9 Contoh Soal Fluida Dinamis beserta Jawabannya dan Pembahasannya

Apakah kamu pernah merasa penasaran saat melihat pesawat yang melintas bisa melayang dengan mudah di udara, padahal beratnya bisa mencapai beberapa ton?

Jawabannya dapat kamu temukan dengan mempelajari fluida dinamis.

Bagi kamu yang sedang belajar materi tersebut, berikut ini adalah contoh soal fluida dinamis beserta jawabannya yang sering diujikan agar kamu tidak hanya hafal rumusnya, tetapi juga paham konsepnya. 💦🤽

Contoh Soal Fluida Dinamis beserta Jawabannya

Perlu kamu ketahui bahwa fluida dinamis adalah fluida yang bergerak atau mengalir, seperti yang ditemukan pada zat cair dan gas. Misalnya pada aliran air di pipa dan aliran udara pada sayap pesawat.

Fluida dinamis memiliki karakteristik bebas gesekan dan seringkali pada soal dianggap sebagai fluida yang ideal (tidak mempunyai kekentalan atau viskositas).

Selain itu, jenis alirannya stasioner dengan besar dan arah kecepatan partikel fluida selalu tetap di titik tertentu.

Pada jenjang SMA, materi fluida dinamis dan statis diajarkan di kelas. Tingkat kesulitannya bertambah tinggi jika kamu memilih kampus yang menawarkan mata kuliah fisika atau terkait fluida.

Sebelum menguji pemahamanmu terkait fluida dinamis, ketahui terlebih dahulu rumus penting yang berkaitan dengan materi tersebut.

Rumus Debit Fluida

Q = V/t atau Q = A v

Keterangan:
Q = debit aliran (m³/s), menunjukkan banyak fluida yang mengalir tiap satuan waktu
V = volume fluida (m³), menunjukkan total fluida yang lewat
t = waktu aliran (s)
A = luas penampang aliran (m²)
v = kecepatan aliran (m/s)

Rumus Asas Kontinuitas

A₁ v₁ = A₂ v₂

dengan A = π D² / 4 atau A = π r².
Keterangan:
A₁ , A₂ = luas penampang (m²)
v₁ , v₂ = kecepatan fluida (m/s)

Untuk mengingat rumus Asas Kontinuitas, ingatlah bahwa jika pipa menyempit, alirannya akan semakin kencang. Bisa kamu ibaratkan dengan menyiram tanaman menggunakan selang air, tetapi bagian ujungnya ditekan.

Persamaan Bernoulli

p + ½ ρ v² + ρ g h = konstanta
p₁ + ½ ρ v₁² + ρ g h₁ = p₂ + ½ ρ v₂² + ρ g h₂
Tekanan dinamis:
q = ½ ρ v²

Keterangan:
p = tekanan fluida (Pa)
ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
v = kecepatan aliran (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
h = ketinggian dari titik acuan (m)

Untuk mengingat rumus Persamaan Bernoulli yang identik dengan kekekalan energi, ingat bahwa tekanan, kecepatan, dan ketinggian saling berkaitan satu sama lain.

Sudah siap mengerjakan contoh soal fluida dinamis dan jawabannya?

Tingkat Kesulitan: Mudah

Soal 1

Sebuah selang air yang digunakan untuk mengisi bak mandi memiliki luas penampang 5 cm². Apabila diketahui kecepatan aliran air dalam selang tersebut adalah 2 m/s, maka debit air yang keluar adalah…
A. 1 liter/s
B. 2 liter/s
C. 10 liter/s
D. 0,1 liter/s
E. 0,5 liter/s

Jawaban: A. 1 liter/s
Pembahasan:
Diketahui A = 5 cm² = 5 × 10⁻⁴ m² dan v = 2 m/s
Q = A × v = (5 × 10⁻⁴) × 2
Q = 10 × 10⁻⁴ m³/s
Q = 10⁻³ m³/s
Karena 1 m³ = 1000 liter, maka 10⁻³ × 1000 = 1 liter/s

Soal 2

Pipa air suatu perusahaan air minum memiliki diameter 14 cm di suatu ujung dan menyempit menjadi 7 cm di ujung yang lainnya. Apabila diketahui kecepatan di pipa berdiameter besar adalah 1 m/s, maka kecepatan di pipa berdiameter kecil adalah…
A. 2 m/s
B. 4 m/s
C. 8 m/s
D. 0,5 m/s
E. 16 m/s

Jawaban: B. 4 m/s
Pembahasan:
Gunakan Asas Kontinuitas: A₁v₁ = A₂v₂
Diketahui bahwa A sebanding dengan d², maka:
d₁² × v₁ = d₂² × v₂
14² × 1 = 7² × v₂
196 = 49 × v₂
v₂ = 196 / 49
= 4 m/s

Soal 3

Sebuah ember yang memiliki volume 30 liter diisi air dari keran yang memiliki luas penampang 2 cm². Apabila air dari keran tersebut mengalir dengan kecepatan 3 m/s, waktu yang diperlukan untuk memenuhi ember adalah…
A. 25 detik
B. 50 detik
C. 60 detik
D. 75 detik
E. 100 detik

Jawaban: B. 50 detik
Pembahasan:
V = 30 L = 3 × 10⁻² m³
A = 2 × 10⁻⁴ m²
v = 3 m/s
Q = A × v
Q = (2 × 10⁻⁴) × 3
Q = 6 × 10⁻⁴ m³/s.
t = V / Q = (3 × 10⁻²) / (6 × 10⁻⁴)
t = 300 / 6
t = 50 detik

Soal 4

Sebuah pipa horizontal mempunyai luas penampang A. Di tengah pipa, penampang tersebut ukurannya menyempit menjadi 0,5A. Perbandingan kecepatan fluida pada penampang lebar dan penampang sempit adalah…
A. 1 : 2
B. 2 : 1
C. 1 : 4
D. 4 : 1
E. 1 : 1

Jawaban: A. 1 : 2
Pembahasan:
A₁v₁ = A₂v₂
A × v₁ = 0,5A × v₂
v₁ / v₂ = 0,5 / 1
= 1 / 2
Jadi, perbandingannya adalah 1 : 2

Tingkat Kesulitan: Sedang

Soal 5

Pada suatu tangki yang berisi air setinggi 2 m ditemukan lubang kecil pada bagian dindingnya di ketinggian 0,2 m dari dasar. Apabila diketahui g = 10 m/s², maka kecepatan air saat keluar dari lubang adalah…
A. 4 m/s
B. 6 m/s
C. 2√10 m/s
D. 2√5 m/s
E. 10 m/s

Jawaban: B. 6 m/s
Pembahasan:
Gunakan Teorema Torricelli yaitu v = √(2gh) dengan h sebagai kedalaman lubang dari permukaan.
h = 2 m – 0,2 m = 1,8 m
v = √(2 × 10 × 1,8)
v = √36
v = 6 m/s

Soal 6

Diketahui terdapat air yang mengalir pada pipa mendatar dengan tekanan 2 × 10⁵ Pa dan kecepatan 2 m/s. Apabila pipa menyempit dan membuat kecepatannya berubah menjadi 4 m/s, berapa tekanan air di ujung pipa yang sempit? (ρ air = 1000 kg/m³)
A. 1,86 × 10⁵ Pa
B. 1,94 × 10⁵ Pa
C. 2,06 × 10⁵ Pa
D. 2,12 × 10⁵ Pa
E. 1,50 × 10⁵ Pa

Jawaban: B. 1,94 × 10⁵ Pa
Pembahasan: Gunakan Hukum Bernoulli (h₁ = h₂)
P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
(2 × 10⁵) + ½(1000)(2²) = P₂ + ½(1000)(4²)
200.000 + 2.000 = P₂ + 8.000
P₂ = 202.000 – 8.000
P₂ = 194.000 Pa
P₂ = 1,94 × 10⁵ Pa

Soal 7

Sebuah pipa utama yang mempunyai debit 12 liter/s bercabang tiga, dengan cabang I (4 L/s), cabang II (5 L/s). Apabila luas cabang III adalah 10 cm², kecepatan air di cabang III adalah…
A. 1 m/s
B. 2 m/s
C. 3 m/s
D. 4 m/s
E. 5 m/s

Jawaban: C. 3 m/s
Pembahasan:
Q₃ = Qₜₒₜ – Q₁ – Q₂
Q₃ = 12 – 4 – 5 = 3 L/s
Q₃ = 3 × 10⁻³ m³/s. v₃
v₃ = Q₃ / A₃
v₃ = (3 × 10⁻³) / (10 × 10⁻⁴)
v₃ = 3 m/s

Soal 8

Venturimeter tanpa manometer mempunyai pipa besar yang luasnya 10 cm² dan pipa kecil yang luasnya 6 cm². Apabila selisih tinggi air pada pipa vertikal adalah 20 cm, maka kecepatan air di pipa besar adalah…
A. 1,5 m/s
B. 2,25 m/s
C. 3,0 m/s
D. 0,75 m/s
E. 1,25 m/s

Jawaban: A. 1,5 m/s
Pembahasan:
v₁ = √[(2gh) / ((A₁/A₂)² – 1)]
v₁ = √[(2 × 10 × 0,2) / ((10/6)² – 1)]
v₁ = √[4 / (25/9 – 1)]
v₁ = √[4 / (16/9)]
v₁ = √36/16 = 6/4
v₁ = 1,5 m/s

Soal HOTS Fluida Dinamis

Soal 9

Sebuah pesawat terbang yang hendak mengudara dilengkapi dengan tabung Pitot untuk mengukur kecepatannya. Tabung tersebut terhubung dengan manometer yang berisi raksa (ρ raksa = 13.600 kg/m³). Ketika terbang pada ketinggian tertentu saat massa jenis udara 1,36 kg/m³, manometer menunjukkan perbedaan ketinggian raksa sebesar 2 cm. Berapa kecepatan pesawat tersebut? (g = 10 m/s²)
A. 20 m/s
B. 20√10 m/s
C. 200 m/s
D. 400 m/s
E. 10√20 m/s

Jawaban: B. 20√10 m/s
Pembahasan:
Soal tersebut merupakan penerapan Bernoulli dan manometer. Hati-hati saat membedakan massa jenis fluida yang mengalir (udara) dan massa jenis fluida pengukur (raksa).

Prinsip Tabung Pitot adalah mengukur perbedaan tekanan total (tekanan stagnasi saat udara menabrak lubang depan) dan tekanan statis (udara yang lewat di samping).

Perbedaan tekanan ini (ΔP) setara dengan tekanan dinamis udara. ΔP = ½ ⋅ ρ_udara ⋅ v²
Hubungan dengan Manometer: Perbedaan tekanan (ΔP) diukur oleh perbedaan tinggi cairan pada manometer.

ΔP = ρ_raksa ⋅ g ⋅ h (satuan h harus meter. h = 2 cm = 0,02 m).

Langkah berikutnya, gabungkan rumus dengan menyamakan kedua persamaan ΔP
½ ⋅ ρ_udara ⋅ v² = ρ_raksa ⋅ g ⋅ h
Untuk mencari v, masukkan data yang diketahui
½ ⋅ (1,36) ⋅ v² = (13.600) ⋅ (10) ⋅ (0,02)
0,68 ⋅ v² = 136.000 ⋅ 0,02
0,68 ⋅ v² = 2.720
v² = 2.720 / 0,68
v² = (2720 ÷ 68) × 100
v² = 40 × 100
v² = 4.000
v = √4000
v = √(400 × 10)
v = 20√10 m/s

Penutup

Setelah membaca contoh soal fluida dinamis beserta jawabannya, apakah kamu sudah semakin paham? Dengan memahami konsep serta sering berlatih soal terkait, dan mengetahui contoh fluida dinamis dan statis akan membuat proses mengerjakan soal lebih mudah. 🤽

Tantang dirimu untuk mengerjakan soal-soal fluida dinamis dengan berbagai tingkat kesulitan. Namun, pastikan kamu paham konsep fluida dinamis, ya.

Semoga artikel terkait fluida dinamis ini menjadikanmu lebih percaya diri ketika menemukan soal serupa saat ujian. Semangat belajar, ya! 💧📚

---

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta