Rangkuman Materi Fluida Dinamis dan Statis SMA Kelas 11 beserta Contoh Soal
Rangkuman Materi Fluida Dinamis dan Statis SMA Kelas 11 beserta Contoh Soal – Di artikel ini, Mamikos akan gali lebih dalam tentang apa itu materi fluida dinamis dan fluida statis.
Pernahkah kamu berpikir mengapa kapal bisa mengapung di air, atau mengapa balon udara bisa terbang di langit? Jawabannya ada di dalam rahasia fluida!
Fluida adalah zat yang bisa mengalir, seperti air, minyak, atau bahkan udara. Nah, fluida ini dapat dibedakan menjadi dua jenis utama: fluida dinamis dan fluida statis. Yuk, simak ulasan selengkapnya di bawah ini!
Rangkuman Fluida Dinamis
1. Fluida dinamis adalah seperti air yang
mengalir dalam sungai atau angin yang berhembus. Berikut
karakteristik-karakteristik fluida dinamis:
a. Tidak Bisa Dipadatkan: Fluida dinamis, seperti air, sulit untuk kita tekan dan padatkan. Ini berbeda dengan benda padat yang bisa kita tekan hingga menjadi lebih kecil.
b. Bergerak dengan Sedikit Gesekan: Ketika fluida bergerak, kita biasanya anggap mereka bergerak tanpa hambatan, seperti air yang mengalir dalam sungai.
Tentu saja, dalam situasi nyata, ada sedikit hambatan, tetapi kita abaikan hal ini untuk mempermudah pemahaman.
c. Gerakan Tetap pada Satu Titik: Ketika kita memeriksa satu titik dalam fluida, misalnya tetesan air di sungai, kecepatan dan arah pergerakannya selalu sama.
Ini artinya, mereka tidak berubah-ubah seiring berjalannya waktu.
d. Kecepatan Konstan: Kecepatan di satu titik dalam fluida dinamis tidak berubah. Ini seperti kita berkendara dengan kecepatan tetap di jalan yang lurus.
Hal ini juga menciptakan apa yang disebut “aliran laminer,” yang berarti gerakan yang teratur dan teratur seperti lapisan-lapisan dalam sungai.
2. Debit adalah seberapa banyak cairan yang mengalir dalam satu detik. Ini sebenarnya adalah ukuran seberapa banyak volume air yang bergerak setiap detiknya. Rumus yang dapat digunakan:
Keterangan rumus:
Q = debit fluida (m³/s)
V = Volume (m³)
t = waktu (s)
3. Azas Kontinuitas: Jika fluida tidak dapat dipadatkan dan mengalir dengan kecepatan tetap, maka laju aliran volumenya harus sama pada setiap saat.
Ini berarti jika satu bagian melambat, bagian lain harus bergerak lebih cepat untuk menjaga aliran konstan.
Rumus yang dapat digunakan:
A₁.V₁ = A₂.V₂
Keterangan rumus:
A₁ : Luas penampang di titik 1 (m²)
V₁ : Luas penampang di titik 2 (m²)
A₂ : kecepatan pada titik 1 (m/s)
V₂ : kecepatan pada titik 2 (m/s)
4. Azas Bernoulli: Ini adalah prinsip yang menjelaskan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik per unit volume, dan energi potensial per unit volume harus sama di setiap titik dalam aliran fluida ideal.
Jadi, kita dapat memahami bagaimana tekanan dan energi berinteraksi dalam aliran fluida.
Secara matematis, rumus yang digunakan ialah:
Dengan keterangan:
P adalah tekanan (Pascal)
ρ adalah massa jenis fluida (kg/m³)
v adalah kecepatan fluida (m/s)
g adalah percepatan gravitasi (g = 9,8 m/s²)
h adalah ketinggian (m)
5. Penerapan Fluida Dinamis dan rumusnya
a) Tangki air
Dengan keterangan:
v2 = kelajuan air di titik 2 (m/s)
h = jarak ketinggian antara lubang kebocoran dan tinggi air di dalam tangki (m)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
b) Tabung pitot
Keterangan yang bisa diterapkan pada rumus:
v = kelajuan fluida (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
h = selisih ketinggian cairan di manometer (m)
ρ = massa jenis gas (kg/m³)
ρ’ = massa jenis zat cair di dalam manometer (kg/m³)
c) Venturimeter tanpa manometer
Dengan keterangan:
v1 = kelajuan fluida pada penampang 1 (m/s)
A1 = luas penampang 1 (m2)
v2 = kelajuan fluida pada penampang 2 (m/s)
A2 = luas penampang 2 (m2)
h = selisih ketinggian fluida (m)
d.) Gaya angkat pesawat terbang
Dengan keterangan:
v1 = kelajuan udara di atas sayap (m/s)
v2 = kelajuan udara di bawah sayap (m/s)
ρ = massa jenis udara (kg/m3)
A = luas penampang sayap (m2)
Rangkuman Materi Fluida
Statis
1. Tekanan adalah seperti dorongan yang diberikan oleh cairan atau gas ke suatu area. Kita mengukur tekanan dengan membagi gaya yang bekerja ke atas bidang tertentu dengan luas bidang tersebut.
Semakin besar tekanannya, semakin banyak “dorongan” yang kita rasakan pada bidang itu. Rumus yang digunakan:
Keterangan:
P = tekanan ( Pascal= N/m²)
F = Gaya (N)
A = Luas permukaan (m²)
- Hukum Hidrostatika mengatakan bahwa jika kita berada pada kedalaman yang sama dalam cairan (misalnya dalam kolam atau sungai), maka tekanan yang kita rasakan akan selalu sama. Artinya, tidak peduli seberapa dalam kita berada di dalam cairan, tekanan hidrostatiknya tetap.
- Tekanan Hidrostatis ini terjadi karena berat cairan di atas kita. Semakin banyak cairan di atas, semakin besar tekanannya. Jadi, jika kita memiliki wadah dengan cairan dalamnya, semakin tinggi cairan tersebut, semakin besar tekanannya di dasar wadah. Rumus yang digunakan:
P = ρ.g.h
Penjelasan:
P = tekanan hidrostatis (N/m2);
ρ = massa jenis fluida (kg/m3); dan
h = kedalaman (m).
- Hukum Pascal adalah prinsip yang menyatakan bahwa tekanan yang kita berikan kepada cairan di satu tempat akan terus diteruskan dengan kekuatan yang sama ke semua arah. Ini seperti menginjak balon udara; tekanan yang kita berikan merata ke seluruh bagian balon. Rumus yang dipakai:
P1 = tekanan pada penampang 1 (Pa)
P2 = tekanan pada penampang 2 (Pa)
F1 = gaya tekan pada penampang 1 (N)
F2 = gaya tekan pada penampang 2 (N);
A1 = luas penampang pipa 1 (m2)
A2 = luas penampang pipa 2 (m2)
- Hukum Archimedes mengatakan bahwa jika suatu benda sebagian atau sepenuhnya terendam dalam cairan, maka benda itu akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung.
Gaya apung ini sebanding dengan berat cairan yang telah “dipindahkan” oleh benda tersebut. Jadi, ini yang membuat benda-benda terapung di atas air.
FA = ρf . g . Vbf
Penjelasan rumus:
FA = gaya apung = gaya ke atas (N)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Vbf = volume benda tercelup (m3)
FA = Wu – W f
- Tegangan Permukaan Zat Cair
Ini adalah seperti saat cairan seperti air sabun membentuk lapisan tipis yang seperti “kulit elastis” di atasnya. Jika kita coba membayangkan ini, kita bisa membandingkannya dengan sepotong kawat yang ditarik ke dalam cairan. Gaya tegangan permukaan ini bisa dihitung dengan rumus
Γ = F/d = F/2L
- Kapilaritas
Kapilaritas terjadi ketika cairan naik atau turun melalui benda-benda perantara seperti kain, pipa kapiler, atau dinding. Ini adalah seperti saat kita melihat air naik dalam sedotan minum. Rumus yang digunakan adalah
H = 2 . γ . cos θ . ρ . g . R
- Kekentalan (Viscositas)
Ini adalah seberapa “kental” atau “lencang” cairan itu. Gaya Stokes, yang menentukan bagaimana objek bergerak dalam cairan, bisa diukur dengan rumus F = 6πηrv. Sedangkan untuk mencari koefisien viskositas rumus yang digunakan:
Contoh Soal
1. Sebuah pipa dengan luas penampang 616 cm² memiliki keran di ujungnya yang memiliki jari-jari sekitar 3,5 cm.
Jika aliran air dalam pipa bergerak dengan kecepatan 0,5 m/s, berapa volume air yang akan keluar dari keran dalam waktu 5 menit?
Pembahasan: Diketahui A1 = 616
cm² = 616.10⁻⁴ m
v₁ = 0,5 m/s
R₂ = 3,5 cm = 0,035 m
t = 5 menit = 300 detik
Ditanya V₂ = …?
Maka rumus yang digunakan Q₁ = Q₂
A₁.v₁ = 𝑉₂/𝑡₂
V₂ = A₁.v₁.t₂
= 616.10⁻⁴ . 0,5 . 300
= 924.10⁻²
= 9,24 m³
2. Jika jari-jari pembuluh xilem pada
tanaman adalah 1.10−51.10−5 m, tegangan permukaan air adalah 72.8.10−372.8.10−3 N/m, sudut kontak 0∘0∘, dan percepatan gravitasi 1010 m/s², maka
berapa tinggi kenaikan air pada pembuluh tanaman akibat kapilaritas?
Pembahasan: Diketahui
R = 10-⁵ m
γ = 72,8.10⁻³ N/m
θ = 0°
g = 10 m/s²
Ditanyakan, h= …?
Maka h = 2γ cos ρ g. R
= 2. 72,8.10⁻³. 1. 1000. 10. 10⁻⁵
= 145,6.10⁻⁴
= 1,456 . 10⁻²m
3. Ada sebuah kawat dengan panjang 10 cm yang berada di
atas permukaan cairan. Jika gaya tegangan permukaannya adalah 4 x 10⁻³ N,
berapa besar tegangan permukaan pada cairan tersebut?
Pembahasan: Tegangan permukaan pada kawat yang
berada di atas permukaan cairan dapat dihitung dengan rumus:
Γ= F/2L
Di mana:
- Γ adalah tegangan permukaan pada cairan,
- F adalah gaya tegangan permukaan pada
kawat, dan - 2L adalah panjang kawat yang bersentuhan
dengan cairan.
Maka: Γ= F/2L
=0,02N/m
Jadi, besar tegangan permukaan pada cairan di bawah kawat adalah 0,02 N/m.
Penutup
Ternyata, konsep fluida dinamis dan statis tidak sesulit yang kamu bayangkan, bukan?
Semoga artikel materi fluida dinamis dan statis telah memberikan gambaran yang jelas tentang fluida dinamis dan statis, dan semakin memperdalam pemahaman kamu tentang dunia fisika.
Jangan ragu untuk terus belajar dan mengeksplorasi, karena dunia ilmu pengetahuan selalu penuh dengan misteri menarik yang menunggu untuk dipecahkan.
Selamat belajar, dan sampai jumpa di artikel Mamikos berikutnya!
Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu: