soal dan jawaban fluida

Pilihan ganda soal dan jawaban fluida 20 butir. 5 uraian soal dan jawaban fluida.
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1. Tekanan udara luar sekitar 1 × 10⁵ Pa. Besarnya gaya yang dilakukan udara dalam kamar pada kaca jendela berukuran 40 cm × 80 cm adalah ….
a. 1,2 × 10⁴ N
b. 1,6 × 10⁴ N
c. 2,4 × 10⁴ N
d. 3,2 × 10⁴ N
e. 6,4 × 10⁴ N
2. Pada sebuah tabung dimasukkan air setinggi 8 cm, kemudian minyak setinggi 2 cm (ρ_m = 0,8 g/cm³). Besar tekanan hidrostatis di dasar tabung tersebut adalah …. (g = 9,8 m/s²)
a. 695 Pa
b. 768 Pa
c. 856 Pa
d. 941 Pa
e. 1000 Pa
3. Gambar berikut menunjukkan sebatang pipa kaca yang berisi udara. Ujung atas pipa tertutup, sedangkan ujung bawah pipa tertutup oleh raksa yang tingginya 10 cm. Jika tekanan udara di luar 76 cmHg, tekanan udara di dalam pipa kaca adalah sebesar ….

a. 0 cmHg
b. 10 cmHg
c. 66 cmHg
d. 76 cmHg
e. 86 cmHg
4.

Perhatikan gambar bejana di atas. Jika diketahui massa jenis oli 0,8 g/cm³ dan massa jenis raksa sebesar 13,6 g/cm³, perbedaan tinggi permukaan raksa dengan oli adalah ….
a. 62 mm
b. 64 mm
c. 66 mm
d. 68 mm
e. 70 mm
5. Alat pengangkat mobil memiliki luas pengisap masing-masing 0,10 m² dan 2 × 10^–4 m². Alat tersebut digunakan untuk mengangkat mobil yang memiliki berat 15 × 10³ N. Gaya yang harus diberikan pada pengisap yang kecil adalah ….
a. 10 N
b. 20 N
c. 30 N
d. 45 N
e. 60 N
6. Sebuah benda jika ditimbang di udara memiliki berat 4,9 N. Akan tetapi jika ditimbang dalam minyak tanah (ρ_m = 0,8 g/cm³) beratnya menjadi 4,74 N. Gaya ke atas yang dialami benda tersebut adalah ….
a. 39,2 N
b. 16,0 N
c. 9,87 N
d. 2 N
e. 0,16 N
7. Massa sebuah benda adalah 300 gram. Jika benda ditimbang dalam air, massa benda itu seolah-olah menjadi 225 gram. Jika benda ditimbang dalam suatu cairan lain, massanya seolah-olah menjadi 112,5 g. Jika kerapatan massa air 1 g/cm³, kerapatan massa cairan tersebut adalah ….
a. 0,83 g/cm³
b. 1,20 g/cm³
c. 1,25 g/cm³
d. 2,50 g/cm³
e. 2,67 g/cm³
8. Sebuah balon udara berisi gas hidrogen sebanyak 600 m³ yang massa jenisnya = 0,09 kg/m³ dan massa balon = 250 kg. Jika massa jenis udara di sekitar balon = 1,2 kg/m³, balon udara tersebut mampu mengangkut beban bermassa ….
a. 240 kg
b. 250 kg
c. 304 kg
d. 416 kg
e. 720 kg
9. Sebuah tabung berdiameter 0,4 cm dimasukkan secara vertikal ke dalam air. Sudut kontak antara dinding tabung dan permukaan air 60°. Jika tegangan permukaan air = 0,5 N/m dan g = 10 m/s², air pada tabung akan naik setinggi ….
a. 0,015 m
b. 0,025 m
c. 0,035 m
d. 0,045 m
e. 0,055 m
10. Sebuah pipa air luas penampangnya = 0,5 cm². Jika kecepatan aliran air = 1 m/s, volume air yang keluar selama 5 menit adalah ….
a. 0,015 m³
b. 0,15 m³
c. 1,5 m³
d. 15 m³
e. 150 m³
11.

Air mengalir ke dalam bak dengan debit 10^–4 m³/s. Akan tetapi, bak tersebut bocor di bagian bawah melalui lubang yang luasnya 1 cm². Ketinggian maksimum air dalam bak adalah ….
a. 5 cm
b. 4 cm
c. 3 cm
d. 2 cm
e. ½ cm
12. Pada bagian bawah sebuah tangki air terdapat lubang sehingga air memancar keluar membentuk sudut 60° seperti terlihat pada gambar.

Jika jarak pancar air x = 80 √3 cm, untuk g = 10 m/s2, tinggi air (h) dalam tangki adalah ….
a. 20 cm
b. 40 cm
c. 60 cm
d. 80 cm
e. 100 cm
13. Gaya angkat pada pesawat terbang timbul karena:
1. Tekanan udara di depan sayap lebih besar daripada di belakang sayap.
2. Kecepatan udara di atas sayap lebih besar daripada di bawah sayap.
3. Kecepatan udara di belakang sayap lebih besar daripada di depan sayap.
4. Tekanan udara di atas sayap lebih kecil daripada di bawah sayap.
Pernyataan yang benar adalah ….
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 1, 3, dan 4
d. 2, 3, dan 4
e. 2 dan 4
14.

Air mengalir dalam venturimeter seperti tampak pada gambar di atas. Jika kecepatan aliran air pada penampang I sebesar 2 m/s, dan g = 10 m/s², besar kecepatan aliran air pada penampang II adalah ….
a. 2 m/s
b. √5 m/s
c. √6 m/s
d. 3 m/s
e. 5 m/s
15. Air terjun setinggi 10 m digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) berdaya listrik 1.000 W. Jika efisiensi generator 80% dan g = 10 m/s², debit air yang sampai ke kincir adalah ….
a. 12,5 l/s
b. 251 l/s
c. 27,5 l /s
d. 125 l /s
e. 250 l/s
B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar!
1.

Perhatikan gambar bejana di atas. Diketahui massa jenis minyak = 0,8 g/cm³, massa jenis raksa = 13,6 g/cm³,
dan massa jenis air = 1 g/cm3. Jika perbedaan tinggi permukaan minyak dan air adalah 5 cm, berapakah tinggi air dan tinggi minyak?
2.

Perhatikan gambar di atas. Massa jenis minyak =0,8 g/cm³, massa jenis raksa = 13,6 g/cm³, dan massa jenis air = 1 g/cm³. Jika tinggi h₁ = 1 cm dan h₂ = 0 cm, berapakah besar h₀ =?
3. Sebuah gabus dicelupkan ke dalam air seperti terlihat pada gambar berikut. Volume gabus 250 cm³ dan massa jenis gabus adalah 0,2 g/cm³. Oleh karena pengaruh tarikan gabus, pegas meregang sebesar 0,2 cm. Tentukanlah konstanta pegas tersebut.

4. Sebuah pipa silinder yang lurus memiliki dua jenis penampang berdiameter masing-masing 20 mm dan 10 mm. Pipa tersebut diletakkan secara horizontal dan air di dalamnya mengalir dari arah penampang yang besar ke penampang yang lebih kecil. Jika kecepatan arus di penampang besar adalah 2 m/s, tentukanlah kecepatan arus air di penampang kecil.
5. Pesawat terbang modern dirancang untuk gaya angkat sebesar 1.300 N/m² per luas penampang sayap. Anggap udara mengalir melalui sayap sebuah pesawat terbang dengan garis arus aliran udara. Jika kecepatan aliran udara yang melalui bagian yang lebih rendah adalah 100 m/s dan massa jenis udara 1,3 kg/m³, berapakah kecepatan udara pada sisi atas sayap untuk menghasilkan gaya angkat 1.300 N/m²pada setiap sayap?
Kunci Jawaban soalfluida
A. Pembahasan Pilihan ganda
2. d 8. d 14. a
4. b 10. d 16. e
6. e 12. a 18. a
B. Pembahasan Esai
2. 15 cm
4. 8 m/s

Soal No. 1
Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air.

Jika massa jenis air 1000 kg/m³ , percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan tekanan udara luar 10⁵ N/m, tentukan :
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan
b) tekanan total yang dialami ikan


Pembahasan
a) tekanan hidrostatis yang dialami ikan



b) tekanan total yang dialami ikan



Soal No. 2
Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut!


Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat!

Pembahasan
Hukum Pascal
Data :
F₁ = F
F₂ = W_batu = (1000)(10) = 10000 N
A₁ : A₂ = 1 : 250



Soal No. 3
Pipa U diisi dengan air raksa dan cairan minyak seperti terlihat pada gambar!


Jika ketinggian minyak h₂ adalah 27,2 cm, massa jenis minyak 0,8 gr/cm³ dan massa jenis Hg adalah 13,6 gr/cm³ tentukan ketinggian air raksa (h₁)!

Pembahasan
Tekanan titik-titik pada cairan yang berada pada garis vertikal seperti ditunjukkan gambar diatas adalah sama.



Soal No. 4
Sebuah benda tercelup sebagian dalam cairan yang memiliki massa jenis 0,75 gr/cm³ seperti ditunjukkan oleh gambar berikut!


Jika volume benda yang tercelup adalah 0,8 dari volume totalnya, tentukan massa jenis benda tersebut!

Pembahasan
Gaya-gaya yang bekerja pada benda diatas adalah gaya berat yang berarah ke bawah dan gaya apung / gaya Archimides dengan arah ke atas. Kedua gaya dalam kondisi seimbang.



Soal No. 5
Seorang anak memasukkan benda M bermassa 500 gram ke dalam sebuah gelas berpancuran berisi air, air yang tumpah ditampung dengan sebuah gelas ukur seperti terlihat pada gambar berikut:



Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s² tentukan berat semu benda di dalam air!

Pembahasan
Data :
m_b = 500 g = 0,5 kg
m_f = 200 g = 0,2 kg

Berat benda di fluida (berat semu) adalah berat benda di udara dikurangi gaya apung (Archimides) yang diterima benda. Besarnya gaya apung sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan yaitu berat dari 200 ml air = berat dari 200 gram air (ingat massa jenis air = 1 gr/cm³ = 1000 kg/m³).