Menu

Soal Pembahasan Fluida Statis dan dinamis

0 Comment

Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat dimampatkan) jika diberi tekanan. Zat yang termasuk kedalam fluida adalah zat cair dan gas, dimana perbedaan keduanya terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya.

Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak); dan fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang bergerak.

Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Setiap hari kita menghirupnya, meminumnya dan bahkan terapung atau teggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya, kapal laut mengapung di atasnya; demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang kita minum dan udara yang kita hirup juga bersirkulasi di dalam tubuh kita setiap saat, hingga kadang tidak kita sadari. Jika ingin menikmati bagaimana indahnya konsep mekanika fulida bekerja, pergilah ke pantai.

Fluida Statis meliputi tekanan hidrostatik dan Fluida dinamis meliputi bejana berlubang dan asas bernoulli. Di bawah ini ada soal yang dilengkapi dengan jawaban mengenai hal tersebut.

1.Perhatikan gambar di bawah ini

Sebuah pipa U berisi air dan minyak dalam keadaan stabil seperti gambar diatas. Jika massa jenis air 1 g/cm3 tinggi minyak 9 cm dan tinggi air 7 cm. Massa jenis minyak adalah?

Jawab. Diketahui:

Rho air = 1 g/cm3
h air = 7 cm
h minyak = 9 cm
g = 10 m/s2

Ditanyakan: Rho minyak = …?

Penyelesaian

Tekanan hidrostatis memiliki nilai yang sama pada kedalaman yang sama.

P air = P minyak
(Rho air) x (g) x (h air) = (Rho minyak) x (g) x (h minyak)
(Rho air) x (h air) = (Rho minyak) x (h minyak)
(1 g/cm3)(7 cm) = (Rho minyak)(9 cm)
Rho minyak = 7/9
Rho minyak = 0,78 g/cm3

Jadi Rho minyak adalah 0,78 g/cm3.

2. Sebuah pipa berbentuk seperti gambar dibawah ini:

Jika luas penampang besar 10 cm2 dan luas penampang kecil 5 cm2. Apabila kecepatan aliran air pada pipa besar 2 m/s dengan tekanan 40 kPa, tekanan pada pipa kecil sebesar?
Jawab

Diketahui:

A1 = 10 cm2
A2 = 5 cm2
v1 = 2 m/s
P1 = 40 kPa = 40.000 Pa
Rho air = 1000 kg/m3
g = 10 m/s2
h1 = 0 cm
h2 = 60 cm = 0,6 m

Ditanyakan: P2 = …?

Penyelesaian

Kecepatan aliran air pada pipa kecil (v2) dapat dicari menggunakan asas kontinuitas.
A1v1 = A2v2
(10)(2) = (5)(v2)
20 = 5v2
v2 = 4 m/s

Persamaan Bernoulli pada fluida dinamis adalah:

40.000 + (1.000)(10)(0) + 1/2(1.000)(2)^2 = P2 + (1.000)(10(0,6) + 1/2(1.000)(4)^2
40.000 + 0 + 2000 = P2 + 6.000 + 8.000
42.000 = P2 + 14.000
P2 = 28.000 Pa.

Jadi tekanan pada pipa kecil adalah 28.000 Pa atau 28 kPa.

3. Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m2 , luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!

Pembahasan
Persamaan kontinuitas
A1v1 = A2v2
(5)(15) = (2) v2
v2 = 37,5 m/s

4. Tangki air dengan lubang kebocoran diperlihatkan gambar berikut!

Jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan:
a) Kecepatan keluarnya air
b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

Pembahasan
a) Kecepatan keluarnya air
v = √(2gh)
v = √(2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
X = 2√(hH)
X = 2√(3,2 x 10) = 8√2 m

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah
t = √(2H/g)
t = √(2(10)/(10)) = √2 sekon

5. Sebuah benda tercelup sebagian dalam cairan yang memiliki massa jenis 0,75 gr/cm3 seperti ditunjukkan oleh gambar berikut!

Jika volume benda yang tercelup adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan massa jenis benda tersebut!

Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja pada benda diatas adalah gaya berat yang berarah ke bawah dan gaya apung / gaya Archimides dengan arah ke atas. Kedua gaya dalam kondisi seimbang.