Sobat, sains maniak yang kami hormati, pada sesi ini kami mengajak kalian untuk belajar bahan kajian Mekanika Fluida bagian Fluida Statis. Sedianya akan kami sajikan uraian materi terlebih dahulu (insya Alloh menyusul), namun karena waktu yang belum mengijinkan maka saya berikan dulu latihan soalnya, mudah-mudahan bermanfaat.
TUJUAN PEMBELAJARAN
Setelah mempelajari bahan kajian ini diharapkan kalian dapat :
1. Memformulasikan konsep tekanan hidrostatika
2. Memformulasikan hukum Pascal
3. Memformulasikan hukum Archimedes
4. Mendeskripsikan konsep terapung, melayang, dan tenggelam
5. Menerapkan hukum Archimedes dalam masalah fisika sehari-hari
6. Mendeskripsikan konsep teganagn permukaan
7. Memformulasikan gejala kapilaritas
8. Mendeskripsikan konsep viskositas
CONTOH-CONTOH SOAL LATIHAN
1. Bila tekanan di permukaan adalah 101 kPa, carilah tekanan yang dialami sebuah kapal yang berada di kedalaman 100 m di bawah permukaan laut. Jika ρ = 103 kg/m3
Penyelesaian :
Diketahui :
Po = 101 x 103 Pa, h = 100 m
Jawab :
P = Po + ρgh
P = 101 x 103 Pa + (103kg/m3)(9,8 N/m)(100 m) = 1081 kPa
2. Sebuah pipa U berisi dua cairan dengan kerapatan berbeda pada keadaan setimbang. Di pipa sebelah kiri berisi minyak yang tidak diketahui kerapatannya, di sebelah kanan berisi air dengan kerapatan 1000 kg/m3. Bila selisih ketinggian pada permukaan air adalah h =13 mm dan selisih ketinggian antara minyak dan air adalah 15 mm. Tentukan kerapatan minyak?
Penyelesaian :
ρ1.g.h1 = ρ2.g.h2
ρ1 = (ρ2.h2)/h1 = (1000 kg/m3 x 13 mm)/(15 mm) = 866,7 kg/m3
3. Ketinggian air raksa pada Barometer pipa U di suatu tempat adalah 760 mm.
a. Hitung tekanan atmosfer di tempat itu bila ρ air raksa adalah 13,595 x 103 kg/m3
b. Jika pipa tidak berisi air raksa tetapi digunakan air, hitung tinggi kolom air di tempat itu?
Penyelesaian :
Diketahui : h = 760 mm,
ρ air raksa = 13,595 x 103 kg/m3
Jawab :
a. P = ρgh = (13,595 x 103 kg/m3)(9,8 m/s2)(760 x 10-3m) = 101,255 Pa
b. Jika pipa tidak berisi air raksa tetapi air yang kerapatannya 1.000 kg/m3
101,255 = (103 kg/m3)(9,8 m/s2)(h)
h = 10,3 m atau 10300 mm
4. Ketinggian kolom barometer air raksa pada suatu ruangan pada suhu -5 ° adalah 740 cm. Kerapatan air raksa saat itu adalah 1,3608 x 104 kg/m3. Hitung tekanan udara di ruang itu?
Penyelesaian :
Diketahui :
ρ = 1,3608 x 104kg/m3, h = 7,40 m
Jawab :
P = ρgh = (1,3608 x 104kg/m3)(9,8 m/s2)( 7,40 m)= 98,69 kPa
(dalam atm) = (98,69 kPa)/(101,325 kPa/atm)
= 0,97 atm
5. Sebuah mobil hendak diangkat dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Bila pipa besar memiliki jari-jari 25 cm dan pipa kecil memilki jari-jari 2 cm. Hitung gaya yang harus diberikan pada pipa kecil bila berat mobil adalah 15.000 N?
Penyelesaian :
Diketahui :
R1 = 2 cm, R2 = 25 cm, F2 = 15.000 N Dit : F1
Jawab :
F1 = (A1/A2) x F2 = (π.22/π.252) x (15.000 N) = 9,6 N
6. Sebuah balok es mengapung di atas air. ρ es adalah 920 kg/m3. r air =1000 kg/m3. Berapa bagian es yang terletak di atas permukaan air?
Penyelesaian :
Diketahui :
ρ es = 920 kg/m3, ρ air= 1000 kg/m3.
Dengan menggunakan persamaan (16):
F apung = F berat
ρ air.Vc.g = ρ es.V es.g
(Vc/V es) = (V es)/ (ρ air) = (920 kg/m3)/(1000 kg/m3) = 0,92 ≈ 0,9
Bagian yang tenggelam adalah 0,9 bagian maka yang terapung 0,1 bagian atau 10%.
7. Berapa tinggi air yang naik dalam pipa yang jari-jarinya 0,15 mm sudut kontaknya nol? ϒ untuk air adalah 0,073.
Penyelesaian :
Diketahui :
r = 0,15 mm = 1,5 x 10-4m, ρ =1.000 kg/m3
Jawab :
Ketinggian air h adalah:
h = (2ϒ.cos θ)/ρ.g.r = {(2.0,073.cos 0)/( 1.000 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 0,00015 m)
= 9,93 x 10-2m = 9,93 cm
Jadi, tinggi air dalam pipa =9,93 cm
8. Sebuah balok dengan ukuran 0,2 m x 0,1 m x 0,3 m digantung vertikal dari seutas kawat ringan. Tentukan gaya apung pada balok jika :
a. Dicelupkan seluruhnya dalam minyak (ρ = 800 kg/m3)
b. Dicelupkan ¼ bagian dalam air (ρ = 1000 kg/m3)
c. Dicelupkan 1/5 bagian dalam air raksa (ρ = 13600 kg/m3)
Diket :
V = p x l x t = 0,2 x 0,1 x 0,3 = 6 x 10-3 m3
Jawab :
a. Fa = Vc.ρ minyak.g = 0,006 x 800 x 10 = 48 N
b. Fa = Vc.ρ air.g = ¾ x 0,006 x 1000 x 10 = 45 N
c. Fa = Vc.ρ raksa.g = 1/5 x 0,006 x 13600 x 10 = 163,2 N
9. Jika ρ emas adalah 19300 kg/m3, maka apakah suatu bahan yang diklaim sebagai emas murni benar jika bahan tersebut ditimbang di udara 14,7 N dan ditimbang dalam air 13,4 N.
Diket W ud emas = 14,7 N, W air = 13,4 N, ρ=19300 kg/m3
Dit : apakah emas tsb murni?
Jawab :
Fa = Vc.ρ.g
14,7 – 13,4 = Vc. 1000. 10
1,3 = Vc.10000
Vc = 1,3/(10000) = 1,3 x 10-4 m3
Massa bahan di udara = 1,47 kg
Massa jenis bahan = m/Vc = (1,47 kg)/( 1,3 x 10-4 m3)
= 11307 kg/m3
Kesimpulan bahan tersebut bukan emas murni tapi sdh diberi campuran logam lain.
10. Sebuah batu karang bermassa 80 kg terletak di dasar sebuah danau. Volum batu 2,5 x 10-4 cm2. Tentukan besar gaya yang diperlukan untuk mengangkat batu karang tersebut.
Diket : m = 80 kg, W ud = 800 N, V = 2,5 x 104 cm3 = 0,025 m3
Dit : gaya minimal untuk mengangkat batu.
Wud – W air = Fa
800 – Wair = 1000 x 10 x 0,025 = 250 N
W air = 800-250 = 550 N
11. Sebuah gabus berbentuk balok dengan sisi h dan massa jenis d diikat dengan tali lembut dan ringan, lalu dicelupkan ke dalam air (massa jenis ρ) sehingga gabus tertarik seluruhnya ke dalam air tertarik oleh tali yang terikat pegas. Jika tetapan pegas k, tentukan pertambahan panjang pegas (nyatakan dalam h, g, ρ, d dan k).
Diket : gabus kubus, sisi = h maka Vc = h3
ρ gabus = d, ρ zat cair = ρ, ttpn pgs = k, Dit : ∆x pegas.
Jawab :
Fa – T – W = 0
Fa = T + mg = k.∆x + ρ gb . V gb .g
ρ.g.Vc = k.∆x + d.h3.g
∆x = (ρ.g.h3 – d.h3.g)/k = g.h3(ρ-d)/k
(bersambung)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar