3. modul fluida

7/23/2019 3. Modul Fluida

1/29

Fluida / Fisika Kelas XI SMKN 3 Singaraja| 1

BAB I PENDAHULUAN

A.

Deskripsi

Modul siswa tentang Fluida ini terdiri atas 2 bagian proses pembelajaran yang meliputi 2kompetensi dasar, yaitu:1. Memahami hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik, yang terdiri

dari satu kegiatan belajar, yaitu Kegiatan Belajar 1 yang membahas tentang tekananhidrostatik, tekanan udara, gaya Archimedes, Hukum Pascal, tegangan permukaan, HukumBernouli, Viskositas dan Hukum Stokes. Pembelajaran ini dialokasikan 6 jam pembelajaran.

2. Menerapkan hukum-hukum fluida statik dan dinamik dalam kehidupan sehari-hari, yang terdiridari satu kegiatan belajar, yaitu Kegiatan Belajar 2 yang membahas tentang bejanaberhubungan, mengapung, melayang, dan tenggelam, pompa hidrolik dan dongkrak, pesawatterbang, manometer dan barometer, terjun bebas dan terjun payung. Pembelajaran ini

dialokasikan 4 jam pembelajaran.3. Evaluasi untuk Menerapkan konsep fluida dialokasikan 2 jam pembelajaran.

Setelah mempelajari modul ini, kompetensi yang diharapkan adalah siswa dapat memahami danmenerapkan konsep-konsep yang berhubungan dengan fluida, baik fluida statis maupun fluidadinamis dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam memecahkan permasalahan-permasalahanperhitungan yang terkait.

Pendekatan yang digunakan dalam menyelesaikan modul ini adalah pendekatan siswa aktifmelalui metode: pemberian tugas, diskusi pemecahan masalah, serta presentasi. Guru merancangpembelajaran yang memberikan kesempatan seluas-luasnya pada siswa untuk berperan aktifdalam membangun konsep secara mandiri ataupun bersama-sama.

B. Prasyarat

Kemampuan awal yang diperlukan untuk mempelajari modul ini adalah siswa telah mempelajaridan menguasai tentang besaran, lambang, dan satuannya, konversi satuan, volume, luas,tekanan, massa jenis, dan energi.

C. Petunjuk Penggunaan Modul

1. Penjelasan Bagi Siswaa. Bacalah modul ini secara berurutan dari Kata Pengantar sampai Cek Kemampuan,

pahami benar isi dari setiap babnya.

b.

Setelah Anda mengisi Cek Kemampuan, apakah Anda termasuk kategori orang yangperlu mempelajari modul ini? Apabila Anda menjawab YA, maka pelajari modul ini!

c.

Laksanakan semua tugas yang ada dalam modul ini agar kompetensi Anda berkembangsesuai standar.

d.

Buatlah rencana belajar Anda dengan menggunakan format seperti yang ada dalammodul, konsultasikan dengan guru dan institusi pasangan penjamin mutu, hinggamendapat persetujuan.

e. Lakukan kegiatan belajar untuk mendapatkan kompetensi sesuai rencana kegiatan belajaryang telah Anda susun dan disetujui oleh guru dan institusi pasangan penjamin mutu.


2/29


f. Setiap mempelajari satu kompetensi dasar, Anda harus mulai dari menguasaipengetahuan pendukung (uraian materi), melaksanakan tugas-tugas, mengerjakanlembar latihan.

g.

Dalam mengerjakan lembar latihan, Anda jangan melihat kunci jawaban terlebih dahulusebelum mengerjakan lembar latihan.

h.

Laksanakan Lembar Kerja untuk pembentukan psikomotorik skills, sampai Anda benar-benar terampil sesuai standar. Apabila Anda mengalami kesulitan dalam melaksanakantugas ini, konsultasikan dengan guru Anda!

2.

Peran Gurua. Membantu siswa dalam merencanakan proses belajar.b. Membimbing siswa melualui tugas-tugas pelatihan yang dijelaskan dalam tahap belajarc. Membantu siswa dalam memahami konsep dan praktik baru dan menjawab pertanyaan

siswa mengenai proses belajar siswa.

d.

Membantu siswa dalam menentukan dan mengakses sumber tambahan lain yangdiperlukan untuk belajar.e.

Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukanf. Merencanakan seorang ahli/pendamping guru dari tempat kerja untuk membantu jika

diperlukang. Melaksanakan penilaian.h. Menjelaskan kepada siswa mengenai bagian yang perlu untuk dibenahi dan

merundingkan rencana pembelajaran selanjutnya.i. Mencatat pencapaian kemajuan siswa.

D.

Tujuan Akhir

Spesifikasi kinerja yang diharapkan dikuasai siswa setelah mengikuti seluruh kegiatan belajaradalah siswa dapat:1. Membedakan fluida statis dan fluida dinamis2. Menjelaskan pengertian tekanan3. Mencontohkan aplikasi konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari4.

Menjelaskan pengertian tekanan hidrostatis5. Menghitung tekanan hidrostatis6. Menjelaskan konsep tekanan udara luar7. Menghitung tekanan hidrostatis dalam hubungannya dengan tekanan udara luar8.

Menjabarkan hukum pokok hidrostatika9. Menyimpulkan hukum archimedes melalui percobaan

10.

Menghitung gaya Archimedes yang dialami suatu benda11. Menjabarkan hukum Pascal12.

Menjelaskan konsep tegangan permukaan melalui contoh-contoh dalam kehidupan sehari-hari13. Menjabarkan hukum Bernoulli14. Menggunakan hukum Bernoulli dalam menyelesaikan perhitungan Fisika15. Menguraikan konsep viskositas dan penerapannya16. Menerangkan hukum Stokes17.

Menerapkan hukum pokok hidrostatika dalam bejana berhubungan untuk menentukan massajenis suatu zat

18.

Membedakan peristiwa mengapung, melayang, dan tenggelam19. Menerapkan hukum Archimedes pada peristiwa mengapung, melayang, dan tenggelam


3/29


20. Menerapkan hukum Pascal dalam pompa hidrolik dan dongkrak21. Menjabaran aplikasi hukum Bernoulli pada pesawat terbang, manometer, barometer, terjun

bebas, dan terjun payung.

E.

Standar Kompetensi : Menerapkan konsep fluida

KompetensiDasar

Indikator MateriBelajar

Materi Pokok Pembelajaran

Sikap Pengetahuan Keterampilan7.1 Memahamihukum-hukumyangberhubungandengan fluidastatik dan dinamik

Mengidentifikasi konseptekanan secara umumdari contoh-contoh dalamkehidupan sehari-hari

Menjabarkan konseptekanan hidrostatis

Menjabarkan konsep

tekanan udara luarMenghitung tekananhidrostatis danhubungannya dengantekanan udara luar

Menjabarkan hukumpokok hidrostatika

Mengidentifikasi hukumArchimedes melaluipercobaan

Menguraikan konsephukum Pascal

Mengidentifikasi konseptegangan permukaan daricontoh-contoh dalamkehidupan sehari-hari

Menjabarkan hukumBernoulli

Menguraikan konsepviskositas danpenerapannya

Menerangkan hukumStokes

Tekananhidrostatik

TekananUdara

GayaArchimedes

Hukum Pascal

TeganganPermukaan

HukumBernouli

Viskositas danHukum Stokes

Menyimakinformasi denganbaik

Mengemukakanpendapat denganbaik

Melakukan

perhitungandengan baikdalammenyelesaikansoal.

7.2 Menerapkanhukum-hukumfluida statikdan dinamikdalamkehidupansehari-hari

Menerapkan hukumpokok hidrostatika dalambejana berhubunganuntuk menentukan massajenis suatu zat

Menerapkan hukumArchimedes padaperistiwa mengapung,melayang, dan tenggelam

Menerapkan hukumPascal dalam pompahidrolik dan dongkrak

Menjabaran aplikasihukum Bernoulli padapesawat terbang,manometer, barometer,terjun bebas, dan terjunpayung.

Bejanaberhubungan

Mengapung,melayang, dantenggelam

Pompa hidrolikdan dongkrak

Pesawatterbang

Manometerdan barometer

Terjun bebasdan terjunpayung


4/29


F. Cek Kemampuan

No. Pertanyaan Ya Tidak

1. Dapatkah Anda membedakan fluida statis dan fluida dinamis?

2. Dapatkah Anda menjelaskan pengertian tekanan?

3. Dapatkah Anda mencontohkan aplikasi konsep tekanan dalamkehidupan sehari-hari?

4. Tahukah Anda pengertian tekanan hidrostatis?

5. Dapatkah Anda menghitung tekanan hidrostatis?

6. Dapatkah Anda menjelaskan konsep tekanan udara luar?

7. Dapatkah Anda menghitung tekanan hidrostatis dalam hubungannyadengan tekanan udara luar?

8. Tahukah Anda mengenai hukum pokok hidrostatika?

9. Dapatkah Anda menerapkan hukum pokok hidrostatika untuk

menyelesaikan perhitungan fisika?10. Tahukah Anda mengenai hukum Archimedes?

11. Dapatkah Anda menghitung gaya Archimedes yang dialami suatubenda?

12. Tahukah Anda mengenai hukum Pascal?

13. Dapatkah Anda menggunakan hukum Pascal dalam perhitunganFisika?

14. Tahukah Anda mengenai konsep tegangan permukaan dan contoh-contohnya dalam kehidupan sehari-hari?

15. Tahukah Anda mengenai hukum Bernoulli?

16. Dapatkah Anda menggunakan hukum Bernoulli dalam

menyelesaikan perhitungan Fisika?17. Tahukah Anda mengenai konsep viskositas dan penerapannya?

18. Dapatkah Anda menerangkan hukum Stokes?

19. Dapatkah Anda membedakan peristiwa mengapung, melayang, dantenggelam?

20. Dapatkah Anda menjabaran aplikasi hukum Bernoulli pada pesawatterbang, manometer, barometer, terjun bebas, dan terjun payung?

Apabila Anda menjawab Tidak pada salah satu pertanyaan di atas, pelajarilah materi tersebutpada modul ini. Apabila Anda menjawab Ya pada semua pertanyaan, maka lanjutkanlahdengan mengerjakan tugas, tes formatif dan evaluasi yang ada pada modul!


5/29


BAB II PEMBELAJARAN

A.

Rancangan Belajar Siswa

Sebagaimana telah diinformasikan dalam pendahuluan bahwa modul ini hanya sebagai sumberdari belajar yang dapat Anda pelajari untuk menguasai Standar Kompetensi : Menerapkan konsepfluida. Untuk mengembangkan kompetensi Anda dalam Substansi non-instruksional, Anda perlulatihan. Aktifitas-aktifitas yang dirancang dalam modul ini selain mengembangkan kompetensiFisika, juga mengembangkan kompetensi Substansi non-instruksional. Untuk itu maka dalammenggunakan modul ini Anda harus melaksanakan tugas-tugas yang telah dirancang.1.

Buatlah rencana belajar Anda berdasarkan rancangan pembelajaran yang telah disusun olehguru, untuk menguasai Standar Kompetensi : Menerapkan konsep fluida, denganmenggunakan format sebagai berikut:

No. Kegiatan Pencapaian Alasan perubahan biladiperlukan

Paraf

Tgl Jam Tempat Siswa Guru

2.

Rumuskan hasil belajar Anda sesuai standar bukti belajar yang telah ditetapkan.

a. Untuk penguasaan pengetahuan, Anda dapat membuat suatu ringkasan menurutpengertian Anda sendiri terhadap konsep-konsep yang berkaitan dengan standarkompetensi yang telah Anda pelajari.

b.

Tahapan pekerjaan dapat Anda tuliskan/gambarkan dalam diagram alir, yang telahdilengkapi dengan penjelasannya (siapa penanggung jawab setiap tahapan pekerjaan,siapa yang terlibat, kapan direncanakan, kapan direlisasikan, dan hasilnya apa).

c. Produk hasil praktik kegiatan di produksi dapat Anda kumpulkan berupa contoh bendakerja atau dalam bentuk visualisasinya (gambar, foto, dan lain-lain)

Mengetahui,

Guru Pembimbing

(.................................................)

Singaraja,..................................

Siswa,

(..................................................)


6/29


d. Setiap tahapan proses akan diakhiri, lakukanlah diskusi dengan guru pembimbing untukmendapatkan persetujuan, dan apabila ada hal-hal yang harus dibetulkan/dilengkapi,maka Anda harus melaksanakan saran guru pembimbing Anda.

B.

Kegiatan Belajar

1.

Kegiatan Belajar 1 : Hukum-hukum Fluida Statik dan Dinamik

a. Tujuan Kegiatan Belajar 1Setelah mempelajari uraian kegiatan belajar ini, Anda diharapkan:1)

Membedakan fluida statis dan fluida dinamis2) Menjelaskan pengertian tekanan3) Mencontohkan aplikasi konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari4) Menjelaskan pengertian tekanan hidrostatis5) Menghitung tekanan hidrostatis

6)

Menjelaskan konsep tekanan udara luar7) Menghitung tekanan hidrostatis dalam hubungannya dengan tekanan udara luar8)

Menjabarkan hukum pokok hidrostatika9) Menyimpulkan hukum archimedes melalui percobaan10)

Menghitung gaya Archimedes yang dialami suatu benda11) Menjabarkan hukum Pascal12) Menjelaskan konsep tegangan permukaan melalui contoh-contoh dalam kehidupan

sehari-hari13) Menjabarkan hukum Bernoulli14) Menggunakan hukum Bernoulli dalam menyelesaikan perhitungan Fisika15) Menguraikan konsep viskositas dan penerapannya16)

Menerangkan hukum Stokes

b. Uraian Materi Kegiatan Belajar 1

TekananTekanan adalah besarnya gaya yang bekerja per satuan luas bidang. Secara matematis:

P =A

F .............................................................................................................................(1)

Dimana:

P = tekanan (N/m2)F = gaya (N)A = luas bidang (m2)Contoh aplikasi konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari antara lain:- untuk memotong diperlukan pisau yang tajam- paku pines dapat ditancapkan dengan mudah pada kayu hanya dengan

menggunakan ibu jari- kita akan merasa sakit bila terkena benda-benda runcing- bentuk kepala pesawat terbang atau kapal biasanya lancip-Contoh Soal dan Penyelesaian

HUKUM-HUKUM FLUIDA STATIS


7/29


1. Sebuah balok diletakkan di atas lantai seperti gambar berikut. Jika massa balokadalah 15 kg dan percepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s2, hitung tekananyang diakibatkan balok pada lantai!Penyelesaian:Dik: m = 15 kg

g = 10 m/s2A = 5 x 3 = 15 cm2= 15 x 10-4m2

Dit: P = ....?Jawab:

P =A

F=

A

gm.=

410.15

10.15= 105N/m2

Tekanan HidrostatisFluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir (zat cair dan gas). Fluida dibedakan

menjadi dua yaitu fluida statis (fluida tak bergerak) dan fluida dinamis (fluida bergerak).Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang ditimbulkan oleh fluida. Secara matematistekanan hidrostatis dirumuskan dengan:Phid= . g . h .............................................................................................................(2)Dimana :Phid= tekanan hidrostatis (N/m2) = massa jenis fluida (kg/m3)g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)Hukum pokok hidrostatika menyatakan bahwa semua titik yang terletak pada bidanghorisontal di dalam zat cair yang tenang mempunyai tekanan hidrostatis yang sama.

Contoh Soal dan Penyelesaiannya1.

Sebuah bak yang memiliki ketinggian 2 m penuh berisi air. Jika g = 10 m/s 2, danmassa jenis air 1000 kg/m3, hitunglah tekanan hidrostatis pada sebuah titik yangterletak pada ketinggian 1 m dari dasar bak!Penyelesaian:Dik: h = 2 m1 m = 1 m

g = 10 m/s2 = 1000 kg/m3

Dit: Phid= ....?Jawab:

Phid= . g . h = 1000 . 10 . 1 = 10.000 N/m22. Sebuah tabung berisi air dan minyak seperti yang ditunjukkan oleh gambar. Jika

massa jenis air 1000 kg/m

3

, massa jenis minyak 800 kg/m

3

, dan percepatan gravitasibumi 10 m/s2, hitunglah tekanan hidrostatis pada titik A dan B!Penyelesaian:Dik: a= 1000 kg/m3

m= 800 kg/m3hm= 10 cm = 0,1 mha= 10 cm = 0,1 mg = 10 m/s2

Dit: PhidA = ....?PhidB = ....?

Jawab:

5 cm3 cm

hm= 10 cm

ha= 10 cm

Minyak

.AirB

.A


8/29


PhidA = m . g . hm= 800 . 10 . 0,1 = 800 N/m 2PhidB = Phidminyak + Phidair

= PhidA + a . g . ha= 800 + 1000 . 10 . 0,1 = 1.800 N/m2

3. Sebuah pipa U berisi air dan minyak seperti ditunjukkan gambar. Selisih tinggi kolomminyak dan air pada kedua kaki adalah 3 cm. Jika massa jenis air 1000 kg/m 3,tentukan massa jenis minyak!Penyelesaian:Dik: air= 1000 kg/m3

hA= 15 cm = 0,15 mhB= 153 cm = 12 cm = 0,12 m

Dit: minyak= .?Jawab:

Hukum Pokok Hidrostatika:

Phid A = Phid Bminyak. g . hA= air . g . hB

minyak=A

B

h

hx air=

15,0

12,0x 1000 = 800 kg/m3

Hukum PascalHukum Pascal menyatakan bahwa apabila fluida dalam ruang tertutup diberi tekananmaka tekanan tersebut akan diteruskan ke semua arah secara merata dan sama besar.Secara matematis, hukum Pascal dirumuskan dengan:

1

1

A

F=

2

2

A

F ...............................................................................................................(3)

Dimana:F = gaya (N)A = luas penampang (m2)

Alat-alat yang berdasarkan hukum Pascal antara lain:- alat pengangkat mobil- alat pengepres- alat pengukur tensi- sistem pembuangan material pada mobil proyek- rem hidrolik

Contoh Soal dan Penyelesaiannya1. Sebuah dongkrak hidrolik memiliki pengisap kecil yang diameternya 6 cm danpengisap besar yang diameternya 30 cm. Bila pengisap kecil ditekan dengan gaya400 N, berapa gaya yang dihasilkan pada pengisap besar?Penyelesaian:Dik: Pengisap kecil (pengisap 1)

D1= 6 cmF1= 400 NPengisap besar (pengisap 2)D2= 30 cm

Dit: F2= ....?

F1A1 A2

F2

15 cmair

minyak3 cm

A B

F1

A1 A2F2


9/29


Jawab:

1

1

A

F=

2

2

A

F A = D2

F2=1

2

A

Ax F1 =

2

2

1D

Dx F1

F2=

2

6

30x 400 = 10.000 N

2. Pada sistem seperti tampak pada gambar, silinder kiri P, luas penampangnya 600cm2dan diberi beban M kg. Pengisap kanan Q, luas penampangnya 20 cm 2sedangberatnya dapat diabaikan. Sistem diisi dengan cairan yang massa jenisnya 900kg/m3. Jika sistem seimbang untuk besar F adalah 25 N, tentukan massa M! (g = 10m/s2)Penyelesaian:Dik: AP= 600 cm2= 600 x 10-4m2

AQ= 20 cm2= 20 x 10-4m2 = 900 kg/m3FP= M . gFQ= 25 N, dan berat cairan setinggi hQ= 5 mg = 10 m/s2

Dit: M = ....?Jawab:

Karena titik 1 dan titik 2 berada dalam cairan sejenis pada ketinggian yang samamaka tekanan pada titik 1 sama dengan tekanan pada titik 2. Tekanan pada titik 1disebabkan oleh gaya sebesar M . g, yang dikerjakan pada luas penampang A Pdantekanan pada titik 2 disebabkan oleh gaya FQyang bekerja pada luas penampang AQdan tekanan yang disebabkan oleh zat cair setinggi hQ= 5 m. Maka diperoleh:

P1= P2

PA

gM.

=Q

Q

A

F

+ . g . hQ

410.600

10.M=

410.20

25+ 900 . 10 . 5

6

10. 3M

=2

10.25 3

+ 45.103

6

10. 3M

= 12,5 . 103+ 45.103

cairan

P

Q

F = 25 N

. .5 m

M

12


10/29


6

10. 3M

= 57,5.103

M = 57,5 . 6 = 345 kg.

Hukum ArchimedesHukum Archimedes menyatakan bahwa benda yang berada di dalam fluida baik sebagianmaupun seluruhnya akan mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan beratfluida yang dipindahkan. Secara matematis hukum Archimedes dirumuskan dengan:Fa= . vbf. g .............................................................................................................(4)Dimana:Fa = gaya ke atas = gaya Archimedes (N) = massa jenis fluida (kg/m3)vbf= volume fluida yang dipindahkan = volume benda yang tercelup (m3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Tegangan PermukaanTegangan permukaan yaitu besarnya gaya dari selaput permukaan zat cair tiap satuanpanjang. Secara matematis:

=l

F

2

Dimana: = tegangan permukaan (N/m)F = gaya (N)l = panjang kawat (m)

Persamaan KontinuitasUntuk mempermudah pembahasan fluida bergerak digunakan konsep fluida ideal yaitufluida yang memiliki sifat:1. tidak kompresibel (tidak mengalami perubahan volum jika ditekan)2.

tanpa gesekan (viskositas, dimiliki oleh fluida yang tidak kental)3. alirannya stasioner (partikel-partikel yang mengalir menurut garis alir/jalur)

Fluida yang mengalir pada suatu pipa dengan luas penampang berbeda akan mengikutipersamaan kontinuitas, yaitu:A1. v1= A2. v2...................................................................................................................(5)Atau A . v = konstanDimana:A = luas penampang (m2)v = kecepatan aliran fluida (m/s)

A . v disebut debit fluida. Debit adalah volume fluida yang melewati suatu penampang tiapsekon. Sehingga secara matematis debit dirumuskan dengan:Q = A . v ............................................................................................................................(6)

HUKUM-HUKUM FLUIDA DINAMIS


11/29


Dimana:Q = debit (m3/s)

Daya oleh debit fluida dianalisa berdasarkan atas daya yang dibangkitkan oleh energipotensial yang dimiliki suatu fluida dan dirumuskan dengan:P = Qgh .........................................................................................................................(7)Dimana:P = daya (watt) = massa jenis fluida (k/m3)Q = debit fluida (m3/s)g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)h = ketinggian fluida (m)

Contoh Soal dan Penyelesaiannya

1.

Sebuah pipa panjang memiliki tiga penampang yang berbeda-beda dengan luasberturut-turut yaitu A1= 200 cm2, A2 = 100 cm2, dan A3= 400 cm2. Jika kelajuan airpada A1 adalah 6 m/s, tentukan:a. Volum air yang melalui dan per menit.b.

Kelajuan air pada A2dan A3Penyelesaian:Dik: A1= 200 cm2= 2.10-2m2

A2 = 100 cm2= 1.10-2m2A3= 400 cm2= 4.10-2m2v1= 6 m/s

Dit:a.

Q = ....?

b.

v2= ....? dan v3= ....?Jawab:a. Q = A1v1= 6 . 2 . 10-2= 12 . 10-2m3/s

Volum per menit = Q . t = 12 . 10-2. 60 = 7,2 m3b. A2v2= A1v1

v2= 12

1 vA

A= 6.

100

200= 12 m/s

A3v3= A1v1

v3 = 13

1 vA

A= 6.

400

200= 3 m/s

2.

Air terjun setingi 12 m dengan debit 15 m3

/s dimanfaatkan untuk memutar turbingenerator listrik mikro. Jika 10% energi air berubah menjadi energi listrik, hitunglahdaya keluaran generator listrik tersebut!Penyelesaian:Dik: h = 12 m

g = 10 m/s2Q = 15 m3 air = 1000 kg/m3Plistrik= 10% x Pair

Dit: Plistrik= ....?Jawab:


12/29


Pair= . Q . g . h = 1000 . 15 . 10 . 12 = 1 800 000 WPlistrik= 10% x Pair= 0,1 . 1 800 000 = 180 000 W

= 180 kW

Hukum BernoulliAsas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar (horisontal), tekanan fluida palingbesar adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling kecil, dan tekanan paling keciladalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling besar.Pada tahun 1738, Daniel Bernoulli menemukan persamaan yang didasarkan atas konsepusaha dan energi pada aliran fluida dan disebut persamaan Bernoulli, yaitu:P1+ . v12+ . g . h1= P2+ . v22+ . g . h2 .......................................................(8)Atau P + . v2+ . g . h= konstanDimana:

P = tekanan dalam fluida (N/m2

) = massa jenis fluida (kg/m3)v = kecepatan aliran fluida (m/s)g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)h = tinggi pipa (m)Persamaan Bernoulli ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (P), energi kinetik per satuanvolume (1/2v2), dan energi potensial per satuan volum (gh) memiliki nilai yang samapada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

Alat-alat yang memanfaatkan hukum Bernoulli antara lain:- alat penyemprot nyamuk- gaya angkat pesawat terbang

-

karburator- tabung venturi

Teorema Torriceli menyatakan bahwa jika suatu wadah yang ujung atasnya terbuka keatmosfer diisi fluida dan terdapat lubang kebocoran pada kedalaman h di bawahpermukaan fluida dalam wadah, maka kelajuan fluida menyembur keluar dari lubang akansama dengan kelajuan yang diperoleh oleh suatu benda yang jatuh bebas dari ketinggian

h (v = gh2 ).

Contoh Soal dan Penyelesaiannya1. Air PAM memasuki rumah melalui sebuah pipa berdiameter 2 cm pada tekanan 4 atm

(1 atm = 105

Pa). Pipa menuju ke kamar mandi lantai kedua pada ketinggian 5 mdengan diameter pipa 1 cm. Jika kelajuan aliran air pada pipa masukan adalah 3 m/s,hitunglah kelajuan, debit, dan tekanan air dalam bak mandi!Penyelesaian:Dik:

Pada titik 1 (pipa masukan ke rumah)D1= 2 cm = 2 . 10-2mp1= 4 atm = 4 . 105Pav1= 3 m/sh1= 0 mPada titik 2 (pipa bak mandi)


13/29


D2= 1 cm = 1 . 10-2mh2= 5 m

Dit: v2= ....?Q2= ...?p2= ...?

Jawab:Menghitung kelajuan air pada bak mandi:

v2= 1

2

2

1 .vD

D = 3.

1

2 2

= 12 m/s

Menghitung debit air pada bak mandi:

Q2= A2. v2= 2

2

2.

4v

D= 12.

4

10 22

= 3 . 10-4m3/s

Menghitung tekanan air pada bak mandi:P1+ . v12+ . g . h1= P2+ . v22+ . g . h2P1+ . v12+ 0 = P2+ . v22+ . g . h2 (h1= 0)P2= P1+ (v12- v22) - . g . h2

= 4 . 105+ . 1000 . (32- 122)1000 . 10 . 5= 4 . 105- 0,68. 1050,5. 105

P2= 2,8 . 105Pa atau 2,8 atm2. Sebuah tangki suplai air memiliki tutup yang diberi lubang agar udara luar dapat

memasuki tangki pada bagian atas. Dasar tangki berada H = 5 m di bawahpermukaan air dalam tangki, dan sebuah keran terdapat di samping tangki berjarak h= 3,2 m di bawah permukaan air dalam tangki.a. Bila keran dibuka, berapa kelajuan semburan pertama kali yang keluar dari

keran?b. Bila diameter mulut keran adalah 3,5 cm, tentukanlah debit air yang menyembur

dari mulut keran (ambil =7

22)!

c.

Jika jarak mendatar semburan pertama diukur dari kaki tangki adalah x, tentukanx!

Penyelesaian:Dik: H = 5 m

h = 3,2 mD = 3,5 cm = 3,5.10 -2m

Dit:

a.

v = ....?b.

Q = ....?c. x = ....?

Jawab:

a. v = gh2 = 2,3.10.2 = 64 = 8 m/s

b.

Q = A . v

A =4

2D=

4.7

10.5,3.22 22

=2.7

10.5,3.5,3.11 4


14/29


A =4

10.4

5,3.11m2

Q =4

10.4

5,3.11 . 8 = 7,7 . 10-3m3/s

c.

x = 2 hHh = 2 2,352,3 x = 4,8 m

c. Rangkuman Materi Kegiatan Belajar 1

d.

Tugas Kegiatan Belajar 1

TekananBacalah paragraf di bawah ini dengan cermat dan diskusikan bersama kelompokmupermasalahan-permasalahan yang diberikan!

Suatu hari, sepasang suami istri berlibur ke sebuah kebun binatang. Sang istrimengenakan sepatu dengan hak lancip sedangkan sang suami mengenakan sepatu yanghaknya lebilh luas. Ketika mereka melintasi tanah lapang yang agak basah, masing-masing meninggalkan jejak sepatu mereka di atas tanah tersebut.

1.

Adakah perbedaan jejak yang ditinggalkan oleh sang istri yang memakai sepatuberhak lancip jika dibandingkan dengan sang suami yang memakai sepatu denganhak yang lebih luas?

2.

Apa yang menyebabkan adanya perbedaan tersebut?3. Dari peristiwa di atas, faktor-faktor apa saja yang dapat mempengaruhi tekanan yang

ditimbulkan terhadap suatu permukaan?4. Give your conclusion about the definition of pressure!5.

Tuliskan rumus tekanan beserta satuannya!6. Please mention 3 aplications of pressure in daily life and give the explanations!7.

Seorang pria bermassa 60 kg memakai sepatu dengan luas alas 200 cm2. Seorangwanita bermassa 50 kg memakai sepatu dengan luas alas 25 cm 2. Dan seorang anak

Fluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir (zat cair dan gas)Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang ditimbulkan oleh fluidaHukum pokok hidrostatika menyatakan bahwa semua titik yang terletak pada bidanghorisontal di dalam zat cair yang tenang mempunyai tekanan hidrostatis yang sama.Hukum Pascal menyatakan bahwa apabila fluida dalam ruang tertutup diberi tekananmaka tekanan tersebut akan diteruskan ke semua arah secara merata dan sama

besar.Hukum Archimedes menyatakan bahwa benda yang berada di dalam fluida baiksebagian maupun seluruhnya akan mendapat gaya ke atas yang besarnya samadengan berat fluida yang dipindahkan.Tegangan permukaan yaitu besarnya gaya dari selaput permukaan zat cair tiapsatuan panjang.Debit adalah volume fluida yang melewati suatu penampang tiap sekon.Asas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar (horisontal), tekanan fluidapaling besar adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling kecil, dan tekananpaling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling besar.


15/29


dengan massa 30 kg memakai sepatu dengan luas alas 15 cm 2. Dari ketiga orangtersebut manakah yang memberikan tekanan paling besar terhadap permukaan yangdilewati?

Tekanan HidrostatisDiskusikan secara cermat bersama kelompokmu permasalahan-permasalahan berikut ini!

1. Pada suatu akhir pekan Adit dan keluarganya pergi ke kolam renang. Kebetulan Ayahberjanji untuk mengajari Adit berenang. Pertama-tama Adit diajari menyelam olehsang ayah. Awalnya Adit tidak mengalami masalah. Tapi ketika Adit diajak untukmenyelam ke tempat yang lebih dalam, Adit merasa sedikit sesak. Mengapa

demikian?2. Tekanan yang dialami Adit disebut tekanan hidrostatis. Apa yang dapat kamusimpulkan mengenai pengertian tekanan hidrostatis?

3. Mention the hydrostatic pressures formula and its units!4.

Sebuah bak setinggi 3 m penuh berisi air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3 danpercepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, hitunglah tekanan hidrostatis pada:a. kedalaman 1 m dari dasar bakb.

kedalaman 1 m dari permukaan bak5. Sebuah tabung berisi air dan minyak seperti gambar.

Jika massa jenis air 1000 kg/m3dan massa jenisminyak 800 kg/m3, tentukan tekanan hidrostatispada titik A dan B!

6.

Perhatikan gambar berikut ini!

Jika titik A, B, dan C memiliki ketinggian yang sama dari permukaan fluida, bagaimanatekanan hidrostatis pada ketiga titik tersebut?

7. Based on your answer to question no. 6, please explain about fundamental law ofhydrostatics!

Hukum PascalDiskusikan secara cermat bersama kelompokmu permasalahan-permasalahan berikut ini!1.

Perhatikan gambar di bawah ini! Jika penampang 1 ditekan ke bawah, apakah yangterjadi dengan penampang 2? Jelaskan!

A B C

F1

A1 A2F2

hm= 25 cm

ha= 15 cm.Air

B

.A15 cm

10 cm


16/29


2. Based on your answer for question no. 1, please give explanation about PascalsLaw!

3. Tuliskan rumus hukum Pascal dan satuannya!4.

Tuliskan tiga contoh alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip hukum Pascal!

Persamaan KontinuitasDiskusikan permasalahan-permasalahan di bawah ini secara berkelompok!

1. Sebutkan sifat-sifat fluida ideal!2. Perhatikan gambar! Jika fluida yang mengalir adalah fluida ideal, bagaimana volume

fluida yang masuk melalui penampang 1 dengan volume fluida yang keluar melalui

penampang 2?

3. Ketika kita hendak menyiram tanaman dengan menggunakan selang, kita seringmenutup sebagian ujung selang dengan menggunakan jari untuk mendapatkansemburan air yang lebih keras. Dari contoh ini dan dengan memperhatikan gambar diatas, buatlah suatu pernyataan tentang hubungan antara luas penampang selangdan kecepatan semburan air!

4. Give your conclusion based on your answers to questions no. 2 and no. 3 in amathematic formula! What is this formula called?

5.

Sebuah pipa panjang memiliki penampang berbeda pada empat bagian dengan luasberturut-turut yaitu A1= 150 cm2, A2= 100 cm2, A3= 50 cm2. Jika v1= 8 m/s dan v4=4,8 m/s, tentukan:a. debit air pada tiap-tiap penampangb. luas penampang A4c. kecepatan aliran pada A2 dan A3

6.

Nilai dari perkalian luas penampang dan kecepatan aliran fluida adalah konstan (A . v= konstan). Disebut apakah A . v?

7. Please explain about the debit of fluid flow and give the unit!8. Jika air pada sebuah air terjun memiliki energi potensial Ep = m . g . h, dimana m =

. v dan daya yang diakibatkan oleh energi ini adalah P = Ep / t dimana t = waktu(sekon), nyatakan daya ini dalam hubungannya dengan debit fluida!

9.

Air terjun setinggi 8 m dimanfaatkan untuk memutar turbin listrik mikro hinggadibangkitkan daya keluaran generator sebesar 120 kW. Jika efisiensi generatoradalah 15%, tentukan debit air terjun tersebut!

10. Jika pada fluida statis berlaku hukum pokok hidrostatika, untuk menyelidiki apakahhukum ini juga berlaku pada fluida dinamis maka diadakan percobaan mengalirkanair pada pipa seperti gambar. Ternyata diperoleh hasil seperti berikut!

A1 v1 A2 v2

A B C


17/29


a. How is the pressure at A, B and C?b.

Apakah hukum pokok hidrostatika berlaku pada fluida dinamis?

Persamaan BernoulliKerjakan tugas di bawah ini secara berkelompok!

1. Dari persamaan kontinuitas, diperoleh bahwa kelajuan aliran fluida paling besaradalah pada penampang yang paling kecil. Untuk menyelidiki tekanan fluida padapenampang yang berbeda ini, dilakukan percobaan mengalirkan air pada pipa yang

bagian tengahnya menyempit seperti gambar di bawah. Ternyata diperoleh hasilsebagai berikut:

a.Manakah yang lebih besar, tekanan di A, B, atau C?b.Nyatakan hubungan antara tekanan pada masing-masing titik dengan kecepatan

aliran fluida dan luas penampang pipa!c.Disebut apakah pernyataan ini?

2. Melalui penggunaan teorema usaha-energi mekanik yang melibatkan besarantekanan (P) mewakili usaha, besaran kecepatan aliran (v) mewakili energi kinetik, danbesaran ketinggian terhadap suatu acuan (h) mewakili energi potensial, Bernoulliberhasil menurunkan persamaan yang menghubungkan ketiga besaran ini secaramatematis yaitu: P1+ . v12+ . g . h1= P2+ . v22+ . g . h2

1 v1

2 v2

h2

h1

Acuan

A B CAliran air

. . .


18/29


Jika P adalah tekanan, . v 12adalah energi kinetik per satuan volum, dan . g . h1adalah energi potensial per satuan volum, rumuskan persamaan Bernoulli ini dalambentuk pernyataan!

3.

Air mengalir dari lantai pertama sebuah rumah bertingkat dua melalui pipa yangdiameternya 2,8 cm. Air dialirkan ke kamar mandi di lantai kedua melalui sebuahkeran yang diameter pipanya 0,7 cm dan terletak 3 m di atas pipa lantai pertama. Jikakelajuan air dalam pipa di lantai pertama adalah 0,15 m/s dan tekanannya 1,8.105Pa,tentukan:a. kelajuan air dalam pipa yang mensuplai keranb.

tekanan dalam pipa tersebut4. Mention 3 examples of the aplication of Bernoullis Law in our daily lifes!5. Berikut ini adalah gambar sebuah bak yang bagian atasnya terbuka terhadap udara,

berisi fluida dengan ketinggian h dan pada dasar bak terdapat lubang kebocoran. Jikapermukaan bak adalah penampang 1 tempat masuknya fluida dan lubang kebocoran

adalah penampang 2 tempat keluarnya fluida, dengan menggunakan persamaanBernoulli tentukan persamaan untuk menghitung kecepatan aliran fluida keluar padalubang kebocoran bak! (catatan: luas penampang 1 jauh lebih besar dari luaspenampang 2 sehingga v1jauh lebih kecil daripada v2dan dapat diabaikan.)

6. Bagaimana bunyi Teorema Torricelli?7. Bak yang luas berisi air dengan ketinggian 3,05 m. Pada dinding bak pada ketinggian

1,8 m dari dasar bak terdapat lubang kebocoran. Apabila percepatan gravitasi bumi ditempat itu 10 m/s2, tentukan:a. kecepatan air yang keluar dari lubang kebocoranb. jauh air jatuh di lantai diukur dari dasar bakc. luas lubang kebocoran jika dalam satu menit air yang tertampung adalah 30 L.

e.

Tes Formatif 1

Pilihlah jawaban yang paling tepat!1. Tekanan hidrostatis pada permukaan bejana yang berada 30 cm di bawah permukaan

zat cair yang massa jenisnya 100 kg/m3dan g = 9,8 m/s2adalaha. 294 N/m2 d. 32,67 N/m2b. 29,4 N/m2 e. 3,267 N/m2c.

2,94 N/m22. Someone is observing a ship construction at the bottom of the sea that is 30 m under

water surface. The water pressure at that place is.........(Sea water density is 1,03g/cm3)

udara P1, v1

h

P2, v2


19/29


a. 3,5 . 105N/m2 d. 4 . 105N/m2b. 3 . 105N/m2 e. 4,2 . 105N/m2c. 3,8 . 105N/m2

3.

The hydrostatic pressure experienced by a diver at depth of 7,5 m under sea level is2,0 x 105Pa. If he continues diving until 15 m depth, then the hydrostatic pressurebecomes........a. 1,0 x 105Pa d. 2,5 x 105Pab. 1,5 x 105Pa e. 4,0 x 105Pac. 2,0 x 105Pa

4.

Bejana berisi air dan minyak masing-masing tingginya sama yaitu 25 cm. Apabilamassa jenis air dan minyak masing-masing 1 g/cm3dan 0,8 g/cm3serta percepatangravitasi g = 10 m/s2maka tekanan hidrostatis pada dasar bejana adalah.......a. 5000 N/m2 d. 3000 N/m2b. 4500 N/m2 e. 2500 N/m2

c.

4000 N/m2

5. If a flowing fluid does not experience change in volum or density, it is called........a. steady d. compressibleb. non-steady e. rotationalc.

incompressible6. Sebuah keran air yang luas penampangnya 1 cm2mengalirkan air dengan kecepatan

10 m/s. Aliran air yang disalurkan dengan selang plastik yang ujungnya dihubungkandengan alat penyemprot dengan luas penampangnya 0,1 cm2 memiliki kecepatansebesar....a. 100 m/s d. 5,9 m/sb. 20 m/s e. 1,01 m/sc.

10,1 m/s

7.

Air mengalir melalui pipa berjari-jari 0,5 m dengan laju 2 m/s. Air yang keluar dari pipatersebut tiap jam adalah.......a. 1 m3 d. 3,50 m3b. 1,57 m3 e. 4,2 m3c. 3,14 m3

8. Debit of fluid have dimension of.........a.

ML2T-1 d. L3T-1b. ML3T-1 e. L2T-2c. L2T-1

9. Sebuah tangki yang tingginya 4 m dari tanah diisi penuh dengan air. Sebuah katup(kran) berada 3 meter di bawah permukaan air dalam tangki tersebut. Bila katupdibuka, berapakah kecepatan semburan air?

a. 15 m/s d. 3 15 m/s

b. 2 15 m/s e. 4 15 m/s

c. 3 m/s10. Sebuah tangki terbuka diisi dengan air sampai setinggi 6 m. Pada kedalaman 3 m di

bawah permukaan air, terdapat kebocoran kecil di sisi tangki hingga air menyemprotkeluar dari lubang tersebut dan jatuh ke tanah sejauh R dari kaki tangki. Maka jarak Radalah....a.

2 m d. 8 mb. 4 m e. 10 mc.

6 m


20/29


f. Kunci Jawaban Tes Formatif 1

1. a 2. b 3. e 4. b 5. c6. a 7. b 8. d 9. b 10. c

g.

Lembar Kerja Siswa 1

1) Lakukan kegiatan praktikum di bawah ini!

PRAKTIKUM GAYA ARCHIMEDES

Tujuan:Merumuskan besarnya gaya ke atas yang dialami suatu benda yang tercelup dalam suatuzat cair

Alat dan BahanGelas ukur, neraca pegas, beban (kubus/bola karet), benang ringan dan air.

Langkah kerja dan Pengamatan1. Ikat beban (kubus/bola karet) dengan benang ringan dan pasang pada neraca pegas

kemudian catatlah hasil pengukuran yang ditunjukkan oleh skala Newton padaneraca pegas!

2.

Masukkan air pada gelas ukur dan catatlah volumenya!

3.

Ukur panjang sisi kubus dengan penggaris (diameter bola menggunakan jangkasorong/mikrometer sekrup) dan hitunglah volumenya!

4. Pasang kembali beban pada neraca pegas lalu masukkan ke dalam gelas ukur yangberisi air hingga tercelup seluruhnya!

5. Catat hasil yang ditunjukkan oleh skala Newton pada neraca pegas dan volume yangditunjukkan oleh gelas ukur!

6.

Masukkan data yang diperoleh ke dalam tabel di bawah ini!

Berat Beban Volume air Volume beban

Di udara Volumeawal

Kubus :V = s x s x s =

Bola karet:

V = 4/3 r3 =

Di air Volumeakhir

Selisih berat Selisihvolume

PembahasanJawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini!1. Dari data berat beban yang diperoleh, manakah yang lebih besar berat beban di

udara atau di air? Mengapa?2. Berapa besarnya gaya ke atas yang dialami beban tersebut?3. Nyatakan besarnya gaya ke atas yang dialami oleh benda dalam rumus matematis!4.

Mengapa terjadi perbedaan volume air yang ditunjukkan oleh gelas ukur sebelumdan setelah dimasukkan beban?


21/29


5. Bandingkanlah selisih volume air yang ditunjukkan gelas ukur dengan volume bebandari hasil perhitungan! Apa yang dapat disimpulkan dari hal ini?

6. Jika ditimbang, berat air yang dipindahkan akan sama dengan besarnya gaya keatas. Secara matematis:Fa = wf= mfx gOleh karena f= mf/vfsehingga mf= .........x..........Maka Fa = .........x..........x............Dimana Fa = gaya ke atas / gaya Archimedes (Newton)

......= ....................................................(................)

......= ....................................................(................)

......= ....................................................(................)What is your conclusion of this activity?

2) Kerjakan tugas-tugas di bawah ini bersama kelompokmu!

1. What is surface tension?2.

Berikan contoh peristiwa-peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang berkaitandengan konsep tegangan permukaan!

3.

Jelaskan apa yang dimaksud dengan viscositas!4. Please explain about StokessLaw!

2. Kegiatan Belajar 2 : Aplikasi Hukum-hukum Fluida Statik dan Dinamik

a. Tujuan Kegiatan Belajar 2Setelah mempelajari uraian kegiatan belajar ini, Anda diharapkan:

1)

Menerapkan hukum pokok hidrostatika dalam bejana berhubungan untukmenentukan massa jenis suatu zat

2) Membedakan peristiwa mengapung, melayang, dan tenggelam3) Menerapkan hukum Archimedes pada peristiwa mengapung, melayang, dan

tenggelam4) Menerapkan hukum Pascal dalam pompa hidrolik dan dongkrak5)

Menjabaran aplikasi hukum Bernoulli pada pesawat terbang, manometer, barometer,terjun bebas, dan terjun payung.

b. Uraian Materi Kegiatan Belajar 2

Bejana BerhubunganHukum pokok hidrostatika diterapkan dalam bejana berhubungan untuk menentukanmassa jenis suatu zat yang belum diketahui, dengan memasukkan zat tersebut ke dalambejana setelah zat lain yang telah diketahui massa jenisnya, dengan memanfaatkanperbedaan ketinggian kedua zat cair tersebut.

Contoh soal dan penyelesaiannya

PENERAPAN HUKUM-HUKUM FLUIDA STATIS

DAN FLUIDA DINAMIS


22/29


Sebuah pipa U berisi air dan minyak seperti ditunjukkan gambar. Selisih tinggi kolomminyak dan air pada kedua kaki adalah 3 cm. Jika massa jenis air 1000 kg/m 3, tentukanmassa jenis minyak!

Penyelesaian:Dik: air= 1000 kg/m3

hA= 15 cm = 0,15 mhB= 153 cm = 12 cm = 0,12 m

Dit: minyak= .?Jawab:

Hukum Pokok Hidrostatika:Phid A = Phid Bminyak. g . hA= air . g . hB

minyak=A

B

h

hx air=

15,0

12,0x 1000 = 800 kg/m3

Mengapung, Melayang, dan TenggelamSuatu benda dikatakan tenggelam apabila ketika benda tersebut dimasukkan ke dalamfluida, benda tersebut turun sampai ke dasar tempat fluida. Hal ini terjadi karena beratbenda lebih besar daripada gaya ke atas dan massa jenis benda lebih besar dari massajenis fluida.Suatu benda dikatakan melayang apabila ketika benda dimasukkan ke dalam fluida,benda tersebut tidak terletak pada dasar bejana dan tidak ada bagian yang muncul diatas permukaan. Dalam hal ini berat benda sama dengan gaya ke atas dan massa jenisbenda sama dengan massa jenis fluida.Suatu benda dikatakan terapung apabila ketika dimasukkan ke dalam fluida, ada bagian

benda yang muncul di atas permukaan fluida. Dalam keadaan setimbang, berat bendasama dengan gaya ke atas dan massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis fluida.Penerapan hukum Archimedes pada alat-alat teknik diantaranya:

- kapal laut- galangan kapal- hidrometer- balon udara- jembatan ponton

Contoh soal dan penyelesaiannya1. Sebuah kubus dengan sisi 0,2 m digantung vertikal dari seutas kawat ringan.

Tentukan gaya apung yang dikerjakan fluida pada kubus jika kubus itu:

a.

dicelupkan seluruhnya dalam air ( = 1000 kg/m3)b. dicelupkan setengah bagian dalam minyak ( = 800 kg/m3)Penyelesaian:Dik: s = 0,2 m Vkubus= (0,2 m)3= 8 . 10-3m3

b. f= 1000 kg/m3, Vbf= Vkubusc. f= 800 kg/m3, Vbf= Vkubus

Dit: a. Fa= ....?b.Fa= ....?

Jawab:a. Fa= f. Vbf . g = 1000 . 8 . 10-3. 10 = 80 Nb.

Fa= f. Vbf . g = 800 . . 8 . 10-3. 10 = 32 N

15 cmair

minyak3 cm

A B


23/29


2. Suatu benda diukur beratnya dengan neraca pegas. Ketika benda di udara, hasilbacaan 0,48 N, tetapi ketika benda dicelupkan seluruhnya ke dalam air (f= 1000kg/m3), hasil bacaan menjadi 0,36 N. Tentukan massa jenis benda itu!Penyelesaian:Dik: wbu= 0,48 N

wbf= 0,36 NDit: b = ....?Jawab:

Rumus massa jenis: b=b

b

V

m

Dimana volume benda karena tercelup seluruhnya di dalam air akan sama denganVbf.

Fa= f. Vbf . g = wbu - wbf

Vbf=g.

w-w

f

bfbu =10.100036,048,0 = 4

1012,0 = 12 . 10-6m3= Vb

Sedangkan massa benda dapat dihitung dari berat benda di udara.wbu= mb. g

mb=g

wbu =10

48,0= 0,048 kg

Sehingga:

b=b

b

V

m=

610.12

048,0= 4.10-3. 106= 4.103kg

3. Sebuah benda memiliki massa jenis 0,8 g/cm3 sedangkan volumnya V. Benda

tersebut terapung bebas pada permukaan air yang mempunyai massa jenis 1 g/cm 3.Berapa bagiankah volum benda tersebut yang berada di bawah permukaan air?Penyelesaian:Dengan menurunkan persamaan hukum Archimedes akan didapatkan persamaan:

benda

fluida

bendat VV = VV 8,0

1

8,0

Pompa/dongkrak HidrolikPenerapan hukum Pascal dalam pompa/dongkrak hidrolik dapat dijelaskan dalampenyelesaian soal berikut ini:

Pada sistem seperti tampak pada gambar, silinder kiri P, luas penampangnya 600 cm2dan diberi beban M kg. Pengisap kanan Q, luas penampangnya 20 cm2sedang beratnyadapat diabaikan. Sistem diisi dengan cairan yang massa jenisnya 900 kg/m 3. Jika sistemseimbang untuk besar F adalah 25 N, tentukan massa M! (g = 10 m/s 2)Penyelesaian:Dik: AP= 600 cm2= 600 x 10-4m2

AQ= 20 cm2= 20 x 10-4m2 = 900 kg/m3FP= M . gFQ= 25 N, dan berat cairan setinggi hQ= 5 mg = 10 m/s2

cairan

P

Q

F = 25 N

. .5 m

M

1 2


24/29


Dit: M = ....?Jawab:

Karena titik 1 dan titik 2 berada dalam cairan sejenis pada ketinggian yang sama makatekanan pada titik 1 sama dengan tekanan pada titik 2. Tekanan pada titik 1 disebabkanoleh gaya sebesar M . g, yang dikerjakan pada luas penampang A Pdan tekanan pada titik2 disebabkan oleh gaya FQ yang bekerja pada luas penampang AQ dan tekanan yangdisebabkan oleh zat cair setinggi hQ= 5 m. Maka diperoleh:

P1= P2

PAgM. =

Q

Q

AF + . g . hQ

410.600

10.M=

410.20

25+ 900 . 10 . 5

6

10. 3M

=2

10.25 3

+ 45.103

6

10. 3M

= 12,5 . 103+ 45.103

6

10. 3M

= 57,5.103

M = 57,5 . 6 = 345 kg.

Gaya Angkat Sayap Pesawat TerbangPesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayappesawat, tidak seperti roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yangdisemburkan roket dengan roket itu sendiri. Roket menyemburkan gas ke belakang, dansebagai reaksinya gas mendorong roket maju. Jadi roket tetap dapat terangkat ke ataswalaupun tidak ada udara, tetapi pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak adaudara.Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dansisi bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk sayapseperti ini dinamakan aerofoil. Bentuk ini menyebabkan garis arus pada sisi bagian ataslebih rapat daripada pada sisi bagian bawahnya, yang berarti kelajuan aliran udara padasisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar daripada sisi bagian bawah pesawat (v1). Sesuaidengan asas Bernoulli, tekanan pada sisi bagian atas (p2) lebih kecil daripada pada sisibagian bawah (p1) karena kelajuan udaranya lebih besar. Beda tekanan p1 p2menghasilkan gaya angkat sebesar:

F1F2= (p1p2) ADengan A merupakan luas penampang total pesawat. Jika dihubungkan dengan massajenis udara maka diperoleh:

F1F2= (v22v12) ADengan adalah massa jenis udara.


25/29


Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yangsedang mengangkasa yaitu:1. Berat pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi2.

Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk pesawat3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh gesekan udara4.

Gaya hambatan yang disebabkan oleh gesekan udaraJika pesawat hendak bergerak mendatar dengan suatu percepatan, maka gaya ke depanharus lebih besar daripada gaya hambatan dan gaya angkat harus sama dengan beratpesawat. Jika pesawat hendak menambah ketinggian yang tetap, maka resultan gayamendatar dan gaya vertikal harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa gaya ke depansama dengan gaya hambatan dan gaya angkat sama dengan berat pesawat.Contoh soal dan penyelesaiannyaSebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yangmelalui bagian atas dan bagian bawah sayap yang luas permukaannya 60 m2bergerak

dengan kelajuan masing-masing 320 m/s dan 290 m/s. Berapa besar gaya angkat padasayap tersebut? (massa jenis udara 1,3 kg/m3)Penyelesaian:Dik: A = 60 m2

v1= 290 m/sv2= 320 m/s = 1,3 kg/m3

Ditanya: F1F2= .... ?Jawab:

F1F2= (v22v12) A= . 1,3 (3202- 2902) 60= 713 700 N

c.

Rangkuman Materi Kegiatan Belajar 1

d.

Tugas Kegiatan Belajar 1

Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan baik dan benar!1) Untuk mengetahui massa jenis minyak, digunakan pipa U. Mula-mula pipa U diisi

raksa yang massa jenisnya 13,6 g/cm3. Kemudian ke dalam kaki kiri pipa Udituangkan air setinggi 10 cm. Di atas air dituangkan minyak setinggi 30 cm. Ternyataselisih tinggi raksa pada kedua kaki pipa U adalah 2,5 cm. Berapakah massa jenisminyak?

Hukum pokok hidrostatika diterapkan dalam bejana berhubungan untuk menentukanmassa jenis suatu zat yang belum diketahui.Suatu benda dikatakan tenggelam apabila ketika benda tersebut dimasukkan kedalam fluida, benda tersebut turun sampai ke dasar tempat fluida.Suatu benda dikatakan melayang apabila ketika benda dimasukkan ke dalam fluida,benda tersebut tidak terletak pada dasar bejana dan tidak ada bagian yang muncul diatas permukaan.Suatu benda dikatakan terapung apabila ketika dimasukkan ke dalam fluida, adabagian benda yang muncul di atas permukaan fluida.


26/29


2) Sebuah alat pengangkat hidrolik memiliki pengisap kecil 5 cm2dan pengisap besar100 cm2. Berapa besar gaya tekan pengisap kecil untuk mengangkat beban 500 kg(g = 10 m/s2) pada pengisap besar?

3) A hydrolic car jack has two pistons with each section area is A1= 100 cm2and A2=2000 cm2. What is the minimum magnitude of force that must be given to section A 1so that the car weighing 15000 N can be lifted?

4) Suatu benda beratnya 90 N dimasukkan ke dalam air ( = 1 g/cm 3). Ternyata beratbenda dalam air adalah 30 N. Apabila g = 10 m/s2, berapakah:a. gaya ke atas air terhadap benda tersebutb.

volume benda tersebutc. massa jenis benda tersebut

5) A body weighed in air with a spring balance weighing 50 N. Then it is weighed whilecompletely immersed in a container containing water, and its weight becomes 40 N. Ifwater density is 1000 kg/m3 and gravitational acceleration 10 m/s2, what is the

magnitude of buoyancy force experienced by and the density of the body!6) If the velocity of air flow at the downside of a planes wings is 60 m/s, what is thevelocity at the upside of the planes wings if the upward pressure obtained is 10 Pa?( = 1,29 kg/m3)

e. Tes Formatif 1

Pilihlah jawaban yang paling tepat!1) Sebuah pompa hidrolik berbentuk silinder diameternya masing-masing 8 cm dan 20

cm. bila pengisap yang kecil ditekan dengan gaya 500 N, maka gaya yang dihasilkanpengisap yang besar adalah.

a.

1250 N d. 20 Nb.

2500 N e. 200 Nc. 3125 N

2) Sebuah pipa berbentuk U berisi raksa pada salah satu kakinya. Di dalam kaki yanglain terdapat lajur alcohol yang tingginya 20 cm. selisi tinggi permukaan keduanyaadalah 18,84 cm. berapakah massa jenis alcohol? (massa jenis raksa 13,6 g/cm3)a.

0,79 g/cm3 d. 0,75 g/cm3b. 0,8 g/cm3 e. 0,97 g/cm3c. 0, 9 g/cm3

3) Look at the picture below! If the liquid 1 is water, based on the difference of surfacelevel in the connecting vessel, then the density of liquid 2 is......a. 0,3 g/cm3

b.

0,7 g/cm3c. 1,0 g/cm3d.

1,2 g/cm3e. 1,4 g/cm3

4) Segumpal es terapung di atas air laut dengan separuh bagian menonjol di ataspermukaan. Apabila diketahui volume es seluruhnya 1 m3serta massa jenis air laut1,03 g/cm3dan g besarnya 10 m/s2, besarnya gaya ke atas adalah......a.

5150 N d. 40 Nb. 51,50 N e. 30 N

10 cm1

23 cm


27/29


c. 45 N5) Sebuah pesawat terbang dirancang untuk menghasilkan gaya angkat 1300 N m2luas

sayap. Anggaplah udara mengalir melalui sayap pesawat dengan garis arus aliranudara. Jika kecepatan aliran udara yang melalui sisi bawah sayap 100 m/s,kecepatan aliran udara di sisi sayap agar menghasilkan gaya angkat 1300 N/m2padatiap sayap adalah......... (massa jenis udara 1,3 kg/m3)a. 84 m/s d. 109 m/sb. 94 m/s e. 109,54 m/sc. 100 m/s

f. Kunci Jawaban Tes Formatif 11) c 2) a 3) b 4) a 5) e

g.

Lembar Kerja Siswa 1

Buatlah presentasi dengan menggunakan power point tentang:

Aplikasi hukum Bernoulli pada manometer, barometer, terjun bebas, dan terjunpayung.

Presentasi dibuat secara berkelompok, yang terdiri atas 45 orang siswa.


28/29


BAB IIIEVALUASI

I.

EVALUASI STANDAR KOMPETENSI

Answer the questions below correctly!1. A body floats in a vessel containing water. The distance of body from water surface is 15

cm. Calculate the hydrostatic pressure at this point, if known water density 1000 kg/m3and earth gravitational acceleration 10 m/s2!

2. A swimming pool is 2 meters in depth. If the pressure of external air (atmosphere) abovewater level is 72 cmHg, water density 1000 kg/m3and gravitational acceleration 10 m/s2,calculate the total pressure at the pool base!

3. A U-shape pipe, one of its foot filled with mercury, while the other one filled with alcohol. Ifthe alcohol column 20 cm in height and height difference between mercury and alcoholsurface is 18,84 cm, what is the alcohol density, if mercury density = 13,6 g/cm3?

4.

A hydraulic car jack has two pistons with each section area is A1= 100 cm2and A2= 2000cm2. What is the minimum magnitude of force F1that must be given on section A1 so thatthe car weighing 15000 N can be lifted?

5. In a vessel containing water a lump of ice with density 0,9 g/cm3is floating. The immersedpart iS 0,18 m3in volume. Determine the volume of all ice!

6. The average velocity of water flow in a pipe with diameter 4 cm is 4 m/s. Calculate theamount of fluid flowing per second!

7. A pipe with diameter 12 cm and the narrowing end point with diameter 8 cm. If the velocityof flow in the large diameter is 10 cm/s, calculate the velocity of flow at the narrowing end!

8. A pipe has two different longitudinal section. In the longitudinal section with area of 10 cm2flows an ideal fluid with speed 4 m/s. calculate!a. Fluid speed at longitudinal section with area 5 cm2

b.

Debit of fluid flowc. Volume of fluid flowing in 5 minute

9.

A tank contains water of 1,25 m in high. There is a leak hole in the tank 45 cm from thebottom of tank. How far the place of water falls measured from the tank (g = 10 m/s2)?

10. Suppose the air flows horizontally passing through a planes wing, so that the velocity ofair on its upside is 40 m/s and 30 m/s on the downside. If the mass of wing is 300 kg andits section area is 5 m2, calculate the magnitude of resultant force on the wing! ( = 1,3kg/m3)

II. KUNCI JAWABAN EVALUASI STANDAR KOMPETENSI


29/29

1. 1500 Pa2. 1,16 . 105Pa3.

0,79 g/cm34. 750 N5.

0,2 m36. 5,024 . 10-3 m3/s7. 22,5 cm/s8.9.

1,2 m10.

GLOSARIUM

Adhesion/adhesi

The attractive force between unlike particles.Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis

Barometer/barometerAn instrument used to measure atmospheric pressureSuatu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer

Capillary pipe/pipa kapilerA pipe with a very small internal diameterSuatu pipa dengan diameter dalam sangat kecil

Cohesion/kohesiThe attractive force between like particlesGaya tarik-menarik antara partikel-partikel sejenis

Density/massa jenis

The ratio of mass of substance with its volumePerbandingan massa zat dengan volume zat tersebut

Manometer/manometerAn instrument used to measure gas pressureSuatu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas

Meniscus/meniskusThe curved surface on top of a still liquid in tubePermukaan atas yang melengkung dari suatu zat cair yang tenang di dalam sebuahtabung

Venturi tube/tabung venturiA tube containing a ventury (constrictions in tube) that is placed in a fluid to measure itsrate of flow

Sebuah tabung yang memuat sebuah venturi (bagian menyempit pada tabung) yangditempatkan dalam suatu fluida untuk mengukur kecepatan aliran fluida

Viscosimeter/viskosimeterAn instrument used to measure the viscosity of a substanceSuatu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat

3. modul fluida

Documents