Soal Fluida Dinamis by Bimbel Jakarta Timur. Tapi sebelumnya Bimbel Jakarta Timur akan menjelaskan mengenai Fluida dan Fluida Dinamis kemudian ke Soal. Fluida adalah zat yang mudah mengalir, dalam hal ini yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Fluida dinamis adalah fluida yang sedang bergerak atau sedang mengalir.
1. Fahri mengisi ember yang volumenya 30 liter dari keran yang mempunyai luas penampang 1,5 cm² dan mengalirkan air dengan kecepatan 10 m/s. Berapa waktu yang dibutuhkan agar ember terisi penuh?
a. 2 detik
b. 5 detik
c. 10 detik
d. 20 detik
Pembahasan:
Diketahui:
V = 30 liter = 3 x 10⁻² m³
A = 1,5 cm² = 1,5 x 10⁻⁴ m²
v = 10 m/s
Ditanya = t ?
Jawab:
Q = V/t dan Q = A.v
V/t = A . v
3 x 10⁻² /t = 1,5 x 10⁻⁴ . 10
t = 3 x 10⁻² : 1,5 x 10⁻³
t = 20 detik
Jawaban: d
2. Sebuah saluran air mempunyai dua buah penampang yang berbeda seperti pada gambar.
Besar diameter D₁ = 2 m dan D₂ = 1 m. Jika laju air yang masuk penampang besar adalah 2 m/s, maka laju air di penampang kecil adalah....
a. 1 m/s
b. 2 m/s
c. 4 m/s
d. 8 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
D₁ = 2 m
D₂ = 1 m
v₁ = 2 m/s
Ditanya: v₂ ?
Jawab:
A₁.v₁ = A₂.v₂
D₁².v₁ = D₂².v₂
2².2 = 1².v₂
v₂ = 8: 1 = 8 m/s
Jawaban: d
3. Sebuah saluran air A bercabang menjadi dua saluran yaitu B dan C seperti pada gambar.
Air masuk dari ujung A yang luasnya 1,5 m² dan keluar dari ujung saluran B dan saluran B yang masing-masing luasnya 1,25 m² dan 0,5 m². Berapa kecepatan air yang masuk dari ujung A?
a. 1 m/s
b. 2 m/s
c. 3 m/s
d. 4 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
Aa = 1,5 m²
Ab = 1,25 m²
Ac = 0,5 m²
vb = 2 m/s
vc = 4 m/s
Ditanya: va ?
Jawab:
Q masuk = Q keluar
Qa = Qb + Qc
Aa.va = Ab.vb + Ac.vc
1,5.va = 1,25.2 + 0,5.4
1,5 va = 2,5 + 2
1,5 va = 4,5
va = 4,5 : 1,5 = 3 m/s
Jawaban: c
4. Sebuah terowongan air luas penampangnya 2,5 m² mengalirkan air dengan kecepatan 3 m/s. Jika massa jenis air adalah 1000 kg/m³, berapa massa air yang ditampung dari terowongan tersebut selama 0,5 menit?
a. 200 ton
b. 225 ton
c. 300 ton
d. 450 ton
Pembahasan:
Diketahui:
A = 2,5 m²
v = 3 m/s
𝝆 = 1000 kg/m³
t = 0,5 menit = 30 detik
Ditanya: m?
Jawab:
V/t = A . v
V/30 = 2,5.3
V = 7,5.30 = 225 m³
m = 𝝆 . V
m = 100.225
m = 225.000 kg = 225 ton
Jawaban: b
5. Sebuah air terjun yang tingginya 15 m digunakan untuk memutar turbin yang akan dikonversi menjadi energi listrik menggunakan generator. Debit air yang turun dari air tejun adalah 4 m³/s. Jika g = 10 m/s² dan efisiensi generator yang digunakan adalah 60%, maka daya listrik yang dihasilkan dari generator adalah....
a. 0,36 MW
b. 0,48 MW
c. 3,6 MW
d. 4,8 MW
Pembahasan:
Diketahui:
h = 15 m
Q = 4 m³/s
g = 10 m/s²
ղ = 60% = 0,6
Ditanya: P?
Jawab:
P = ղ . 𝝆 . Q . g . h
= 0,6 . 1000 . 4 . 10 . 15
= 360.000 Watt
= 0,36 MW
Jawaban: a
6. Air mengalir pada sebuah saluran horisontal yang berbeda luas penampang di kedua ujungnya. Air masuk dari ujung A yang luas penampangnya 5 m² dengan debit 15 m³/s. Jika air keluar dari penampang B yang luasnya 3 m² dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³, berapa perbedaan tekanan di kedua ujung saluran air?
a. 2.000 Pa
b. 4.000 Pa
c. 8.000 Pa
d. 10.000 Pa
Pembahasan:
Diketahui:
Aa = 5 m²
Q = 15 m³/s
Ab= 3 m²
⍴= 1000 kg/m³
Ditanya: ΔP?
Saluran horisontal, maka tidak ada perbedaan ketinggian (ha = hb)
Pa +⍴ghb + ½⍴va² = Pb + ⍴ghb + ½⍴vb²
menentukan nilai va dan vb dari debit yang diketahui
A . v = Q
va = Q/Aa = 15/5 = 3 m/s
vb = Q/Ab = 15/3 = 5 m/s
Pa + ½𝝆Va² = Pb + ½𝝆Vb²
Pa + (½.1000.3² ) = Pb + (½.1000.5² )
Pa + 4.500 = Pb + 12.500
Pa - Pb = 12.500 - 4.500
ΔP = 8.000 Pa
Jawaban: c
7. Sebuah selang yang mempunyai luas penampang sama pada kedua ujungnya digunakan untuk mengalirkan air dari keran ke sebuah tempat yang tingginya 2 m di atas tanah. Jika tekanan air pada keran lebih tinggi 1,8 x 10⁴ Pa daripada ujung selang lain, maka letak keran dari tanah adalah.....
a. 10 cm
b. 20 cm
c. 50 cm
d. 1 m
Pembahasan:
Diketahui:
luas penampang sama, maka v₁ = v₂
h₂ = 2 m
P₁ - P₂ = 1,8 x 10⁴ Pa = 18000 Pa
Ditanya: h₁ ?
Jawab:
P₁ + 𝝆gh₁ + ½𝝆v₁² = P₂ + 𝝆gh₂ + ½𝝆v₂²
P₁ + 1000.10.h₁ = P₂ + 1000.10.2
P₁ + 10000h₁ = P₂ + 20000
10000h₁ = P₂ + 20000 - P₁
10000h₁ = 20000 - (P₁ - P₂)
10000h₁ = 20000 - 18000
10000h₁ = 2000
h₁ = 2000 : 10000 = 0,2 m
h₁ = 20 cm
Jawaban: b
8. Air mengalir ke atas melalui pipa seperti gambar
Kelajuan air yang masuk dari ujung bawah adalah 4 m/s sedangkan yang keluar dari ujung atas adalah 5 m/s. Perbedaan ketinggian antara kedua ujung pipa adalah 1,2 m. Jika tekanan di ujung pipa atas adalah 10⁴ Pa, maka tekanan di ujung pipa bawah adalah...
a. 2,65 x 10⁴ Pa
b. 3,25 x 10⁴ Pa
c. 3,45 x 10⁴ Pa
d. 4,25 x 10⁴ Pa
Pembahasan:
Diketahui:
v₁ = 4 m/s
v₂ = 5 m/s
h₁ = dianggap 0
h₂ = 1,2 m
P₂ = 10⁴ Pa = 10000 Pa
Ditanya: P₁ ?
Jawab:
P₁ + 𝝆gh₁ + ½𝝆v₁² = P₂ + 𝝆gh₂ + ½𝝆v₂²
P₁ + (1000.10.0) + (½.1000.4²) = 10000 + (1000.10.1,2) + (½.1000.5²)
P₁ + 0 + 8000 = 10000 + 12000 + 12500
P₁ = 34500 - 8000
P₁ = 26500 Pa = 2,65 x 10⁴ Pa
Jawaban: a
9. Air dialirkan dari keran yang tingginya 1 m di atas tanah melalui selang yang luas penampang kedua ujungnya sama seperti pada gambar.
Jika tekanan pada keran adalah 1,1 x 10⁴ Pa, maka tekanan di ujung selang lainnya adalah...
a. 1,3 x 10⁴ Pa
b. 2,6 x 10⁴ Pa
c. 3,1 x 10⁴ Pa
d. 3,5 x 10⁴ Pa
Pembahasan:
Diketahui:
luas penampang sama, maka v₁ = v₂
h₁ = 2 m
h₂ = 0 (karena berada di tanah)
P₁ = 1,1 x 10⁴ Pa = 11000 Pa
Ditanya: P₂?
Jawab:
P₁ + 𝝆gh₁ + ½𝝆v₁² = P₂ + 𝝆gh₂ + ½𝝆v₂²
11000 + 1000.10.2 = P₂ + 1000.10.0
11000+ 20000 = P₂ + 0
P₂ = 31000 Pa = 3,1 x 10⁴ Pa
Jawaban: c
10. Perhatikan alat-alat berikut:
i. Pompa hidrolik
ii. Sayap pesawat
iii. Penyemprot nyamuk
iv. Galangan kapal
v. Venturimeter
Alat yang prinsip kerjanya berdasarkan hukum Bernoulli adalah...
a. i, ii dan iii
b. i, iii dan v
c. ii, iii dan iv
d. ii, iii dan v
Pembahasan:
i. Pompa hidrolik (hukum Pascal)
ii. Sayap pesawat (hukum Bernoulli) ✔
iii. Penyemprot nyamuk (hukum Bernoulli) ✔
iv. Galangan kapal (hukum Pascal)
v. Venturimeter (hukum Bernoulli)✔
Jawaban: d
11. Pada gambar di bawah ini VA dan PA adalah kecepatan dan tekanan udara di atas sayap pesawat serta VB dan PB adalah kecepatan dan tekanan udara di atas sayap pesawat.
Supaya sayap dapat mengangkat pesawat, menurut hukum Bernoulli maka sayap dirancang agar....
a. VA = VB dan PA = PB
b. VA < VB dan PA < PB
c. VA < VB dan PA > PB
d. VA > VB dan PA < PB
Pembahasan:
Agar pesawat dapat terangkat, maka tekanandi sisi bawah sayap harus lebih besar daripada di sisi atas PA < PB. Sesuai hukum Bernoulli, dua tempat yang ketinggiannya hampir sama tekanan terbesar berada pada tempat yang kecepatan fluidanya terkecil. Sehingga jika PA < PB, maka VA > VB.
Jawaban: d
12. Sebuah pesawat mengudara dan mengalami perbedaan tekanan di bagian atas dan bawah sayapnya sebesar 780 Pa. Jika kecepatan aliran udara di bagian bawah pesawat adalah 55 m/s, maka kecepatan aliran udara di atas sayap pesawat adalah...... (𝝆 udara = 1,3 kg/m³)
a. 45 m/s
b. 50 m/s
c. 65 m/s
d. 70 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
Pb - Pa = 780 Pa
vb = 55 m/s
𝝆 udara = 1,3 kg/m³
Ditanya: va?
Jawab:
Pa + ½𝝆va² = Pb + ½𝝆vb²
½𝝆va² = Pb -Pa + ½𝝆vb²
½.1,3. va² = 780 + ½.1,3.55²
va² = (780 + 1966,25) : 0,65
va² = 2746,25 : 0,65
va² = 4225
va = 65 m/s
Jawaban: c
13. Sebuah pesawat terbang lurus di udara yang massa jenisnya 1,2 kg/m³. Kecepatan aliran udara di atas dan di bawah pesawat adalah 150 m/s dan 100 m/s. Jika luas penampang sayap pesawat adalah 40 m², berat pesawat tersebut adalah....
a. 150 ton
b. 200 ton
c. 300 ton
d. 400 ton
Pembahasan:
Diketahui:
𝝆 = 1,2 kg/m³
va = 150 m/s
vb = 100 m/s
A = 40 m²
Ditanya: W pesawat?
Jawab:
Ketika pesawat terbang lurus, besar gaya angkat pesawat sama dengan berat pesawat.
Fb - Fa = W pesawat
Rumus gaya angkat pesawat : Fb - Fa = ½𝝆(va² - vb²).A
maka
W pesawat = ½𝝆(va² - vb²).A
W = ½. 1,2(150² - 100²). 40
= 0,6.(22500 - 10000) . 40
= 300.000 kg
= 300 ton
Jawaban: c
14. Sebuah saluran air yang luas penampangnya 50 cm² berada 5 m di atas permukaan tanah. Air memancar dari saluran air sejauh 2 m arah horisontal seperti pada gambar.
Berapa liter air yang mengaliri saluran air setiap detik?
a. 2 liter
b. 5 liter
c. 8 liter
d.10 liter
Pembahasan:
Diketahui:
A = 50 cm² = 5 x 10⁻³ m²
y = h = 5 m
x = 2 m
Ditanya: Q?
Jawab:
Gerak aliran air berupa gerak parabola dimana gerak sumbu y adalah gerak jatuh bebas (voy = 0) dan gerak di sumbu x adalah glbb
y = ½gt²
5 = ½.10.t²
t² = 1
t = 1 detik
x = v.t
2 = v.1
v = 2 m/s
Q = A.v
= 5 x 10⁻³. 2
= 10 x 10⁻³ m³/detik
= 10 liter/detik
Jawaban: d
15. Sebuah bak yang terletak di atas tanah diisi air setinggi 2,5 m. Sebuah keran dipasang 90 cm dari dasar bak. Berapa jauh jarak pancaran air jika keran dibuka?
a. 1,2 m
b. 2,4 m
c. 3,0 m
d. 3,6 m
Pembahasan:
Diketahui:
H = 2,5 m
h = 90 cm = 0,9 m
Ditanya: x?
Jawab:
Jawaban: b
16. Sebuah tangki yang menampung air diletakkan 2,5 m di atas tanah. Pada dasar bak terdapat lubang sehingga air memancar seperti pada gambar.
17. Sebuah penampungan air berada di permukaan tanah dan diisi air setinggi 2 m. Sebuah keran dipasang pada jarak 80 cm dari dasar. Jika keran dibuka, air yang memancar akan jatuh ke tanah dalam waktu.....
a. 0,2 detik
b. 0,4 detik
c. 0,5 detik
d. 1 detik
Pembahasan:
Diketahui:
H = 2 m
h = 80 cm = 0,8 m
Ditanya: t?
Jawab:
Jawaban: b
18. Sebuah bak air yang terisi air setinggi 4 m, bocor pada dua tempat yaitu h₁ dan h₂ serta jarak pancarannya x₁ dan x₂ seperti pada gambar.
Jika h₁ = 0,8 m dan h₂ = 3,6 m maka perbandingan x₁ dan x₂ adalah....
a. 2 : 1
b. 3 : 2
c. 4 : 3
d. 5 : 4
Pembahasan:
Diketahui:
H = 4 m
h₁ = 0,8 m
h₂ = 3,6 m
Ditanya: x₁ : x₂ ?
Jawab:
Jawaban: c
19. Sebuah venturimeter terbuka dipergunakan untuk mengukur laju aliran air seperti gambar berikut
Jika h = 25 cm serta luas penampang venturimeter tersebut adalah A₁ = 15 cm² dan A₂ =10 cm², maka laju aliran air v₁ adalah....
a. 1 m/s
b. 2 m/s
c. 3 m/s
d. 4 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
h = 25 cm = 25 x 10⁻² m
A₁ = 15 cm²
A₂ = 10 cm²
Ditanya: v₁?
Jawab:
Jawaban:
20. Selisih ketinggian air pada tabung venturimeter terbuka adalah 45 cm. Jika kelajuan air pada penampang besar adalah 4 m/s, maka kelajuan air pada penampang kecil adalah....
a. 2 m/s
b. 3 m/s
c. 5 m/s
d. 9 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
h = 45 cm = 45 x 10⁻² m
v₁ = 4 m/s
Ditanya: v₂?
Jawab:
v₂² - v₁² = 2 g h
v₂² - 4² = 2.10.45 x 10⁻²
v₂² - 16 = 9
v₂² = 9 + 16
v₂² = 25
v₂ = 5 m/s
Jawaban: c
21. Kelajuan air pada penampang besar sebuah venturimeter terbuka adalah 2,4 m/s. Jika pada penampang kecil kelajuan airnya 3,6 m/s, maka selisih ketinggian air pada tabung venturimeter tersebut adalah....
a. 24 cm
b. 36 cm
c. 48 cm
d. 50 cm
Pembahasan:
Diketahui:
v₁ = 2,4 m/s
v₂ = 3,6 m/s
Ditanya: h?
Jawab:
v₂² - v₁² = 2 g h
3,6² - 2,4² = 2.10.h
12,96 - 5,76 = 20h
7,2 = 20 h
h = 7,2 : 20
h = 0,36 m = 36 cm
Jawaban: b
22. Sebuah venturimeter yang dihubungkan dengan manometer digunakan untuk mengukur kelajuan air seperti gambar berikut
Selisih ketinggian raksa pada manometer adalah 28 cm. Jika perbandingan luas penampang venturimeter adalah 5 : 3, maka kelajuan air pada penampang besar adalah....
a. 2,1 m/s
b. 4,2 m/s
c. 6.3 m/s
d. 7,0 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
h = 28 cm = 28 x 10⁻² m
⍴' = 13600 kg/m³
⍴ = 1000 kg/m³
A₁ : A₂ = 5 : 3
Ditanya: v₁?
Jawab:
Jawaban: c
23. Sebuah venturimeter diukur untuk mengukur kelajuan minyak yang mempunyai masa jenis 800 kg/m³. Luas penampang besar adalah 15 cm² dan penampang kecil 9 cm². Jika kelajuan minyak yang masuk penampang besar adalah 6 m/s, maka selisih ketinggian raksa pada manometer adalah....
a. 20 cm
b. 25 cm
c. 30 cm
d. 40 cm
Pembahasan:
Diketahui:
⍴' = 13600 kg/m³
⍴ = 800 kg/m³
A₁ = 15 cm²
A₂ = 9 cm²
v₁ = 6 m/s
Ditanya: h?
Jawab:
Jawaban: a
24. Gas yang massa jenisnya 3,4 kg/m³ dialirkan ke dalam tabung pitot. Selisih ketinggian raksa dalam manometernya adalah 2 cm. Gas mengalir dalam tabung pitot dengan kecepatan.....
a. 10 m/s
b. 20 m/s
c. 30 m/s
d. 40 m/s
Pembahasan:
Diketahui:
⍴ = 3,4 kg/m³
⍴' = 13600 kg/m³
h = 2 cm = 2 x 10⁻² m
Ditanya: v₁ ?
Jawab:
v₁² = 2 ⍴'gh/⍴
v₁² = 2.13600.10.2 x 10⁻² /3,4
v₁² = 1600
v₁ = 40 m/s
Jawaban: d
25. Sebuah tabung pitot diletakkan dalam aliran udara yang kelajuannya 34 m/s. Jika selisih ketinggian raksa dalam manometer adalah 1,7 cm, maka massa jenis udara tersebut adalah...
a. 2 kg/m³
b. 4 kg/m³
c. 5 kg/m³
d. 6,3 kg/m³
Pembahasan:
Diketahui:
v₁ = 34 m/s
h = 1,7 cm = 1,7 x 10⁻² m
⍴' = 13600 kg/m³
Ditanya: ⍴?
Jawab:
v₁² = 2 ⍴'gh/⍴
34² = 2.13600.10.1,7 x 10⁻² /⍴
⍴ = 34.136/34²
⍴ = 4 kg/m³
Jawaban: b
