Selasa, 19 Januari 2021

FLUIDA STATIS DAN DINAMIS

 

A.             Hukum-Hukum yang Berhubungan dengan Fluida Statik Dan Dinamik

1.      Fluida Statik

a.         Tekanan Hidrostatik

Tekanan hidrostatik :  ph = r . g . h . Satuan: 1 atm = 76 cm Hg dan 1 atm = 105 N/m2 = 106 dyne/cm2

b.         Hukum Pascal

Tekanan (pressure) : p =  F/A

Alat berdasarkan hukum Pascal : pompa hidrolik, kempa hidrolik, alat pengangkat mobil, dongkrak hidrolik dan sebagainya

Rumus Alat Pascal : 

 

c.          Gaya Archimedes

Gaya Archimedes :  FA = rc g Vc  atau  FA = w - wc

Benda terapung,  

Volume benda yang tercelup :  

Volume benda yang tersembul : 

d.         Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan :


          Tegangan permukaan pada pipa kapiler :     
 

e.         Tekanan Udara

Tekanan udara sering pada ketinggian h meter dari permukaan laut 

                                                  po = tekanan atmosfir di permukaan laut = 76 cmHg

 Tekanan gas dalam ruang tertutup :

p = po +ρ.g.h

 2.      Fluida Dinamik

a.      a. Debit Aliran



b.      b. Persamaan Kontinuitas

Persamaan kontinuitas :    A1.v1  =  A2.v2

 

c.       c. Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli :       p + ½ r v2 + r g h            =          konstan                       

atau                 p1 + ½ r  + r g h1    =    p2 + ½ r  + r g h2        

Aplikasi hukum Bernoulli :

 

1)      1. Teori Torricelli (Tangki Bocor

Kecepatan fluida memancar keluar  :  


                                                 dengan Dh adalah jarak permukaan fluida ke lubang kebocoran.

Jarak jatuhnya air di tanah dari dinding tangki sejauh :    

                                      dengan h adalah jarak lubang kebocoran ke tanah.

1)      2. Semprotan Pembasmi Serangga

Cairan obat nyamuk naik setinggi h dan akan tersemprot dengan kecepatan :

2)      3. Gaya Angkat  Sayap Pesawat Terbang

Gaya angkat pesawat terbang dirumuskan sebagai : D F =  ½ r A(v22 – v12), dengan  r = massa jenis udara  sebagi fluidanya (kg/m3)

3)      4. Venturimeter

a)   Venturimeter Tanpa Manometer

Berlaku  persamaan kontinuitas A1.v1  =  A2.v yang dapat disubstitusi ke persaamaan  v22 -  v12 =  2.g.h , sehingga dapat dihitung  v1 atau v2 .

b)   Venturimeter dengan Manometer

Berlaku  persamaan kontinuitas A1.v1  =  A2.v yang dapat disubstitusi ke

persaamaan  ½ r (v22 -  v12) =  2. rr .g.h , sehingga dapat dihitung  v1 atau v2 .

4)      5. Tabung pitot

Kecepatan aliran fluida sebagai berikut. :   


 d.      Viskositas dan Hukum Stokes

1)      Viskositas

Viskositas atau kekentalan (h) suatu fluida di rumuskan dengan persamaan : 

Satuan viskositas  

2)      Hukum Stokes

Hukum Stokes : Fs  = 6 p r h v

kecepatan jatuh benda dalam fluida (kecepatan terminal) : 


B.              Penerapan Hukum-Hukum Fluida Statik dan Dinamik dalam Kehidupan Sehari-Hari

1.         Bejana Berhubungan

        Hukum bejana berhubungan: r1. g . h1 =  r2 . g . h2

2.         Pompa Hidrolik dan Dongkrak

                 Pompa maupun dongkrak hidrolik menggunakan prinsip hukum Pascal :     

 

3.         Mengapung, Melayang dan Tenggelam (Kapal Selam)

a.      Posisi Mengapung

Berlaku keseimbangan gaya, volume benda sebagian tercelup dalam fluida dan sebagian tersembul di udara:     FA = W

rc . Vc . g  =  rb . Vb . g

 

dengan Vb = Vu + Vc  dan rc rb 

b.      Posisi Melayang

Berlaku keseimbangan gaya, semua volume benda tercelup kedalam fluida :

                                                            FA = w

                                         rc . Vb . g  =  rb . Vb . g

rc rb

               c.       Posisi Tenggelam

Semua volume benda berada dalam fluida dan gaya berat lebih besar dari gaya Archimedes, berlaku :

                                                      FA < W

                                                                  rc . Vb . g <  rb . Vb . g

rc <  rb

                                                                     

4.         Manometer dan Barometer

Jika tekanan gas lebih besar dari tekanan atmosfer  :   pgas = po + h

Jika tekanan gas lebih besar dari tekanan atmosfer  :   pgas = po - h.

Tekanan di ketinggian h adalah :          

 

5.         Kecepatan Aliran dan Debit Aliran


        Kecepatan aliran pada pipa pitot : 

 

6.         Pesawat Terbang

 Gaya angkat pesawat terbang :  F1 – F2  ½ ρ A (v22 – v12)  atau

DF =  ½ ρ A (v22 – v12)

7.         Terjun Bebas dan Terjun Payung

                     Terjun bebas berlaku gerak jatuh bebas : v2 = 2.g.h dan FA = 0, Fs = 0

             Terjun paying berlaku w - FA - Fs = 0 berlaku kecepatan terminal : 


Soal Latihan  BAB 8

 

       I.            Pilihan Ganda

Pilihlah jawaban yang paling tepat !

1.      1. Debit fluida mempunyai dimensi ….

a.       L2T-1

b.      L2T-2

c.       L3T-1

d.      M L3T-1

e.       M L2T-1

2.      2. Suatu tempat di dasar danau memiliki kedalaman 10 meter. Tekanan hidrostatis di tempat tersebut ….

a.       105 Pa

b.      104 Pa

c.       103 Pa

d.      102 Pa

e.       10 Pa

3.      3. Sebuah bak air berbentuk kubus dengan rusuk 50 cm berisi 40 liter air. Jika massa jenis air 1 gr/cc, besar gaya hidrostatis pada dasar bak adalah ....

a.       100 N

b.      200 N

c.       350 N

d.      400 N

e.       450 N

4.      4. Sebuah kapal selam berada 20 m di bawah permukaan air laut yang massa jenisnya 1200 kg/m3. Tekanan hidrostatis yang dialami kapal itu adalah ....

a.       2,0 x 105 N/m2

b.      2,2 x 105 N/m2

c.       2,4 x 105 N/m2

d.      2,6 x 105 N/m2

e.       2,8 x 105 N/m2

5.      5. Sebuah pompa hidrolik dengan diameter penghisap kecil 10 cm dan penghisap besar 50 cm. Jika pada penghisap kecil dikerjakan gaya 300 N, penghisap besar mampu mengangkat beban sebesar ....

a.       1800 N

b.      3600 N

c.       4500 N

d.      6250 N

e.       7500 N

6.      6. Pengisap masukan dari sebuah mesin pengepres hidrolik memiliki diameter 20 mm, dan pengisap keluaran memiliki diameter 10 mm. Sebuah gaya masukan 10 N akan menghasilkan gaya keluaran ....

a.       2,5 N

b.      5,0 N

c.       20 N

d.      40 N

e.       50 N

7.      7. Balok yang massa jenisnya 750 kg/m3 dicelupkan ke dalam air yang massa jenisnya 1000 kg/m3. Volume balok yang tercelup adalah ....

a.       ¾  bagian

b.      ½  bagian

c.       1/3 bagian

d.      ¼  bagian

e.       1/5 bagian

 

 

 

 

 

8.      8. Sebuah kapal selam berada 20 m di bawah permukaan air laut yang massa jenisnya 1200 kg/m3. Tekanan hidrostatis yang dialami kapal itu adalah ....

a.       2,0 x 105 N/m2

b.      2,2 x 105 N/m2

c.       2,4 x 105 N/m2

d.      2,6 x 105 N/m2

e.       2,8 x 105 N/m2

9.      9. Balok kayu yang bervolume 10-4 m³ muncul 0,6 bagian diatas permukaan air ketika dimasukan ke dalam air yang mempunyai massa jenis 10³ kg/m3. Jika g = 10 m/s², besar gaya ke atas yang dialami benda tersebut adalah….

a.       5 × 102 N

b.      4 × 101 N

c.       1 × 10-1 N

d.      4 × 10-2 N

e.       4 × 10-3 N

10.  10. Sebuah benda saat dimasukan ke dalam air ternyata 4/5 bagiannya tercelup air (ρ air = 1000 kg/m³) massa jenis benda tersebut adalah….

a.       400 kg/m³

b.      500 kg/m³

c.       600 kg/m³

d.      750 kg/m³

e.       800 kg/m³ 

1.      11. Sepotong kaca di udara memiliki berat 20 N dan massa jenis 2,5 x 103 kg/m3. Bila massa jenis air 1.000 kg/m3 dan percepatan gravitasinya 10 m/s2, maka berat kaca dalam air adalah ….

a.       12 N

b.      14 N

c.       16 N

d.      18 N

e.       20 N

2.      12. Berat benda di udara 6.000 N. Jika ditimbang dalam air beratnya 2.000 N. Jika massa jenis air 1.000 kg/m3, maka volume benda adalah ….

a.       1.000 dm3

b.      1.500 dm3

c.       2.000 dm3

d.      2.500 dm3

e.       3.000 dm3

3.      13. Balok kayu sedang terapung di permukaan air dan volume sebagian balok yang muncul di atas air sebesar 200 cm3, jika massa jenis kayu balok1 g/cm3, maka massa balok kayu adalah ….

a.       0,4 kg

b.      0,8 kg

c.       1,2 kg

d.      1,8 kg

e.       2,4 kg

4.      14. Tabung berbentuk silinder yang tingginya 24 cm berisi penuh dengan zat cair. Jika tempat yang kedalamannya 8 cm memiliki tekanan hidrostatik 9,6 x105 Pa, maka massa jenis zat cair itu adalah ….

a.       0,6 gram/cm3

b.      0,7 gram/cm3

c.       0,8 gram/cm3

d.      0,9 gram/cm3

e.       1,0 gram/cm3

1.      15. Gotri bermassa jenis 3,7 g/cm3  berdiameter  2  mm  jatuh  dalam  air  bermassa  jenis   1 g/cm3.  Jika  viskositas air 10-3 Pa.s dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 maka kecepatan terminal gotri adalah ….

a.       4 m/s

b.      6 m/s

c.       8 m/s

d.      10 m/s

e.       12 m/s

2.      16. Sebuah bak penampungan air berukuran panjang 2 m, lebar 1,5 dan tinggi 1 m, diisi air  melalui  kran yang luas penampangnya 5 cm2 berkecepatan 4 m/s maka lama pengisian bak sampai penuh adalah ….

a.       10 menit

b.      15 menit

c.       20 menit

d.      25 menit

e.       30 menit

3.      17. Tabung berisi dua jenis zat cair yang tidak dapat bercampur satu sama lain, masing-masing massa jenisnya 1,2 gr/cm3 dan 0,8 gr/cm3 dan keduanya mempunyai ketinggian yang sama 20 cm. Jika g = 10 m/s² maka tekanan hidrostatis pada dasar bagian dalam tabung adalah…

a.       1,6 × 10² N/m²

b.      2,4 × 10² N/m²

c.       3,6 × 10² N/m²

d.      4,0 × 10² N/m²

e.       8,0 × 10² N/m²

1.      18. Bak yang luas penampangnya dianggap sangat luas, mula-mula berisi air setinggi 4 m. Lubang kebocoran di A yang luas penampangnya 0,5 cm2 berada 0,8 m dari atas bak (g = 10 m/s2). Maka debit air mula-mula yang memancar dari lubang A adalah ….

a.       1.10-4  m3/s

b.      1,5.10-4  m3/s

c.       2.10-4  m3/s

d.      2,5.10-4  m3/s

e.       3.10-4  m3/s

2.      19. Perhatikan gambar !.

Berdasarkan gambar di atas, jika g = 10 m/s2, maka besar hmax adalah ….

a.       1,35 m

b.      2,35 m

c.       3 m

d.      3,35 m

e.       4 m

3.      20. Tabung Pitot menggunakan manometer berisi raksa bermassa jenis 13,6 gr/cm3 digunakan untuk mengukur kelajuan gas dalam pipa. Jika massa jenis gas 3,4 kg/m3 dan perbedaan tinggi permukaan raksa 2 cm maka kelajuan gas dalam pipa adalah ….

a.       40 m/s

b.      30 m/s

c.       25 m/s

d.      20 m/s

e.       15 m/s