Pembahasan soal fluida dinamis

Teorema Torriceli

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.15

Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran seperti gambar. Jika g = 10 ms-2, maka kecepatan semburan air dari kran adalah…

A. 3 ms-1 Pembahasan soal fluida dinamis 1 

B. 8 ms-1

C. 9 ms-1

D. 30 ms-1

E. 900 ms-1

Pembahasan

Diketahui :

Ketinggian (h) = 85 cm – 40 cm = 45 cm = 0,45 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kecepatan semburan air dari kran (v)

Jawab :

Teorema Torricelli menyatakan bahwa kecepatan semburan air melalui lubang yang berjarak h dari permukaan air sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h.

Kecepatan semburan air dihitung menggunakan rumus gerak jatuh bebas vt2 = 2 g h

vt2 = 2 g h = 2(10)(0,45) = 9

vt = √9 = 3 m/s

Jawaban yang benar adalah A.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.15

Sebuah bak penampungan berisi air dan pada dinding terdapat lubang (lihat gambar). Kelajuan air saat keluar dari lubang tersebut adalah… (g = 10 ms-2)

A. 12 ms-1Pembahasan soal fluida dinamis 2

B. 10 ms-1

C. 6 ms-1

D. 5 ms-1

E. 2 ms-1

Pembahasan

Diketahui :

Ketinggian (h) = 1,5 m – 0,25 m = 1,25 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)

Jawab :

vt2 = 2 g h = 2(10)(1,25) = 25

vt = √25 = 5 m/s

Jawaban yang benar adalah D.

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.15

Sebuah bak penampungan berisi air setinggi 1 meter (g = 10 ms-2) dan pada dinding terdapat lubang kebocoran (lihat gambar). Kelajuan air yang keluar dari lubang tersebut adalah…

A. 1 ms-1Pembahasan soal fluida dinamis 3

B. 2 ms-1

C. 4 ms-1

D. 8 ms-1

E. 10 ms-1

Pembahasan

Diketahui :

Ketinggian (h) = 1 m – 0,20 m = 0,8 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Kelajuan air saat keluar dari lubang (v)

Jawab :

vt2 = 2 g h = 2(10)(0,8) = 16

vt = √16 = 4 m/s

Jawaban yang benar adalah D.

4. Soal UN 2006/2007

Sebuah tabung berisi penuh zat cair (ideal). Pada dindingnya sejauh 20 cm dari permukaan atas terdapat lubang kecil (jauh lebih kecil dari penumpang tabung), sehingga zat cair memancar (terlihat seperti pada gambar). Berapa besar kecepatan pancaran air tersebut dari lubang kecil …

A. 1,0 ms–1 Pembahasan soal fluida dinamis 4

B. 2,0 ms–1

C. 3,0 ms–1

D. 5,0 ms–1

E. 5,5 ms–1

Pembahasan

Diketahui :

Jarak lubang dari permukaan (h) = 20 cm = 0,2 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Ditanya : Besar kecepatan pancaran air dari lubang kecil

Jawab :

Teorema Torriceli menyatakan bahwa kecepatan pancaran air dari lubang sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h. Secara matematis :

Pembahasan soal fluida dinamis 5

Jawaban yang benar adalah B.

5. Soal UN 2002/2003

Bak air berpenampang luas, berlubang kecil di A. Kecepatan air yang keluar dari lubang A adalah …

A. berbanding lurus dengan hPembahasan soal fluida dinamis 6

B. berbanding lurus dengan h1

C. berbanding lurus dengan √h

D. berbanding lurus dengan h2

E. berbanding lurus dengan (h1 – h2)

Pembahasan

Persamaan Bernoulli :

P1 + 1/2 ρ v12 + ρ g h1 = P2 + 1/2 ρ v22 + ρ g h2

Keterangan : P1 = tekanan 1, v1 = kecepatan 1, h1 = ketinggian 1, ρ = massa jenis, g = percepatan gravitasi, P2 = tekanan 2, v2 = kecepatan 2, h2 = ketinggian 2

Persamaan ini dapat digunakan untuk menurunkan persamaan untuk menghitung kecepatan air keluar dari lubang A. Jika permukaan atas bak terbuka maka P1 = tekanan udara di atas permukaan air. Jika ada lubang kecil di titik A maka P2 = tekanan udara di luar lubang kecil. Tekanan udara di manapun di dekat bak pasti bernilai sama sehingga P1 = P2. Dengan demikian P1 dan P2 dapat dihilangkan dari persamaan Bernoulli.

1/2 ρ v12 + ρ g h1 = 1/2 ρ v22 + ρ g h2

Lubang di A kecil sehingga air yang keluar melalui lubang itu mempunyai kelajuan besar, sebaliknya luas permukaan bak besar sehingga kelajuan turunnya permukaan air kecil. Dengan demikian nilai v2 mendekati nol sehingga 1/2 ρ v22 dilenyapkan dari persamaan.

Pembahasan soal fluida dinamis 7

Keterangan : v1 = kelajuan air yang keluar dari lubang A, g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s2, h = jarak antara lubang A dengan permukaan air.

Jawaban yang benar adalah C.

6. Soal EBTANAS Fisika SMA Tahun 2001 No. 3

Sebuah tabung berisi zat cair (ideal). Pada dindingnya terdapat dua lubang kecil (jauh lebih kecil dari penampang tabung) sehingga zat cair memancar (terlihat seperti pada gambar). Perbandingan antara x1 dan x2 adalah…..

A. 2 : 3Pembahasan soal fluida dinamis 8

B. 3 : 5

C. 2 : 5

D. 4 : 5

E. 3 : 4

Pembahasan

Terlebih dahulu hitung kelajuan air keluar dari tabung. Teorema Torriceli menyatakan bahwa kelajuan air keluar dari tabung sama dengan kelajuan air ketika jatuh bebas dari ketinggian di mana h1 = 20 cm = 0,2 meter dan h2 = 50 cm = 0,5 meter.

Pembahasan soal fluida dinamis 9

Pembahasan soal fluida dinamis 10

Jawaban yang benar adalah D.

Persamaan Kontinuitas

7. Soal UN 2002/2003

Air mengalir dari pipa A ke pipa B dan terus ke pipa C. Perbandingan luas penampang A dengan penampang C adalah 8 : 3. Jika cepat aliran pada pipa A sama dengan v, maka cepat aliran pada pipa C adalah …

A. 3/8 vPembahasan soal fluida dinamis 12

B. V

C. 8/3 v

D. 3 v

E. 8 v

Pembahasan

Diketahui :

Luas penampang A (AA) = 8

Luas penampang C (AC) = 3

Cepat aliran pada pipa A (vA) = v

Ditanya : Cepat aliran pada pipa C (vC)

Jawab :

Rumus persamaan kontinuitas :

AA vA = AC vC

8 v = 3 vC

vC = 8/3 v

Jawaban yang benar adalah C.

8. Soal UN 2002/2003

Sebuah pipa dengan diameter 12 cm ujungnya menyempit dengan diameter 8 cm. Jika kecepatan aliran di bagian pipa berdiameter besar adalah 10 cm/s, maka kecepatan aliran di ujung yang kecil adalah…..

A. 22,5 cm/s

B. 4,4 cm/s

C. 2,25 cm/s

D. 0,44 cm/s

E. 0,225 cm/s

Pembahasan

Diketahui :

Diameter 1 (d1) = 12 cm, jari-jari 1 (r1) = 6 cm

Diameter 2 (d2) = 8 cm, jari-jari 2 (r2) = 4 cm

Laju aliran 1 (v1) = 10 cm/s

Ditanya : laju aliran 2 (v2)

Jawab :

Luas penampang 1 (A1) = π r2 = π 62 = 36π cm2

Luas penampang 2 (A2) = π r2 = π 42 = 16π cm2

Persamaan kontinuitas fluida :

A1 v1 = A2 v2

(36π)(10) = (16π) v2

(36)(10) = (16) v2

360 = (16) v2

v2 = 360/16

v2 = 22,5 cm/s

Jawaban yang benar adalah A.

9. Soal UN 2011/2012 C61 No.11

Suatu zat cair dialirkan melalui pipa seperti tampak pada gambar berikut. Jika luas penampang A1 = 8 cm2, A2 = 2 cm2 dan laju zat cair v2 = 2 m/s maka besar v1 adalah…

A. 0,5 m.s-1Pembahasan soal fluida dinamis 13

B. 1,0 m.s-1

C. 1,5 m.s-1

D. 2,0 m.s-1

E. 2,5 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Luas penampang 1 (A1) = 8 cm2

Luas penampang 2 (A2) = 2 cm2

Laju zat cair pada penampang 2 (v2) = 2 m/s

Ditanya : laju zat cair pada penampang 1 (v1)

Jawab :

Persamaan kontinuitas fluida :

A1 v1 = A2 v2

8 v1 = (2)(2)

8 v1 = 4

v1 = 4 / 8 = 0,5 m/s

Jawaban yang benar adalah A.

10. Soal UN 2011/2012 A81 No.11

Perhatikan gambar! Jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil, kecepatan aliran fluida pada pipa yang kecil adalah ….

A. 01 m.s−1Pembahasan soal fluida dinamis 14

B. 04 m.s−1

C. 08 m.s−1

D. 16 m.s−1

E. 20 m.s−1

Pembahasan

Diketahui :

Diameter penampang besar (d1) = 2

Jari-jari penampang besar (r1) = ½ d1 = ½ (2) = 1

Luas penampang besar (A1) = π r12 = π (1)2 = π (1) = π

Diameter penampang kecil (d2) = 1

Jari-jari penampang kecil (r2) = ½ d2 = ½ (1) = ½

Luas penampang kecil (A2) = π r22 = π (1/2)2 = π (1/4) = ¼ π

Kecepatan aliran fluida pada penampang besar (v1) = 4 m/s

Ditanya : kecepatan aliran fluida pada penampang kecil (v2)

Jawab :

Persamaan kontinuitas fluida :

A1 v1 = A2 v2

π 4 = ¼ π (v2)

4 = ¼ (v2)

v2 = 8 m/s

Jawaban yang benar adalah C.

Prinsip dan Persamaan Bernoulli

11. Soal UN 2008/2009 P12 No 15

Pernyataan di bawah ini berkaitan dengan gaya angkat pada pesawat terbang adalah …

A. Tekanan udara diatas sayap lebih besar dari pada tekanan udara dibawah sayap

B. Tekanan udara dibawah sayap tidak berpengaruh terhadap gaya angkat pesawat

C. Kecepatan aliran udara diatas sayap lebih besar dari pada kecepatan aliran udara dibawah sayap

D. Kecepatan aliran udara diatas sayap lebih kecil dari pada kecepatan aliran udara dibawah sayap

E. Kecepatan aliran udara tidak mempengaruhi gaya angkat pesawat

Pembahasan

Rumus tekanan : P = F / A, di mana P = tekanan, F = gaya, A = luas permukaan.

Berdasarkan rumus ini, tekanan berbanding lurus dengan gaya. Jadi bila tekanan udara besar maka gaya dorong udara juga semakin besar. Gaya yang menyebabkan benda bergerak, bukan tekanan.

Prinsip Bernoulli menyatakan jika kecepatan udara tinggi maka tekanan rendah dan bila kecepatan udara rendah maka tekanan tinggi.

Agar pesawat terangkat maka gaya dorong udara di bawah sayap harus lebih besar. Gaya dorong di bawah besar bila tekanan udara di bawah sayap lebih besar. Tekanan udara di bawah sayap besar apabila kecepatan aliran udara di bawah sayap kecil.

Jawaban yang benar adalah C.

12. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.14

Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut!

(1) gaya angkat pada pesawat terbang

(2) pompa hidrolik

(3) penyemprot nyamuk

(4) balon udara dapat mengudara

Pernyataan di atas yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (4)

D. (1), (2), dan (4)

E. (1), (3), dan (4)

Pembahasan

Pernyataan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah (1) gaya angkat pada pesawat terbang dan (3) penyemprot nyamuk. (2) Pompa hidrolik prinsip kerjanya berdasarkan hukum Pascal. (4) Balon udara dapat mengudara prinsip kerjanya berdasarkan hukum Archimedes (pengapungan).

Jawaban yang benar adalah B.

13. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.15

Pada gambar, air dipompa dengan kompresor bertekanan 120 kPa memasuki pipa bagian bawah (1) dan mengalir ke atas dengan kecepatan 1 m.s-1 (g = 10 m.s-2 dan massa jenis air 1000 kg.m-3). Tekanan air pada pipa bagian atas (II) adalah….

A. 52,5 kPaPembahasan soal fluida dinamis 15

B. 67,5 kPa

C. 80,0 kPa

D. 92,5 kPa

E. 107,5 kPa

Pembahasan

Diketahui :

Jari-jari pipa besar (r1) = 12 cm

Jari-jari pipa kecil (r2) = 6 cm

Tekanan air pada pipa besar (p1) = 120 kPa = 120.000 Pascal

Kecepatan air pada pipa besar (v1) = 1 m.s-1

Tinggi pipa besar (h1) = 0 m

Tinggi pipa kecil (h2) = 2 m

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Massa jenis air = 1000 kg.m-3

Ditanya : Tekanan air pada pipa 2 (p2)

Jawab :

Kecepatan air pada pipa 2 dihitung menggunakan Persamaan Kontinuitas :

A1 v1 = A2 v2

(π r12)(v1) = (π r22)(v2)

(r12)(v1) = (r22)(v2)

(r12)(v1) = (r22)(v2)

(122)(1 m/s) = (62)(v2)

144 = 36 v2

v2 = 144 / 36

v2 = 4 m/s

Tekanan air pada pipa 2 dihitung menggunakan persamaan Bernoulli :

Pembahasan soal fluida dinamis 16

14. Soal UN 2009/2010 P70 No.14

Pernyataan di bawah ini yang berkaitan dengan gaya angkat pada pesawat terbang yang benar adalah….

A. Tekanan udara di atas sayap lebih besar pada tekanan udara di bawah sayap.

B. Tekanan udara di bawah sayap tidak berpengaruh terhadap gaya angkat pesawat

C. Kecepatan aliran udara di atas sayap lebih besar dari pada kecepatan aliran udara di bawah sayap

D. Kecepatan aliran udara di atas sayap lebih kecil dari pada kecepatan aliran udara di bawah sayap

E. Kecepatan aliran udara tidak mempengaruhi gaya angkat pesawat

Pembahasan

Bandingkan pembahasan soal sebelumnya.

Jawaban yang benar adalah C.

15. SOAL UN FISIKA 2011 PAKET 25 nomor 15

Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya angkat ke atas maksimal, seperti gambar. Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah tekanan udara, maka sesuai dengan azas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar …

A. vA > vB sehingga PA > PBPembahasan soal fluida dinamis 17

B. vA > vB sehingga PA < PB

C. vA < vB sehingga PA < PB

D. vA < vB sehingga PA > PB

E. vA > vB sehingga PA = PB

Pembahasan

Agar sayap pesawat memiliki gaya angkat ke atas maka gaya dorong udara di bagian bawah sayap lebih besar daripada gaya dorong di bagian atas sayap.

Gaya dorong bagian bawah sayap lebih besar jika tekanan udara bagian bawah sayap lebih besar.

Asas Bernoulli menyatakan bahwa tekanan udara di bagian bawah sayap besar bila kecepatan udara di bagian bawah sayap kecil.

Jadi vA > vB sehingga PA < PB

Jawaban yang benar adalah B.

16. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.14

Perhatikan pernyataan berikut!

(1) venturimeter

(2) penyemprot nyamuk

(3) barometer

(4) termometer

Pernyataan yang berkaitan dengan penerapan hukum Bernoulli adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (1) dan (4)

D. (2) dan (3)

E. (2) dan (4)

Pembahasan

Pernyataan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah (1) venturimeter dan (2) penyemprot nyamuk. (3) barometer prinsip kerjanya berdasarkan tekanan hidrostatis (4) termometer raksa atau alkohol prinsip kerjanya berdasarkan pemuaian.

Jawaban yang benar adalah A.

17. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.14

Perhatikan pernyataan berikut!

(1) pompa hidraulik

(2) karburator

(3) venturimeter

(4) termometer

Alat-alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (1) dan (4)

D. (2) dan (3)

E. (2) dan (4)

Pembahasan

Pernyataan yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah (2) karburator dan (3) venturimeter. (1) pompa hidraulik prinsip kerjanya berdasarkan tekanan hidrostatis, hukum Pascal. (4) termometer raksa atau alkohol prinsip kerjanya berdasarkan pemuaian.

Jawaban yang benar adalah D.

18. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.15

Perhatikan gambar berikut!

Posisi pipa besar adalah 5 m di atas tanah dan pipa kecil 1 m di atas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36 km.jam-1 dengan tekanan 9,1 x 105 Pa, sedangkan tekanan di pipa yang kecil 2.105 Pa, maka kecepatan air pada pipa kecil adalah…. (massa jenis air = 103 kg.m-3)

A. 10 m.s-1Pembahasan soal fluida dinamis 18

B. 20 m.s-1

C. 30 m.s-1

D. 40 m.s-1

E. 50 m.s-1

Pembahasan

Diketahui :

Tekanan air pada pipa besar (p1) = 9,1 x 105 Pascal = 910.000 Pascal

Tekanan air pada pipa kecil (p2) = 2 x 105 Pascal = 200.000 Pascal

Kecepatan air pada pipa besar (v1) = 36 km/jam = 36(1000)/(3600) = 36000/3600 =10 m/s

Tinggi pipa besar (h1) = -4 meter

Tinggi pipa kecil (h2) = 0 meter

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Massa jenis air = 1000 kg.m-3

Ditanya : Kecepatan air pada pipa kecil (v2)

Jawab :

Kecepatan air pada pipa kecil (v2) dihitung menggunakan persamaan Bernoulli :

Pembahasan soal fluida dinamis 19

Jawaban yang benar adalah D.

19. Soal UN 2001/2002

Pipa berjari-jari 15 cm disambung dengan pipa lain yang berjari-jari 5 cm. Keduanya dalam posisi horizontal. Apabila kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 1 m s-1 pada tekanan 105 N m-2 , maka tekanan pada pipa yang kecil (massa jenis air 1 gr cm-3 ) adalah …

A. 10.000 N m-2

B. 15.000 N m-2

C. 30.000 N m-2

D. 60.000 N m-2

E. 90.000 N m-2

Pembahasan

Diketahui :

Jari-jari pipa besar (r1) = 15 cm = 0,15 m

Jari-jari pipa kecil (r2) = 5 cm = 0,05 m

Tekanan air pada pipa besar (p1) = 105 N m-2 = 100.000 N m-2

Kecepatan air pada pipa besar (v1) = 1 m s-1

Percepatan gravitasi (g) = 10 m.s-2

Massa jenis air = 1 gr cm-3 = 1000 kg m-3

Kedua pipa dalam posisi horisontal sehingga perbedaan ketinggian pipa (Δh) = 0.

Ditanya : Tekanan pada pipa kecil (p2)

Jawab :

Kecepatan air pada pipa 2 dihitung menggunakan Persamaan Kontinuitas :

A1 v1 = A2 v2

(π r12)(v1) = (π r22)(v2)

(r12)(v1) = (r22)(v2)

(0,152)(1 m/s) = (0,052)(v2)

0,0225 = 0,0025 v2

v2 = 0,0225 / 0,0025

v2 = 9 m/s

Tekanan pada pipa kecil (p2) dihitung menggunakan persamaan Bernoulli :

Pembahasan soal fluida dinamis 20

Jawaban yang benar adalah D.

Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung