume zat cair yang keluar dari keran adalah...

a. 10,2 m³

b. 9,2 m³

c. 8,29 m³

d. 6,72 m³ .

e. 5,2 m³

kunci jawaban:

pembahasan:

rumus debit:

Q = volume (V) / waktu (t)

Q = kecepatan (v) . luas penampang (A)

sehingga:

v.A = V/t

0,5 . 616 . 10^-4 = V / (5.60)

V = 308. 10^-4. 300 = 9,24m³

7. sebuah jet air mengalir dari sebuah selang pada 15 m/s diarahkan ke sebuah dinding. jika massa air dalam aliran fluida adalah 2 kg/s, gaya yang dikerjakan air pada dinding jika percikan balik diabaikan adalah...

a. 30 N

b. 40 N

c. 65 N

d. 127 N

e. 143 N

kunci jawaban:

pembahasan:

diketahui:

m/t = 2 kg/s

v = 15 m/s

F = m.v /t = 2 . 15 = 30 N

8. pada gambar disamping G adalah generator 1000 W yang digerakkan dengan kincir air. generator hanya menerima energi sebesar 80% dari energi air waduk yang berada 10 meter di atas kincir. jika generator dapat bekerja normal, debit air yg sampai ke kincir adalah...

a. 12,5 L/s

b. 22,0 L/s

c. 27,5 L/s

d. 125 L/s

e. 150 L/s

kunci jawaban;

pembahasan:

Pin = 1000 Watt

η = 80% = 0,8

ρ air = 1000 kg/m^3

pembahngkit listrik tenaga air memanfaat konsep perubahan energi potensial (Ep) menjadi energi listrik

P = Ep/t = m.g.h/t

hubungan dengan debit dan efisiensi

P = Q. ρ . g . h . η

1000 = Q. 1000 . 10 . 10 .0,8

Q = 1/80 = 0,0125 m³/s

catatan: 1 m³ = 1000 liter

sehingga:

Q = 12,5 L/s

9. Sebuah pipa air memiliki ujung-ujung yang berbeda luas penampangnya. Luas penampang ujung b setengah kali luas penampang ujung a. Air masuk melalui ujung a sebanyak 1 liter/s dengan kelajuan 10 cm/s. Jika di tengah pipa terdapat kebocoran sebanyak 50 cc tiap sekon, air keluar dari ujung b dengan kelajuan sebesar...

a. 20 cm/s

b. 19 cm/s

c. 18 cm/s

d. 17 cm/s

e. 16 cm/s

kunci jawaban:

pembahasan:

Qa = 1 liter /s = 1000 cc/s

Aa = 2Ab

luas penampang pipa a

Q = v .A

1000 = 10 . Aa

Aa = 100 cm²

sehingga

Ab = 50 cm²

rumus kontinuitas

Q yang masuk = Q yang keluar

Qa = Qb + Q bocor

1000 = vb . Ab + 50

950 = v . 50

v = 19 cm/s

10. suatu jenis fluida dialirkan melalui sebuah pipa panjangnya L mendatar dan luas penampang ujungnya sebesar A. jika ujung yang lain luas penampangnya 1/2 A, maka yang tidak mempengaruhi kontinuitas fluida tersebut adalah....(Soal UTBK 2019 )

A. panjang pipa
B. kecepatan fluida
C. luas penampang pipa
D. ketinggian titik yang diamati
E. diameter penampang

kunci jawaban: D

pembahasan:

rumus debit

Q = volume (V) / waktu (t)

Q = kecepatan (v) . luas penampang (A)

11. Perhatikan gambar disamping.

Suatu fluida dipaksa melalui sebuah pipa yang penampangnya berubah seperti ditunjukkan pada gambar. Tekanan fluida paling kecil berada pada bagian...

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

E. Tidak ada

kunci jawaban: A
pembahasan:
berdasarkan hukum bernoulli pada pipa berpenampang besar memiliki tekanan yang besar

12. Pipa datar A dengan luas penampang 10 cm² dihubungkan dengan pipa datar B dengan luas penampang 50 cm². Laju air yang mengalir dalam pipa A adalah 6 m/s, sedangkan tekanannya 200 kPa. Laju air dalam pipa B adalah...

a. 0,3 m/s

b. 1,2 m/s

c. 3,0 m/s

d. 4,2 m/s

e. 6,4 m/s

kunci jawaban:

pembahasan:

Mencari kecepatan aliran air di pipa atas dengan rumus kontinuitas

v1 . A1= v2 . A2

6. 10 = v₂ . 50

v₂ = 1,2 m/s

13. Air mengalir keatas melalui pipa seperti ditunjukan pada gambar dengan laju air (debit) 14,4π L/s. Jika tekanan pada ujung bawah adalah 190 kPa. Tekanan pada ujung atas pipa adalah . . .

A. 50 kPa

B. 60 kPa

C. 70 kPa

D. 80 kPa

E. 100 kPa

Kunci jawaban: A

Pembahasan:

Mencari kecepatan aliran air dipipa bawah dengan rumus debit

Q = v.A

14,4 π . 10^-3 = v. π r²

14,4 π . 10^-3 = v. π (6.10^-2)²

v = 4 m/s

Mencari kecepatan aliran air di pipa atas dengan rumus kontinuitas

v1 . D1² = v2 . D2²

4. 12² = v₂ . 6²

v₂ = 16 m/s

mencari tekanan dengan rumus bernoulli

P₁ + ρ.g.h₁ + ½ ρ.v₁² = P₂ + ρ.g.h₂ + ½ ρ.v₂²

190000 + 1000.10.0 + ½ .1000.4² = P₂ + 1000.10.2 + ½ .1000. 16²

190000 + 8000= P2 + 20000 + 128000

P2 = 198000 – 148000

P2 = 50000 Pa

14. Sebuah bak penampung air berada pada ketinggian 2 meter di atas permukaan tanah. Bak tersebut akan diisi air melalui sebuah pipa yang memiliki ujung-ujung dengan luas penampang yang sama. Jika laju aliran air pada ujung masuk 5 m/s dan pada ujung keluar 3 m/s, tentukan besarnya perbedaan tekanan air dalam pipa agar air dapat naik ke atas!

Jawab :

pembahasan:

P₁ + ½ ρ v₁² + ρ g h₁ = P₂ + ½ ρv₂² + ρ g h₂

P₁ - P₂ = ½ ρv₂² - ½ ρ v₁² + ρ g h₂ - ρ g h₁

P₁ – P₂ = ½ ρ (v₂² – v₁²) + ρ g (h₂ – h₁)

P₁ – P₂ =½.1.000.(9 – 25) + 1000.10. 2

P₁ – P₂ = – 8.000 + 20.000

P₁ – P₂ = 12.000 Pa

15. Kelajuan air saat mengalir dalam venturimeter pada penampang kecil adalah 6 m/s. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s² dan selisih tinggi permukaan air pada pipa vertikal 20 cm, hitung kelajuan air pada penampang besar!

Jawab :

Pada pipa horizontal karena beda ketinggian sama dengan nol maka rumus bernoulli menjadi:

p₁ – p₂ = ½ ρ (v₂² – v₁²)

pada pipa vertikal berlaku:

p₁ – p₂ = ρ g h

Sehingga:

½ ρ (v₂² – v₁²) = ρ g h

½ (6² – v₁²) = 10 . 0,2

18 – ½ v₁² = 2

½ v₁² = 16

v₁ = 4 √2 m/s

16. Tinggi permukaan air dalam tangki adalah 1 meter. Pada tangki terdapat kebocoran setinggi 20 cm dari dasar tangki. Tentukan kecepatan aliran bocoran dan jarak jatuhnya air!

Jawab :

v = √ (2 g h_a)

v = √ 2.10.(1-0,2)

v = √ 16

v = 4 m/s

s = 2 √ (ha . hb)

s = 2 √ (0,2 . 0,8

s = 2 √ 0,16

s = 2 . 0,4 = 0,8 meter

16. sebuah tangki dengan kedalaman air 20 cm dari permukaan, air dalam tangki memancar ke luar melalui pancuran yang membentuk sudut 30° terhadap tanah. Air yang keluar dari pancuran A akan jatuh ke tanah setelah selang waktu.....

a. 0,4 s

b. 0,6 s

c. 0,8 s

d. 0,1 s

e. 0,2 s

kunci jawaban:

pembahasan:

teorema toricelli / tangki bocor menghitung kecepatan:

v = √2gh

v = √2.10.0,2

v = √4

v = 2 m/s

menghitung waktu dengan rumus parabola

	2.Vo . sinӨ
t =	_____________
	g

	2.2 . sin30
t =	_____________
	10

	4 . 1/2
t =	_____________
	10

t = 0,2 s

17.perhatikan data berikut

(1)venturimeter

(2)pompa hidrolik

(3)gaya angkat sayap pesawat

(4)balon udara dapat mengudara

Alat yg berkaitan dengan penerapan hukum bernoullli ditunjukan oleh nomer

A. (1)dan(2)

B. (1)dan (3)

C. (3)dan (4)

D. (1) ,(2),dan (3)

E. (2),(3)dan (4)

kunci jawaban: B ( 1 dan 3 )

18.perhatikan alat alat berikut.

(1)gaya angkat pesawat

(2)semprotan obat nyamuk

(3)kapal laut tidak tenggelam di air

(4)pengukuran suhu dengan termometer

Alat yg berkaitan dengan penerapan hukum bernoulli ditunjukkan oleh nomer

A. (1),(2),(3),dan(4)

B. (1),(2)dan(3)

C. (3)dan(4)

D. (1)dan(2)

E. (4)

kunci jawaban:

18.Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya angkat ke atas maksimal. Jika vA adalah kecepatan aliran udara di atas sayap dan vB adalah kecepatan aliran udara di bawah sayap, serta PA adalah tekanan udara diatas sayap dan PB adalah tekanan udara dibawah sayap maka sesuai dengan azas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar …

(A) vA > vB sehingga PA > PB

(B) vA > vB sehingga PA < PB

(D) vA < vB sehingga PA > PB

(E) vA > vB sehingga PA = PB

kunci jawaban: B

19. Sebuah sayap pesawat udara memerlukan gaya angkat 52000 N/m^2 . Massa jenis udara adalah 1,3 kg/m^3. Jika kelajuan aliran udara sepanjang permukaan bawah sayap adalah 150 m/s, jika luas total pesawat sekitar 20 m^2 berapa seharusnya kelajuan aliran udara sepanjang permukaan atas sayap agar dapat menghasilkan gaya angkat yang diperlukan?

pembahasan:

rumus gaya anagkat sayap pesawat terbang:

F = ½ ρ.A (va² – vb²)

52000 = ½ . 1,3 . 20 . (va² – 150²)

40000 = va² – 150²

40000 + 22500 = va²

62500 = va²

va = 250 m/s

20. Pipa horizontal seperti terlihat pada gambar disamping memiliki luas penampang 40 cm^2 pada bagian yang lebih besar dan 10 cm^2 pada bagian yang menyempit. Air mengalir dalam pipa dan keluar dari pipa dengan laju 8,00 x 10^-5 m^3/s). Tentukan:

a. kelajuan aliran pada bagian yang lebar dan bagian yang sempit

b. Perbedaan tekanan antara dua bagian tersebut

c. Perbedaan ketinggian antara dua kolam raksa pada tabung berbentuk U jika massa jenis raksa = 13,6 g/m^3.

Minggu, 20 September 2020

MAPEL FISIKA BAB 4 FLUIDA DINAMIK

Usaha dan Energi

Usaha

Usaha adalah besarnya energi untuk merubah posisi yang diberikan gaya pada benda atau objek. Usaha yang dilakukan suatu objek didefinisikan sebagai perkalian antara jarak yang ditempuh dengan gaya yang searah dengan perpindahannya.

Agar kamu mampu memahami materi Usaha dan Energi dengan baik, kamu harus memahami terlebih dahulu materi:

Gerak Lurus (GLB dan GLBB)
Hukum Newton
Gaya Gravitasi

Usaha dinotasikan dengan W yang merupakan singkatan bahasa Inggris dari Work yang berarti kerja. Satuan usaha adalah Joule yang didefinisikan sebagai besarnya energi yang dibutuhkan untuk memberi gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Oleh sebab itu, 1 Joule sama dengan 1 Newton meter (N.m).

Rumus Usaha dinotasikan dengan:

$W = F \cdot x$

Dimana,

$W$ = Usaha yang dilakukan (Joule)

$F$ = Gaya yang diberikan (N)

$x$ = jarak perpindahan objek (m)

Agar kamu dapat memahami konsep Usaha dengan baik, perhatikan gambar lintasan Usaha dan komponennya di bawah ini.

rumus usaha [Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

Jika gaya yang diberikan pada objek membentuk sudut maka persamaannya menjadi:

$W = F \cos \theta \cdot s$

Dimana,

$\theta$ = sudut yang dibentuk gaya terhadap perpindahan.

Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya. Jika gaya yang diberikan pada objek berlawanan arah dengan perpindahannya, maka usaha yang diberikan bernilai negatif. Jika gaya yang diberikan searah dengan perpindahan, maka objek tersebut melakukan usaha positif.

Usaha juga dapat bernilai nol (0) atau objek tidak melakukan usaha jika,

Diberikan gaya namun tidak terjadi perpindahan.
Gaya yang diberikan tegak lurus dengan perpindahan ( $\cos 90^{\circ}=0$ )

Energi

Energi merupakan salah satu konsep paling penting dalam ilmu pengetahuan. Energi tidak dapat didefinisikan secara ringkas saja. Akan tetapi pada materi kali ini karena energi berhubungan dengan usaha, maka energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Energi Kinetik

Energi Kinetik adalah energi gerak, energi yang dimiliki benda atau objek karena geraknya. Energi kinetik berasal dari kata Yunani kinetikos yang artinya bergerak. Jadi, kamu pasti tahu kan kalau setiap benda yang bergerak maka benda tersebut memiliki energi kinetik.

Rumus Energi Kinetik dinotasikan dengan:

$EK = \frac{1}{2}m \cdot v^2$

Dimana,

$EK$ = Energi Kinetik benda (Joule)

$m$ = massa benda (kg)

$v$ = kecepatan benda (m/s2)

Usaha merupakan besarnya energi. Pada konteks ini, usaha merupakan perubahan energi. Hubungan usaha dengan Energi Kinetik dinotasikan dengan:

$W = \Delta EK = \frac{1}{2} m (v_2^2 - v_1^2)$

Dimana,

$W$ = Usaha yang dilakukan benda (Joule)

$EK$ = perubahan Energi Kinetik (Joule)

$(v_2^2 - v_1^2)$ = perubahan kecepatan (m/s2)

Energi Potensial

Saat benda bergerak, dapat dikatakan benda memiliki energi kinetik. Akan tetapi, benda juga kemungkinan memiliki Energi Potensial. Energi Potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya atau bentuk maupun susunannya. Salah satu contoh energi potensial adalah energi potensial gravitasi atau selanjutnya kita sebut Energi Potensial. Energi Potensial disebabkan adanya gaya gravitasi. Suatu benda memiliki energi potensial yang besar jika massanya semakin besar dan ketinggiannya semakin tinggi.

Rumus Energi Potensial dinotasikan dengan:

$EP = mgh$

Dimana,

$EP$ = Energi Potensial benda (Joule)

$g$ = kecepatan gravitasi (9,8 m/s2)

$h$ = ketinggian benda (m)

Hubungan usaha dengan Energi Potensial dinotasikan dengan:

$W = \Delta EP = mg(h_2 - h_1)$

Dimana,

$h_2 - h_1$ = perubahan ketinggian (m)

Energi Mekanik

Energi Mekanik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan gerak. Nah, kedua tipe energi diatas yakni Energi Kinetik dan Energi Potensial merupakan bagian dari Energi Mekanik.

Persamaan Energi Mekanik dinotasikan dengan:

$EM = Ek + Ep$

Energi Mekanik yang dimiliki suatu benda nilainya selalu konstan/tetap pada setiap titik lintasan benda, inilah yang disebut sebagai Hukum Kekekalan Energi. Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Maka persamaan Hukum kekekalan energi dinotasikan dengan:

$\Delta = 0$

$EM_1 = EM_2 = konstan$

$Ek_1 + Ep_1 = Ek_2 + Ep_2$

Dimana,

$EM$ = Energi Mekanik benda (Joule)

$EM_1$ = energi mekanik di posisi 1

$EM_2$ = energi mekanik di posisi 2

Contoh Soal Usaha dan Energi

rumus energi kinetik potensial

Kotak bermassa M dengan bagian atas terbuka bergerak sepanjang bidang datar tanpa gesekan dengan kecepatan v1. Benda dengan massa M dijatuhkan dari atas dan masuk ke dalam kotak, sementara kotak tetap bergerak dengan laju v2. Beberapa saat kemudian, benda dengan massa M dijatuhkan dari atas dan masuk ke dalam kotak dan kotak terus bergerak dengan kecepatan v3. Dari kasus ini, pernyataan yang BENAR adalah …. (Fisika Simak UI 2013)

(1) v2 = vi
(2) v2 = vi
(3) v3 = vi
(4) v3 = v2

SOLUSI:

Dalam penyelesaian ini menggunakan prinsip hukum kekekalan energi [∆E= 0]. Karena kotak tidak mengalami perpindahan ketinggian, maka tidak ada gaya potensial yang terjadi sehingga perubahan energi yang terjadi hanya energi kinetik.

Diketahui,

m1 = M.
m2 = 5/4M.
m3 = 2M.

Kita cari semua komponen yang ditanyakan dengan menggunakan Persamaan Hukum Kekekalan Energi:

((1) BENAR dan (2) SALAH)

((4) SALAH)

((3) BENAR)

Jawaban: B

(B) Jika (1) dan (3) yang benar

Klik LINK pembahasan soal Fluida Dinamik

Klik LINK untuk pengerjaan PR Bab 4

Klik LINK mengerjakan QUIZ Bab 4

BAHAN PELAJARAN

Ads

Wikipedia

Selasa, 22 September 2020

PEMBAHASAN SOAL FLUIDA DINAMIS

Minggu, 20 September 2020

MAPEL FISIKA BAB 4 FLUIDA DINAMIK

Usaha dan Energi

Usaha

Energi

Energi Kinetik

Energi Potensial

Energi Mekanik

Contoh Soal Usaha dan Energi

MAPEL KIMIA BAB 11 Sistem Koloid

Cari Blog Ini